29.02.2016

Ученый создал точную компьютерную модель леса

Для того чтобы создать такую сложную экологическую систему как лес, особенно, если он густой и темный, природе понадобится как минимум тысяча лет. А у доцента кафедры математической статистики филиала Вашингтонского университета (University of Washington) в Канаде это не заняло и года. Теперь же, благодаря его разработкам, настоящий лес может вырасти на компьютере всего за три недели. Компьютерная модель также способна ответить на вопрос, как изменится уже существующий лес за следующие тысячелетия.

Бывший гражданин России Николай Стригуль (Nikolay Strigul) и его коллега из Ванкувера, докторант, математик Жан Линьяр (Jean Lienard), создали компьютерную модель настоящего леса, абсолютно копирующую оригинал, где каждое дерево и каждый куст снабжен всеми его элементами: корнями, ветвями и листьями. Цель получившего название «LES» проекта - моделирование климатических изменений. Авторы намерены использовать компьютерную модель леса для расчета последствий различных стихийных бедствий, таких как засуха или лесные пожары, а также обеднение структуры почвы. Ученые, благодаря своей модели киберлеса, уже смогли выяснить, как действуют рост уровня СО2 и повышение температуры воздуха на лиственные леса в провинции Квебек.

«LES» использует передовые достижения вычислительной мощности для того, чтобы вырастить 100×100-метровые участки леса и после определить степень будущей засухи и теневыносливость деревьев, которые затем можно масштабировать до фактического размера любой огромной экосистемы.

В дальнейшем созданную технологию смогут использовать сотрудники различных ведомств, связанных с мониторингом экосистем. От обычного компьютерного симулятора леса разработка ученых Вашингтонского университета отличается особенной «многозадачностью». У виртуальных деревьев одновременно могут расти и корни, и ветки, в то время как в симуляторах была возможность роста только для чего-то одного. «Под землей корни различных деревьев конкурируют за водные ресурсы в каждом пикселе модели. Над землей, листья на ветке каждого дерева борются за солнечный свет аналогичным образом», - описывают ученые свою модель.

Исследователи используют технические данные из Министерства торговли США по инвентаризации лесов сельского хозяйства и программы анализа и других баз данных лесного хозяйства, а также данные воздушной разведки с беспилотных летательных аппаратов. «В сотрудничестве с Лесной службой США мы собираем фотографии и любую другую информацию о настоящих лесах. Мы используем эти данные для разработки 3D-модели, которые имеют реальные распределения пространства и экологических особенностей, это помогает делать киберлес еще более совершенным. Этот метод может быть адаптирован для практически любого леса», - уточняют исследователи.

Для большей части Северной Америки изменение климата ведет к более частой засухе, жаркой погоде и других изменениям природных условий. Какое влияние это окажет на леса и их способность к восстановлению после таких динамических возмущений, как лесные пожары или вырубка, трудно установить. Ученым известно относительно мало о естественных процессах восстановления лесов. Этот процесс может занять несколько десятилетий и включает в себя изучение деревьев с разнообразными физиологическими характеристиками, конкурирующих за ресурсы более крупных деревьев в экологически различных областях.

Лиенар и Стругаль планируют использовать «LES», чтобы помочь определить, какие виды деревьев и других экологических факторов, которые необходимы для леса, нужны для восстановления себя самих. «Наша модель может помочь предсказать, находится ли лес под угрозой опустынивания или иных процессов, связанных с изменением климата, и определить, что можно сделать, чтобы сохранить эти ценнейшие для нашей планеты системы», - уточняет Стригуль.

Статья тандема Линьяра-Стригуль под названием «An individual-based forest model links canopy dynamics and shade tolerances along a soil moisture gradient» доступна в полном объеме на сайте научного журнала Королевского общества «Royal Society Open Science».

Источники:

1. polit.ru