Он и Жан Лиенар, ученый-математик, получивший докторскую степень, создали первую компьютерную симуляцию, в которой реалистичный лес растет до ветвей, листьев и корней отдельных деревьев. Они используют моделирование, подробно описанное в новой статье Royal Society Open Science, для определения того, как засуха, более теплая погода, учащение лесных пожаров и другие климатические изменения повлияют на леса по всей Северной Америке.Они уже использовали компьютерную модель для прогнозирования увеличения количества пожаров и роста растений в лиственных лесах Квебека из-за повышения уровня CO2 и более высоких температур.«Мы называем нашу модель LES в честь русского слова« лес », — сказал Стригул, который вырос в России и приехал в США в 2001 году. — Это инструмент, который управляющие лесами могут использовать для создания трехмерных изображений своих лесов и моделирования что будет с ними в будущем ».
Сложная детализация, регулируемая шкалаLES использует последние достижения в области вычислительной мощности для выращивания 100–100-метровых насаждений засухоустойчивых и теневыносливых деревьев, которые затем можно масштабировать до реальных размеров леса.
Модель уникальна по нескольким параметрам. Во-первых, это единственный симулятор лесоводства, который создает сложные корневые системы и структуры кроны для каждого дерева. Предыдущие симуляторы леса могли вырастить либо одно, либо другое.Под землей корни разных деревьев в LES конкурируют за водные ресурсы в каждом пикселе модели.
Над землей листья в кронах каждого дерева одинаково конкурируют за солнечный свет. Со временем навесы деревьев меняют форму, чтобы их листья подвергались большему воздействию солнечного света.Исследователи используют комбинацию данных из Программы инвентаризации и анализа лесов Министерства сельского хозяйства США и других баз данных по лесному хозяйству, а также данные воздушной разведки с БПЛА, чтобы адаптировать свою модель к конкретным лесам.
Симулятор позволяет ученым спрогнозировать, как изменение климатических условий повлияет на леса через тысячи лет.«В сотрудничестве с Лесной службой США мы разработали метод, при котором мы летаем на дронах по лесу, фотографируем и собираем другую визуализационную информацию», — сказал Лиенард. «Мы используем эти данные для разработки трехмерных моделей, которые имеют реальное распределение пространства и экологические особенности. Подробности нашей работы с дроном были недавно опубликованы в журналах PLOS One и Measurement Science and Technology», — сказал он. «Это метод, который можно адаптировать практически к любому лесу».Последствия изменения климата
На большей части территории Северной Америки изменение климата приводит к более частым засухам, более теплой погоде и другим различным природным условиям. Трудно определить, какое влияние это окажет на леса и их способность восстанавливаться после таких динамических нарушений, как лесные пожары или сплошные рубки. Ученые относительно мало знают о механизмах восстановления лесов.
Процесс документирования может занять несколько десятилетий, и в нем участвуют деревья с различными физиологическими характеристиками, которые соревнуются за ресурсы на больших и экологически разнообразных территориях.Стригул и Лиенард планируют использовать LES, чтобы помочь управляющим лесами определить, какие виды деревьев и другие экологические факторы необходимы для восстановления лесов после уничтожения лесными пожарами и другими нарушениями.
«Проедьте час на восток вдоль реки Колумбия из Ванкувера, и вы заметите полный переход от очень густых лесов к саванне, а затем к пустыне», — сказал Стригул. «Есть опасения, что более засушливые условия в будущем не позволят лесам в таких местах, как Вашингтон, восстановиться после сплошных вырубок или лесных пожаров. Это может привести к тому, что увеличивающееся количество некогда засаженных деревьями территорий превращается в пустыню.
«Наша модель может помочь предсказать, подвержены ли леса риску опустынивания или других процессов, связанных с изменением климата, и определить, что можно сделать для сохранения этих систем», — сказал он.