Во многих местах огонь является частью естественной среды, и многие виды деревьев естественным образом приспособились к повторяющимся пожарам. Эти приспособления варьируются от особенно толстой коры, которая защищает чувствительный камбий в стволе от огня, до шишек некоторых видов сосны, которые открываются только из-за высокой температуры огня, что позволяет быстро восстановить и восстановить пораженный лес .
ИИ ускоряет модели экосистемы
«Взаимодействие между климатом, лесными пожарами и другими процессами в лесной экосистеме очень сложное, и требуются сложные имитационные модели, основанные на процессах, чтобы должным образом учитывать различные взаимодействия», – объясняет профессор.
Зайдль. В ТУМ разработан метод с использованием искусственного интеллекта для значительного расширения области использования этих сложных моделей.
Этот метод предполагает обучение глубокой нейронной сети, чтобы максимально эффективно имитировать поведение сложной имитационной модели. Нейронная сеть учится на основе того, как экосистема реагирует на различные воздействия окружающей среды, но делает это, используя только часть вычислительной мощности, которая в противном случае была бы необходима для крупномасштабных имитационных моделей. «Это позволяет нам проводить пространственное моделирование с высоким разрешением участков леса, которые простираются на несколько миллионов гектаров», – объясняет ученый д-р.
Вернер Раммер.
Прогноз для лесов Йеллоустонского национального парка
Моделирование, выполненное группой ученых, включает моделирование «Большой Йеллоустонской экосистемы», в основе которой находится всемирно известный Йеллоустонский национальный парк. Эта территория площадью около 8 миллионов гектаров расположена в Скалистых горах и практически не тронута.
Исследователи из ТУМ работали с американскими коллегами, чтобы определить, как различные климатические сценарии могут повлиять на частоту лесных пожаров в этом регионе в 21 веке, и какие участки леса не могут успешно восстановиться после лесного пожара.
В зависимости от сценария изменения климата, исследование показало, что к концу века нынешний лесной покров исчезнет на 28-59 процентах территории региона. Особенно пострадали леса в субальпийской зоне возле линии деревьев, где виды деревьев, естественно, менее приспособлены к пожару, и районы на Йеллоустонском плато, где относительно плоский рельеф в основном не может остановить распространение огня.
Изменение климата вызывает значительные изменения в лесных экосистемах
Восстановление леса в исследуемом регионе находится под угрозой по нескольким причинам: если пожары станут больше и расстояние между уцелевшими деревьями также увеличится, на землю попадет слишком мало семян. Если в будущем климат станет жарче и суше, уязвимые молодые деревья не выживут, а если будет слишком много пожаров, деревья не достигнут возраста, в котором они сами дают семена.
«Ожидается, что к 2100 году экосистема Большого Йеллоустоуна изменится больше, чем за последние 10 000 лет, и поэтому будет выглядеть значительно иначе, чем сегодня», – объясняет Раммер. "Утрата сегодняшней лесной растительности ведет к сокращению углерода, который хранится в экосистеме, а также окажет глубокое влияние на биоразнообразие и рекреационную ценность этого культового ландшафта."
Потенциальные тенденции развития, выявленные в исследовании, также призваны помочь посетителям национального парка понять последствия изменения климата и срочность мер по защите климата.
На следующем этапе исследовательская группа будет использовать ИИ для оценки долгосрочного воздействия проблем, вызванных изменением климата в лесах Европы.