Лесные пожары уже стали глобальной угрозой. «Но, учитывая, как меняется климат, мы, вероятно, только в начале будущего, когда лесные пожары будут случаться все чаще и сильнее», - объясняет Руперт Зайдл, профессор динамики экосистем и лесопользования в горных ландшафтах ТУМ.
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 благодаря теплу огня, что позволяет быстро восстановить и восстановить пораженный лесной массив.
ИИ ускоряет модели экосистемы
«Взаимодействие между климатом, лесными пожарами и другими процессами в лесной экосистеме очень сложное, и для надлежащего учета различных взаимодействий требуются сложные модели, основанные на процессах», - объясняет профессор Зайдл. Метод, разработанный в ТУМ, использует искусственный интеллект для значительного расширения области применения этих сложных моделей.
Этот метод предполагает обучение глубокой нейронной сети, чтобы максимально эффективно имитировать поведение сложной имитационной модели. Нейронная сеть обучается на основе того, как экосистема реагирует на различные воздействия окружающей среды, но делает это, используя лишь часть вычислительной мощности, которая в противном случае была бы необходима для крупномасштабных имитационных моделей. «Это позволяет нам выполнять пространственные симуляции с высоким разрешением лесных массивов, простирающихся на несколько миллионов гектаров», - объясняет ученый доктор. Вернер Раммер.
Прогноз для лесов Йеллоустонского национального парка
Моделирование, выполненное группой ученых, включает моделирование «Большой Йеллоустонской экосистемы», сердцем которой является всемирно известный Йеллоустонский национальный парк. Этот район площадью около 8 миллионов гектаров расположен в Скалистых горах и почти не тронут. Исследователи 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 у границы леса, где породы деревьев по своей природе менее приспособлены к пожарам, и районы на Йеллоустонском плато, где относительно ровный рельеф в большинстве случаев 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 будут усиливаться, а расстояние между уцелевшими деревьями также увеличится, слишком мало семян попадет на землю. Если в будущем климат станет жарче и суше, уязвимые молодые деревья не выживут, а если будет слишком много пожаров, деревья не достигнут того возраста, в котором они сами дают семена.
«Ожидается, что к 2100 году экосистема Большого Йеллоустона 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 запасов углерода в экосистеме, а также окажет глубокое влияние на биоразнообразие и рекреационную ценность этого культового ландшафта».
Выявленные в исследовании потенциальные тенденции развития также призваны помочь посетителям национального парка понять последствия изменения климата и неотложность мер по защите климата. На следующем этапе исследовательская группа будет использовать ИИ для оценки долгосрочного воздействия проблем, вызванных изменением климата в лесах Европы.