Тропические леса и саванны обмениваются огромным количеством энергии и вещества со своим окружением и, как таковые, вносят свой вклад в локальный и глобальный климат. Например, они могут накапливать большое количество углерода, что помогает частично компенсировать антропогенные выбросы диоксида углерода (CO2).
Исследователи из Universite libre de Bruxelles (ULB) в Бельгии и Федерального университета Мату-Гросу (UFMT) в Бразилии объединились, чтобы выяснить, как переходный лес обеспечивает связь между тропическим лесом и саванной. Они сообщают о своих выводах в журнале Chaos от AIP Publishing.Переходный лес, изучаемый исследователями, оказался в пределах «дуги обезлесения», которая испытала очень быстрое обезлесение в течение последних трех десятилетий.
«Чтобы предсказать влияние этого типа обезлесения на взаимосвязь между тропическим лесом и саванной, а также на местный и глобальный климат, необходимо понимать, как переходный лес эволюционирует во времени и реагирует на нарушения», — пояснил Янник Де Деккер, доцент Центра нелинейных явлений и сложных систем, а также отдела нелинейной физической химии в ULB.Работа группы основана на микрометеорологически значимых измерениях, собранных в течение более пяти лет исследователями UFMT в Синопе, Мату-Гросу, Бразилия. Специальное оборудование, установленное на башне высотой 42 метра, использовалось для регистрации измерений температуры воздуха и солнечной радиации, а также концентрации CO2, водяного пара и т. Д.Как вы понимаете, было собрано огромное количество данных, поэтому группа использовала математический подход, чтобы выделить, какие измерения вносят наибольший вклад в изменчивость микрометеорологии. «В нашем случае записи о температуре воздуха содержали большую часть информации», — сказал Де Деккер. «Поэтому мы решили сосредоточиться на динамике температуры воздуха».
Для этого они применили к измерениям температуры дополнительные процедуры обработки данных, известные как «нелинейный анализ временных рядов». «Это позволяет нам определить, как данная динамика соотносится с различными известными классами динамических систем», — добавил он. «Также возможно определить, сколько переменных мы должны включить в математическую модель, цель которой — воспроизвести наблюдения и спрогнозировать эволюцию рассматриваемой системы».Итак, что показал анализ группы? Динамика переходного леса "характеризуется устойчивыми регулярными колебаниями, которые принадлежат динамическому классу" предельных циклов ". Эти колебания можно воспроизвести с помощью математических моделей, используя только три переменные », — сказал Де Деккер.
Потенциально усложняющим фактором является то, что различные атмосферные измерения показывают «нерегулярное, почти непредсказуемое поведение, особенно в сезон дождей», — пояснил Де Деккер. «Наш анализ показывает, что эти неоднородности не так важны для динамики системы. Кажется, что различные возмущения приводят в основном к шуму небольшой амплитуды, который размывает основной периодический сигнал».
Однако некоторые нарушения заметно отличаются. «Иногда измерения показывают внезапные разрывы, происхождение которых не имеет ничего общего с метеорологией», — добавил он. «Отказ аккумулятора или удар молнии в башню могут вызвать такие разрывы. Но некоторые прерывания можно напрямую связать с вмешательством« диких местных жителей », таких как птицы или обезьяны». Итак, группа пытается выяснить, как включить вмешательство животных в свою математическую модель.
Что касается приложений для работы группы, микрометеорология переходного леса может быть смоделирована с помощью математического подхода с тремя переменными — возможно, включая шум. «Наше исследование также предполагает, что температура воздуха является потенциально наиболее важной переменной», — отметил Де Декер.Исследователи считают, что можно создать относительно простые модели, чтобы воспроизвести основные особенности их наблюдений. «Простые модели чрезвычайно полезны, потому что анализ и понимание причин и следствий намного проще, когда системы содержат мало переменных», — добавил Де Декер. «Мы считаем, что наши результаты являются очень позитивным шагом к цели простого, интуитивного понимания того, что движет динамической реакцией переходного леса».
Чтобы разработать простую математическую модель в этом направлении, «необходимо учитывать взаимодействие между микрометеорологическими особенностями и растительностью», — указал Де Деккер. «Осуществление этих взаимодействий может проложить путь к оценке роли, которую играют быстрые изменения земного покрова, такие как обезлесение».Группа уже разрабатывает такую простую биометеорологическую модель. «Наша главная задача состоит в том, чтобы понять и включить механизмы, с помощью которых связаны переменные растительности и атмосферы», — сказал Де Декер. «Мы считаем, что эвапотранспирация является ключевым фактором в этом контексте, но наша интуиция должна быть подтверждена путем сравнения результатов нашей модели с реальными данными».