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普渡大学称数字革命带来新研究方向
上传时间: 2023-02-09 17:31:00           浏览量: 758

印第安纳州西拉斐特——《生态学与环境前沿》杂志的一期特刊为将结构多样性作为生态学的新研究方向奠定了基础。该期刊由美国国家科学基金会资助,还描述了支持新研究方向的数字数据收集方法,以及该工作在各种生态系统中的应用。

  “结构多样性正在思考哪些元素占据了一个空间,以及它们在空间中的排列方式,”该特刊的主编费松林说,他是林业和自然资源教授,也是普渡大学遥感学院院长。“希望我们提供的框架可以适用于任何系统,从陆地到水生。”

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  正如 Fei 和三位共同编辑在他们的概述中所写,该特刊的贡献“为结构多样性、生态理论的新应用和案例研究提供了一个新的框架。”

  共同编辑是普渡大学林业与自然资源系城市生态学副教授布雷迪·哈迪曼 ( Brady Hardiman ) ;Elizabeth LaRue,德克萨斯大学埃尔帕索分校生物科学助理教授;密歇根州立大学地理学、环境与空间科学副教授Kyla Dahlin 。

  这期特刊的七位主要作者中有六位是早期职业科学家,他们正在开发可能产生新生态理论的 3D 技术应用。这些技术包括光探测和测距(激光雷达),以及安装在无人机和卫星上的数据传感器。

  “采用这些新兴的数字工具和技术将使下一代生态学家能够优雅地操作一组传感器来测量生态系统并在由此产生的数据海洋中自由游泳,”编辑们写道。

  这些方法构成了Fei 领导的 Purdue 新数字林业中心的基础。作为普渡大学下一步行动的五项战略投资之一 ,该中心利用数字技术和多学科专业知识来测量、监测和管理城市和农村森林,以最大限度地提高社会、经济和生态效益。

  “过去,作为科学家,我们将地球作为一个平面实体来测量,”费和哈迪曼指导的前博士后研究员拉鲁说。“部分原因是我们没有很好的技术来测量地球的 3D 方面。”(了解更多内容,添加顾问老师VX:Tops6868)

  这些方面包括海拔差异和精细尺度特征,例如树木的分枝模式。以前,研究人员必须手动进行此类测量。

  “技术正在迅速发展。我们需要了解这些 3D 技术所支持的科学和理论,”她说。

  这期特刊指出,尽管林业方面的重点工作已经开始,但在湿地、草原和海洋生态系统等生态系统类型方面还需要做更多的工作。

  “我们对不同生态系统类型的结构多样性的了解仍然非常有限,”LaRue 说。

  传统上,科学家们试图通过计算物种数量和评估其遗传多样性来衡量生物多样性。

  “这些现有措施回到了这个基本问题:不同生物占据了多少可用生态空间?” 哈迪曼说。“被不同物种占据的生态空间越多,系统可能越稳定,因为缺少一个物种不会导致系统崩溃。”

  但借助新的 3D 数字技术,研究人员现在可以快速确定环境中物种的分层排列,以及它们的大小和数量。这种能力有利于土地管理者和研究人员。管理人员现在通常可以更快、更低成本地收集更高质量的数据,以帮助他们做出决策。有时,他们可以简单地使用手机应用程序进行以前需要卷尺的测量。

  这期特刊的编辑和作者强调了研究人员需要解决的四个挑战,以充分发挥生态学中这种数字进步的潜力。

  第一个挑战是生态学家和环境科学家与其他专业的同事进行更广泛的合作。所需的专业知识范围从航空技术、工程和计算机科学到平面设计、信息科学和社会科学。

  第二个挑战是应用超级计算机、云计算、机器学习和人工智能来处理数字技术现在产生的海量 3D 数据集。

  “我们使用的很多数据都是公开访问和可用的,”费说。但研究人员有时缺乏利用它的专业知识。“他们没有计算能力或合适的工具来处理它,”他说。

  第三个挑战是采用新方法更好地评估 3D 数据集现在经常出现的生态系统结构中的数百个变量。编辑团队不依赖于传统的假设检验,而是建议研究人员采用数据驱动的方法或将两者结合起来。

  最后,编辑们强调了培养下一代数字技术生态学家的重要性。

  “新的面向数据的技能,如大型数据集的获取、可视化、分析和管理,必须成为生态培训的重要组成部分,”他们写道。

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