Un outil facile à gérer pour la modélisation des écosystèmes forestiers – The Pnetr R Package – Blog Méthodes
Post fourni par Xiaojie Gao
Je suis un écologiste de télédétection qui travaille actuellement en tant que chercheur postdoctoral au Département forestier de Harvard de l’Université Harvard. Mes recherches se concentrent sur la cartographie et la compréhension des impacts du changement climatique et des activités humaines sur les écosystèmes de végétation terrestre.
Le développement du pnetr Le package R pour la modélisation des écosystèmes forestiers a été inspiré par mon propre intérêt de recherche pour comprendre comment la phénologie de la végétation interagit avec diverses variables écologiques pour influencer les cycles du carbone et de l’eau. La phénologie de la végétation – le moment des événements du cycle de vie de la végétation tels que les feuilles et la chute des feuilles – est «le calendrier de la nature», régulant l’échange saisonnier de matériaux et d’énergie entre la surface terrestre et l’atmosphère. Les observations ont montré que la phénologie du printemps a progressé environ 3 jours par décennie dans de nombreuses régions extra-tropicales en raison du changement climatique. Cependant, les conséquences de ces changements et leurs interactions avec les processus écosystémiques restent mal comprises.
Pour étudier ces processus, les chercheurs sont souvent en corrélation des changements phénologiques vers d’autres variables écologiques. Cependant, bien que cette approche tente de contrôler les facteurs de confusion, il capture rarement les interactions complexes et non linéaires entre les processus écosystémiques. En conséquence, les effets causaux induits et les mécanismes sous-jacents portent une incertitude substantielle.
Plus largement et plus important encore, pour faire progresser notre théorie écologique, nous avons besoin de modèles écosystémiques qui élucident les interactions écologiques complexes et les testant et mettant à la mise à jour de ces processus lorsque de nouvelles connaissances émergent. Cependant, malgré les développements technologiques récents, le test des hypothèses dans la plupart des modèles d’écosystème et la mise à jour des structures du modèle ne sont pas des tâches triviales. En raison de la complexité de calcul et des raisons historiques, la plupart des modèles d’écosystème existants sont mis en œuvre dans des langages de programmation de niveau inférieur tels que Fortran, C ++ et C #, qui augmentent les barrières techniques pour les écologistes pour modifier les structures du modèle. Par conséquent, alors que de nombreuses nouvelles découvertes scientifiques ont conduit à des suggestions de représentations nouvelles ou modifiées de certains processus écologiques, la mise en œuvre de ces suggestions est souvent loin d’être simple.
Pour relever ces défis, nous avons développé un cadre de modélisation facile à gérer–– le pnetr R package – pour implémenter la famille des modèles écosystèmes de la photosynthèse et de l’évapotranspiration (PNET). R est probablement le langage de programmation le plus utilisé dans le domaine de l’écologie, de sorte que sa barrière technique pour les écologistes est faible. Nous avons choisi des modèles PNET car ils contiennent des processus essentiels démontrant des cycles de carbone, d’eau et d’azote de manière relativement parcimonieuse afin qu’ils soient réalisables par calcul dans R. Nous fournissons également une documentation complète d’algorithme pour les principaux processus mis en œuvre dans les modèles, qui non seulement sont des références pour les utilisateurs, mais aussi pnetr Utile dans l’enseignement pratique. De plus, bien que pnetr est un package, nous encourageons fortement les écologistes à modifier le Code scripts sur github pour tester leurs processus hypothétiques d’intérêt. Par exemple, dans Notre journalnous montrons comment la modification du processus de phénologie peut nous aider à comprendre les impacts des changements phénologiques sur la séquestration et le stockage du carbone.
Nous espérons pnetr Peut faciliter le développement ultérieur de la théorie écologique et augmenter l’accessibilité technique de la modélisation des écosystèmes et des prévisions écologiques.
Lisez notre article complet ici et explorer le paquet pnetr sur github.