Bosbranden zijn nu al een wereldwijde bedreiging. "Maar gezien de voortgang van de klimaatverandering, we staan ​​waarschijnlijk nog maar aan het begin van een toekomst die meer en grotere bosbranden zal zien, " legt Rupert Seidl uit, Hoogleraar ecosysteemdynamica en bosbeheer in berglandschappen aan de TUM.

Op veel plaatsen, vuur maakt deel uit van de natuurlijke omgeving, en veel boomsoorten zijn van nature aangepast aan terugkerende branden. Deze aanpassingen variëren van bijzonder dikke bast, die het gevoelige cambium in de kofferbak beschermt tegen het vuur, tot de kegels van bepaalde soorten dennen, die alleen opengaan door de hitte van het vuur, waardoor een snelle regeneratie en herstel van aangetast bos mogelijk is.

AI versnelt ecosysteemmodellen

"De interactie tussen klimaat, bosbranden, en andere processen in het bosecosysteem is zeer complex, en geavanceerde, op processen gebaseerde simulatiemodellen zijn vereist om op passende wijze rekening te houden met de verschillende interacties, ", legt prof. Seidl uit. Een methode die aan de TUM is ontwikkeld, is het gebruik van kunstmatige intelligentie om het toepassingsgebied van deze complexe modellen aanzienlijk uit te breiden.

Bij deze methode wordt een diep neuraal netwerk getraind om het gedrag van een complex simulatiemodel zo goed mogelijk na te bootsen. Het neurale netwerk leert op basis van hoe het ecosysteem reageert op verschillende omgevingsinvloeden, maar doet dat met slechts een fractie van de rekenkracht die anders nodig zou zijn voor grootschalige simulatiemodellen. "Hierdoor kunnen we ruimtelijk simulaties met hoge resolutie uitvoeren van bosgebieden die zich uitstrekken over enkele miljoenen hectaren, " legt wetenschapper Dr. Werner Rammer uit.

Voorspelling voor de bossen in Yellowstone National Park

De simulaties die door het team van wetenschappers zijn voltooid, omvatten simulaties voor het 'Greater Yellowstone Ecosystem', die het wereldberoemde Yellowstone National Park in zijn hart heeft. Dit gebied, die ongeveer 8 miljoen hectare groot is, ligt in de Rocky Mountains en is grotendeels ongerept. De onderzoekers van de TUM hebben samen met Amerikaanse collega's bepaald hoe verschillende klimaatscenario's de frequentie van bosbranden in deze regio in de 21e eeuw kunnen beïnvloeden, en welke bosgebieden niet succesvol kunnen herstellen na een bosbrand.

Afhankelijk van het klimaatveranderingsscenario, de studie heeft uitgewezen dat tegen het einde van de eeuw, de huidige bosbedekking zal in 28 tot 59 procent van de regio zijn verdwenen. Vooral getroffen waren de bossen in de subalpiene zone bij de boomgrens, waar de boomsoorten van nature minder geschikt zijn voor vuur, en de gebieden op het Yellowstone Plateau, waar de relatief vlakke topografie de verspreiding van het vuur meestal niet kan stoppen.

Klimaatverandering veroorzaakt aanzienlijke veranderingen in bosecosystemen

De regeneratie van het bos in de onderzochte regio wordt om verschillende redenen bedreigd:Als de branden groter worden en de afstanden tussen de overlevende bomen ook groter worden, te weinig zaden zullen hun weg naar de grond vinden. Als het klimaat in de toekomst warmer en droger wordt, de kwetsbare jonge bomen zullen het niet overleven, en als er te veel branden zijn, de bomen zullen niet de leeftijd bereiken waarop ze zelf zaden opleveren.

"Tegen 2100, het Greater Yellowstone-ecosysteem zal naar verwachting meer zijn veranderd dan in de afgelopen 10, 000 jaar, en zal er daarom aanzienlijk anders uitzien dan nu, " legt Rammer uit. "Het verlies van de huidige bosvegetatie leidt tot een vermindering van de koolstof die is opgeslagen in het ecosysteem, en zal ook een grote impact hebben op de biodiversiteit en de recreatieve waarde van dit iconische landschap."

De potentiële ontwikkelingstrends die in het onderzoek zijn geïdentificeerd, zijn ook bedoeld om bezoekers van het nationale park inzicht te geven in de gevolgen van klimaatverandering en de urgentie van klimaatbeschermingsmaatregelen. In de volgende stap, het onderzoeksteam zal AI gebruiken om de langetermijneffecten in te schatten van de problemen veroorzaakt door klimaatverandering in de bossen van Europa.