Идея исследования возникла из современных практик сохранения животных, где взаимосвязанность ландшафтов – степень, в которой ландшафты способствуют перемещению – используется для противодействия влиянию утраты и фрагментации среды обитания на перемещение животных.
Гил Борер, Ph.D., доцент кафедры гражданской, экологической и геодезической инженерии в Университете штата Огайо и коллеги под руководством Эллен Дамшен, доктора философии.D., доцент кафедры зоологии Университета Висконсина задался вопросом, могут ли подобные меры помочь растениям, которые полагаются на ветровые течения. Исследование «Как фрагментация и коридоры влияют на динамику ветра и распространение семян в открытых местообитаниях» было опубликовано в выпуске Proceedings Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки от 4 марта и упомянуто в выпуске журнала Nature от 27 февраля.
Полевой эксперимент включал соединение открытых участков земли путем вырезания промежутков и коридоров в плантации длиннолистной сосны вокруг Национальной лаборатории Саванна-Ривер недалеко от Джексона, Южная Каролина.C.
Сеть датчиков была построена для наблюдения за скоростью ветра, турбулентностью, температурой и влажностью примерно в 20 точках по всему экспериментальному ландшафту. Ловушки для семян отбирали образцы поступающих семян во многих точках в промежутках и вокруг них, и сотни искусственных семян, изготовленных из флуоресцентной пряжи с черным светом, были выпущены и извлечены в нескольких контролируемых экспериментах.
Эти очень большие экспериментальные усилия предоставили новый набор данных наблюдений за движением семян и ветром в ландшафтах с патч-коридорами. Однако исследователи поняли, что реальность всегда намного более детализирована, чем можно наблюдать.
Поэтому, чтобы понять мельчайшие детали взаимоотношений между структурами лесных промежутков и ветром, ученые использовали физическую модель, чтобы создать виртуальную и законченную среду, в которой известны все детали движения ветра и семян, а также структура леса.
Борер обработал набор данных с помощью атмосферной модели с высоким разрешением, которую он разработал на OSC IBM Opteron 1350 Glenn Cluster. Кластер Glenn обеспечивает пользователям общую пиковую производительность 54 терафлопс (технически говоря, 54 триллиона вычислений в секунду), а система массового хранения данных центра обеспечивает хранилище объемом более 2 петабайт.
«При массовом моделировании использовался суперкомпьютерный центр Огайо, чтобы дать подробное представление о том, как коридоры изменяют движение ветра и семена, которые рассеиваются вместе с ним через лес», – сказал Борер.
Модель разрешает поток ветра и учитывает влияние листьев навеса и стволов деревьев на ветер.
Моделирование включает виртуальную область примерно 6.5 миллионов пикселей, каждый из которых представляет собой объем воздуха (или воздуха, смешанного с лесными листьями) около 10 кубических метров. Он также представлял миллионы рассеиваемых виртуальных семян.
Модель рассчитывала движение воздуха и виртуальных семян 20 раз в секунду в течение четырех часов.
«Мы обнаружили, что коридоры могут влиять на направление ветра и выравнивать поток ветра с коридором, что они ускоряют ветер и создают предпочтительные условия для выброса над пологом, где может произойти рассредоточение на большие расстояния», – сказал Борер.