大自然孕育一片森林可能需耗時1000年。然而，美國有研究學者只花三週就在電腦上完成。科學家如今將能運用這款3D模擬器，模擬出千年之後，越發頻繁的全球暖化、乾旱、林火等氣候變遷現象，會對森林造成哪些影響。
右上和右下圖都是真實的樹；左上和左下則是電腦模擬示意圖。圖片來源：華盛頓州立大學 Washington State University
在電腦上蓋一座森林
華盛頓州立大學溫哥華分校（Washington State University Vancouver）的數學及統計學助理教授Nikolay Strigul和一位數學博士後研究員Jean Lienard共同研發出世界上第一個能模擬真實森林中每棵樹的樹枝、樹葉以及樹根的電腦模擬器。
在二氧化碳濃度升高和全球暖化的前提下，他們已模擬出魁北克闊葉森林的林火發生次數增加，將影響植物生長。
「森林在俄文是LES，因此我們以LES命名這個模型」在俄羅斯長大的Strigul說，「森林管理者可以使用這個模型，製造出他們森林的3D影像並模擬未來的變化。」
精細到枝葉根系 把生態系搬上銀幕
運用先進的電腦計算功能，LES可模擬規模100平方公尺的耐旱及耐陰樹林，進一步推估到整片森林。這項模擬器還有許多驚人的進展。首先，他是唯一一個森林模擬器能模擬出每棵樹精細的根系以及樹冠層結構。先前的模擬器都只能模擬出其中一項，無法兼具。
LES的模型可以模擬出在地底下，每棵樹的樹根為了爭取水源的分布狀況；也能模擬出為了爭取更多陽光，每棵樹的枝葉生長情形；更可以模擬出隨著時間，整片森林樹冠層的形狀變化。
科學家運用美國農業部的森林資訊及分析程式（U.S. Department of Agriculture's Forest Inventory and Analysis Program）以及其他森林的數據庫，還有無人機的偵測資料，來模擬不同的森林。「我們與美國森林部共同合作，研究出一個方法，我們使用空拍機環繞拍攝森林並蒐集其他成像資料。」Lienard說，「我們運用這項數據發展出3D模型，能模擬出真實的空間分布以及生態特徵，這項方法幾乎適用於各種森林。」
未來森林的挑戰 如何在乾旱、林火下重生？
在北美洲大多數地區，氣候變遷導致發生乾旱的頻率增加，我們很難確定這會對森林造成什麼影響，也因此更難預測，經歷林火或是皆伐作業等擾動後，森林會如何回復？要花多少時間回復？這些問題都變得更難以預測。
科學家對森林復原的機制只略知一二。在大規模生態變化地區中，要記錄各式各樣的樹木如何競爭資源，這個過程需耗時數十年才能完成。但是運用LES，森林經營者可以知道在歷經林火或其他破壞之後的森林，有哪些樹種及哪些生態因素對森林的重建是不可或缺的。
「從溫哥華沿著東邊的哥倫比亞河開一小時，你就會發現森林從茂密，轉變為稀疏，最後甚至看到了沙漠。」Strigul說。「我們擔心在未來，越來越乾燥的環境會讓像是華盛頓地區的森林在遭受林火或實行皆伐作業後無法自己復原，這將導致越來越多的森林沙漠化。」
「我們的模型可以幫助預測森林是否有沙漠化的危險或是其他氣候變化的過程，並且能幫助我們選擇該如何來保護這些森林。」他說。
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【參考資料】
- Phys.org（2016年2月24日），Researchers grow cyberforests to predict climate change
