Skogsbränder är redan ett globalt hot. "Men med tanke på hur klimatförändringarna fortskrider, vi är förmodligen bara i början av en framtid som kommer att se fler och större skogsbränder, " förklarar Rupert Seidl, Professor i ekosystemdynamik och skogsbruk i fjälllandskap vid TUM.

På många ställen, eld är en del av den naturliga miljön, och många trädarter har blivit naturligt anpassade till återkommande bränder. Dessa anpassningar sträcker sig från särskilt tjock bark, som skyddar det känsliga kambiet i stammen från elden, till kottarna hos vissa typer av tall, som endast öppnas på grund av eldsvärmen, möjliggör en snabb regenerering och återhämtning av påverkad skog.

AI accelererar ekosystemmodeller

"Samspelet mellan klimat, skogsbränder, och andra processer i skogens ekosystem är mycket komplexa, och sofistikerade processbaserade simuleringsmodeller krävs för att ta hänsyn till de olika interaktionerna på lämpligt sätt, " förklarar prof. Seidl. En metod som har utvecklats vid TUM använder artificiell intelligens för att avsevärt utöka användningsområdet för dessa komplexa modeller.

Denna metod innefattar träning av ett djupt neuralt nätverk för att imitera beteendet hos en komplex simuleringsmodell så effektivt som möjligt. Det neurala nätverket lär sig utifrån hur ekosystemet reagerar på olika miljöpåverkan, men gör det med bara en bråkdel av den datorkraft som annars skulle vara nödvändig för storskaliga simuleringsmodeller. "Detta tillåter oss att utföra rumsligt högupplösta simuleringar av skogsområden som sträcker sig över flera miljoner hektar, " förklarar forskaren Dr Werner Rammer.

Prognos för skogarna i Yellowstone National Park

Simuleringarna som gjorts av teamet av forskare inkluderar simuleringar för "Greater Yellowstone Ecosystem", som har den världsberömda nationalparken Yellowstone i sitt hjärta. Detta område, som är cirka 8 miljoner hektar stor, ligger i Klippiga bergen och är i stort sett orörd. Forskarna vid TUM har arbetat med amerikanska kollegor för att fastställa hur olika klimatscenarier kan påverka frekvensen av skogsbränder i denna region under 2000-talet, och vilka områden av skog som inte kan förnyas framgångsrikt efter en skogsbrand.

Beroende på klimatförändringsscenariot, studien har funnit att i slutet av århundradet, den nuvarande skogstäckningen kommer att ha försvunnit i 28 till 59 procent av regionen. Särskilt drabbade var skogarna i den subalpina zonen nära trädgränsen, där trädarterna är naturligt mindre anpassade till eld, och områdena på Yellowstone-platån, där den relativt platta topografin för det mesta inte kan stoppa branden från att sprida sig.

Klimatförändringarna orsakar betydande förändringar i skogarnas ekosystem

Föryngringen av skogen i den undersökta regionen är hotad av flera skäl:Om bränderna blir större och avstånden mellan de överlevande träden också ökar, för få frön kommer att ta sig ner på marken. Om klimatet blir varmare och torrare i framtiden, de sårbara unga träden kommer inte att överleva, och om det är för många bränder, träden når inte den ålder då de själva ger frön.

"Senast 2100, Greater Yellowstone Ecosystem förväntas ha förändrats mer än det har gjort under de senaste 10, 000 år, och kommer därför att se betydligt annorlunda ut än det gör idag, " förklarar Rammer. "Förlusten av dagens skogsvegetation leder till en minskning av kolet som lagras i ekosystemet, och kommer också att ha en djupgående inverkan på den biologiska mångfalden och rekreationsvärdet i detta ikoniska landskap."

De potentiella utvecklingstrender som identifierats i studien är också avsedda att hjälpa besökare till nationalparken att förstå konsekvenserna av klimatförändringar och hur brådskande klimatskyddsåtgärderna är. I nästa steg, forskargruppen kommer att använda AI för att uppskatta de långsiktiga effekterna av problemen orsakade av klimatförändringar i Europas skogar.