沙漠真的是一片荒芜?研究表明:仅撒哈拉沙漠就有18亿棵树!

subtitle 姿势分子knowledge 10-26 19:49 跟贴 1 条

在你的印象中,沙漠可能是这样的

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这样的

或是这样的

漫漫黄沙,铺天盖地,一望无垠,了无生机,这就是大多数人心里沙漠的形象。在我们的心里,沙漠似乎就和生命没什么关系,除了少数像骆驼刺、仙人掌等极其顽强的植物之外,就好像再没有其他生命了。

不仅是我们,科学家也在很长的一段时间里保持着这样的想法,对沙漠有着这样的印象。但是,最近的一项研究出炉之后,他们对沙漠有了很大的改观。他们万万没想到,我们口中“贫瘠”的沙漠,其实还真的蕴藏着生机。

撒哈拉大沙漠,是世界上面积最大的沙漠,覆盖了非洲大陆约906万平方公里的土地,面积相当于我国国土面积的94.4%。这里的气候极其恶劣,被认为是地球上最不适合生存的地区之一。在它的南部,是萨赫勒地区。这里年平均气温27℃,降雨量200-700毫米,是世界上最贫穷、最荒瘠的地区之一。

当时,从没有人想到,仅仅在西撒哈拉和萨赫勒沙漠的一部分半湿润区,竟然分布着大约18亿棵树!这个令人震惊的数据是以前所有人都不曾想象到的,但最近的统计数据确实证明了这个数字,颠覆了我们的认知。

哥本哈根大学地球科学和自然资源管理系的助理教授Martin Brandt是这次调查研究的领导者,他向我们介绍说:“撒哈拉沙漠中竟然生长着如此多的树木,这实在太令我们惊讶了。当然,有大片的区域内没有树木生长,但是仍然有那么一部分区域,树木的密度非常高。即使是在沙丘之中,也零散地分布着一些树木。”

实际上,想要统计这些树木的数量,并不是一件容易的事。当然,我们不可能一棵一棵地去数,而是要借助卫星的力量来进行统计。对于树木较多的区域来说,这个工作稍微简单一点。我们的卫星已经有了相对比较高的分辨率,足以将树木和周围的土壤分辨出来,呈现出一张比较清晰的图像供科学家研究。

但是,正是树木的数量比较少的区域,难题出现了。如果某个区域内树木的数量很少,只是一棵一棵零散地分布着,那么卫星的分辨率是不足以将它识别出来的,甚至是少数几棵树,也难以识别。即使是分辨率非常高的图像,也只能实现小群落树木的突破,识别单独一棵树的难度仍然极高。尤其是在非常空旷的地区,这个工作的难度更大。

因此,怎么解决这个问题,就成了本次研究的关键。

Brandt和他的团队用了一个非常巧妙的办法,那就是把分辨率非常高的图像和机器的深度学习相结合,来发现这些树木。也就是说,他们通过一个程序,“教”计算机该如何识别单独的树木。这个过程听起来简单,实则非常复杂。

在深度学习的程序开始应用之前,他们首先要对计算机进行训练。训练的方法非常原始,那就是Brandt等人亲自在高分辨率图像中寻找这些树木,然后进行单独的计数和标记。为了让计算机学会这个方法,他们统计了将近90000棵树,花费了大约1年的时间,才完成这项工作。

他把这些单棵树木的特征、细节标记出来,输入到电脑程序中, 让计算机知道不同的景观中不同的树木分别有怎样的特点并加以识别。然后,他们对程序进行了试运行,寻找计算机的错误,然后加以改正。“我不接受错误的分类,当它把树木分错类的时候,我进行了更加深入的训练。”

实际上,主要的工作就在于此。当计算机完成了这个学习过程之后,下一步就非常快了。仅仅用了几个小时,计算机就统计出了最后的数字。而这个数字如果完全由人类来统计,恐怕需要几百万人花几年的时间才能完成。

最终,在完成了对130万平方公里区域内11000多张图像进行分析后,研究团队将成果发表在了《自然》杂志上Brandt自信地说:“此前的研究都是基于估算和推测,而我们这里看到的每一棵树,都是对整片区域的搜索后发现的。”

新墨西哥州立大学植物与环境科学系的Niall P. Hanan和Julius Anchang对这项研究评价说:“这表明,如果设定好限制条件,我们将很快就能对全球范围内所有的树木分布地图进行绘制。”

美国宇航局戈达德太空飞行中心的程序员Jesse Meyer也参与了这项研究,他表示说:“在环境保护、生态恢复和气候变化等方面,这些数据都可以在建立底线的过程中发挥重要作用。在一年、两年或者十年之后,可以重复进行这样的研究……看一看减少森林砍伐、保护树木方面的努力是否起到了成效。”

虽然沙漠中的植物看起来是在恶劣环境下苟延残喘、挣扎求生,但它们在自然界发挥的作用不可小觑。正如研究团队在论文中所表示的那样,这些沙漠植物的信息是“我们理解整个地球尺度下的生态学、生物地理学以及碳、水和其他营养物质的生物地球化学循环的基础”。

Brandt指出,如果我们能够掌握更多关于沙漠植物的信息,就能够更精准地确定这些区域到底储存了多少的碳,而这些区域通常都在气候学家建立气候模型时被忽略掉了。

与此同时,Brandt还冷静地指出:虽然我们已经掌握了对这些树木进行精确计数的方法,但这对于我们理解气候变化及其加速趋势有什么影响,还值得讨论。他接下来的愿望,就是把这个技术推广到其他地区,对全世界广达6500万平方公里的干旱区域进行相关地图的绘制,找到那些“隐藏”起来的树木。

我们知道,地球的气候正在遭受着前所未有的挑战,而这个巨大的气候系统,其实很可能被一些小的因素影响,也就是所谓的蝴蝶效应。在这样的前提下,任何地区的环境、气候都不能忽略。如果我们更好地了解的沙漠植物对气候的影响,相信在拯救地球环境方面,将会对我们大有裨益。

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