印第安納州西拉斐特——《生態(tài)學(xué)與環(huán)境前沿》雜志的一期特刊為將結(jié)構(gòu)多樣性作為生態(tài)學(xué)的新研究方向奠定了基礎(chǔ)。該期刊由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助，還描述了支持新研究方向的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)收集方法，以及該工作在各種生態(tài)系統(tǒng)中的應(yīng)用。
“結(jié)構(gòu)多樣性正在思考哪些元素占據(jù)了一個(gè)空間，以及它們?cè)诳臻g中的排列方式，”該特刊的主編費(fèi)松林說(shuō)，他是林業(yè)和自然資源教授，也是普渡大學(xué)遙感學(xué)院院長(zhǎng)。“希望我們提供的框架可以適用于任何系統(tǒng)，從陸地到水生。”
正如 Fei 和三位共同編輯在他們的概述中所寫(xiě)，該特刊的貢獻(xiàn)“為結(jié)構(gòu)多樣性、生態(tài)理論的新應(yīng)用和案例研究提供了一個(gè)新的框架。”
共同編輯是普渡大學(xué)林業(yè)與自然資源系城市生態(tài)學(xué)副教授布雷迪·哈迪曼 ( Brady Hardiman ) ;Elizabeth LaRue，德克薩斯大學(xué)埃爾帕索分校生物科學(xué)助理教授;密歇根州立大學(xué)地理學(xué)、環(huán)境與空間科學(xué)副教授Kyla Dahlin 。
這期特刊的七位主要作者中有六位是早期職業(yè)科學(xué)家，他們正在開(kāi)發(fā)可能產(chǎn)生新生態(tài)理論的 3D 技術(shù)應(yīng)用。這些技術(shù)包括光探測(cè)和測(cè)距(激光雷達(dá))，以及安裝在無(wú)人機(jī)和衛(wèi)星上的數(shù)據(jù)傳感器。
“采用這些新興的數(shù)字工具和技術(shù)將使下一代生態(tài)學(xué)家能夠優(yōu)雅地操作一組傳感器來(lái)測(cè)量生態(tài)系統(tǒng)并在由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)海洋中自由游泳，”編輯們寫(xiě)道。
這些方法構(gòu)成了Fei 領(lǐng)導(dǎo)的 Purdue 新數(shù)字林業(yè)中心的基礎(chǔ)。作為普渡大學(xué)下一步行動(dòng)的五項(xiàng)戰(zhàn)略投資之一 ，該中心利用數(shù)字技術(shù)和多學(xué)科專(zhuān)業(yè)知識(shí)來(lái)測(cè)量、監(jiān)測(cè)和管理城市和農(nóng)村森林，以最大限度地提高社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益。
“過(guò)去，作為科學(xué)家，我們將地球作為一個(gè)平面實(shí)體來(lái)測(cè)量，”費(fèi)和哈迪曼指導(dǎo)的前博士后研究員拉魯說(shuō)?！安糠衷蚴俏覀儧](méi)有很好的技術(shù)來(lái)測(cè)量地球的 3D 方面?！保私飧鄡?nèi)容，添加顧問(wèn)老師VX：Tops6868）
這些方面包括海拔差異和精細(xì)尺度特征，例如樹(shù)木的分枝模式。以前，研究人員必須手動(dòng)進(jìn)行此類(lèi)測(cè)量。
“技術(shù)正在迅速發(fā)展。我們需要了解這些 3D 技術(shù)所支持的科學(xué)和理論，”她說(shuō)。
這期特刊指出，盡管林業(yè)方面的重點(diǎn)工作已經(jīng)開(kāi)始，但在濕地、草原和海洋生態(tài)系統(tǒng)等生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型方面還需要做更多的工作。
“我們對(duì)不同生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型的結(jié)構(gòu)多樣性的了解仍然非常有限，”LaRue 說(shuō)。
傳統(tǒng)上，科學(xué)家們?cè)噲D通過(guò)計(jì)算物種數(shù)量和評(píng)估其遺傳多樣性來(lái)衡量生物多樣性。
“這些現(xiàn)有措施回到了這個(gè)基本問(wèn)題：不同生物占據(jù)了多少可用生態(tài)空間?” 哈迪曼說(shuō)?！氨徊煌锓N占據(jù)的生態(tài)空間越多，系統(tǒng)可能越穩(wěn)定，因?yàn)槿鄙僖粋€(gè)物種不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰?！?/p>
但借助新的 3D 數(shù)字技術(shù)，研究人員現(xiàn)在可以快速確定環(huán)境中物種的分層排列，以及它們的大小和數(shù)量。這種能力有利于土地管理者和研究人員。管理人員現(xiàn)在通?？梢愿?、更低成本地收集更高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，以幫助他們做出決策。有時(shí)，他們可以簡(jiǎn)單地使用手機(jī)應(yīng)用程序進(jìn)行以前需要卷尺的測(cè)量。
這期特刊的編輯和作者強(qiáng)調(diào)了研究人員需要解決的四個(gè)挑戰(zhàn)，以充分發(fā)揮生態(tài)學(xué)中這種數(shù)字進(jìn)步的潛力。
第一個(gè)挑戰(zhàn)是生態(tài)學(xué)家和環(huán)境科學(xué)家與其他專(zhuān)業(yè)的同事進(jìn)行更廣泛的合作。所需的專(zhuān)業(yè)知識(shí)范圍從航空技術(shù)、工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)到平面設(shè)計(jì)、信息科學(xué)和社會(huì)科學(xué)。
第二個(gè)挑戰(zhàn)是應(yīng)用超級(jí)計(jì)算機(jī)、云計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能來(lái)處理數(shù)字技術(shù)現(xiàn)在產(chǎn)生的海量 3D 數(shù)據(jù)集。
“我們使用的很多數(shù)據(jù)都是公開(kāi)訪問(wèn)和可用的，”費(fèi)說(shuō)。但研究人員有時(shí)缺乏利用它的專(zhuān)業(yè)知識(shí)?！八麄儧](méi)有計(jì)算能力或合適的工具來(lái)處理它，”他說(shuō)。
第三個(gè)挑戰(zhàn)是采用新方法更好地評(píng)估 3D 數(shù)據(jù)集現(xiàn)在經(jīng)常出現(xiàn)的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的數(shù)百個(gè)變量。編輯團(tuán)隊(duì)不依賴(lài)于傳統(tǒng)的假設(shè)檢驗(yàn)，而是建議研究人員采用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法或?qū)烧呓Y(jié)合起來(lái)。
最后，編輯們強(qiáng)調(diào)了培養(yǎng)下一代數(shù)字技術(shù)生態(tài)學(xué)家的重要性。
“新的面向數(shù)據(jù)的技能，如大型數(shù)據(jù)集的獲取、可視化、分析和管理，必須成為生態(tài)培訓(xùn)的重要組成部分，”他們寫(xiě)道。
以上就是普渡大學(xué)稱(chēng)數(shù)字革命帶來(lái)新研究方向的相關(guān)內(nèi)容。如果您對(duì)美國(guó)留學(xué)感興趣，歡迎您在線咨詢(xún)托普仕留學(xué)老師，托普仕留學(xué)專(zhuān)注美國(guó)前30高校申請(qǐng)，助力國(guó)內(nèi)學(xué)子順利獲得美國(guó)藤校入讀資格。
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