Представьте, что наконец наступила весна, и вы планируете свои выходные. Прогноз погоды выглядит великолепно. Вы могли бы пойти на пляж - но что, если он закрыт из-за цветения водорослей? Может быть, вы могли бы пойти на экскурсию - листья еще будут? Что может быть в цветке? Вернутся ли перелетные птицы? О, и вы слышали, что прошлый год был плохим для клещей - эта весна будет лучше или хуже?
Мы все принимаем прогнозы погоды как должное, так почему же нет «прогноза природы», чтобы ответить на эти вопросы? Войдите в новую научную область экологического прогнозирования. Экологи давно пытаются понять мир природы, но лишь недавно они начали систематически думать о прогнозировании.
Большая часть текущих исследований в области экологического прогнозирования сосредоточена на долгосрочных прогнозах. В нем рассматриваются вопросы, которые возникают в течение десятилетий или веков, например, как виды могут смещать свои ареалы в ответ на изменение климата или будут ли леса продолжать поглощать углекислый газ из атмосферы.
Тем не менее, в новой статье, которую я в соавторстве с 18 другими учеными из университетов, частных исследовательских институтов и Геологической службы США, мы утверждаем, что сосредоточение на краткосрочных прогнозах на протяжении дней, сезонов и лет поможет нам лучше понять, управлять и сохранять экосистемы. Развитие этой способности было бы беспроигрышным как для науки, так и для общества.
«Красная волна» - Karenia brevis, токсичный микроорганизм, который может вызывать гибель рыб и отравлять людей, которые едят загрязненных моллюсков. Ученые используют спутниковые снимки и отбор проб воды для прогнозирования вредоносного цветения водорослей и других краткосрочных экологических явлений. (Chase Fountain / Техасские парки и дикая природа) **********
Помимо помощи людям в планировании выходных, экологические прогнозы улучшат процесс принятия решений в сельском, лесном, рыбном и других отраслях. Они помогут частным землевладельцам, местным органам власти, государственным и федеральным агентствам лучше управлять и беречь наши земли, воды и береговые линии, например, предупреждая о таких событиях, как вспышки вредителей и вредоносное цветение водорослей. Они улучшат общественное здравоохранение благодаря более точным прогнозам вспышек инфекционных заболеваний и более эффективному планированию в ожидании голода, пожаров и других стихийных бедствий.
Экологические прогнозы также углубят наше понимание окружающего нас мира и того, как человеческая деятельность меняет его. Прогнозирование формализует цикл между прогнозированием и тестированием, которое лежит в основе научного метода, и повторяет его в гораздо более быстром цикле. Это может ускорить темпы открытия в науках об окружающей среде в это критическое время быстрых изменений окружающей среды.
Навыки прогнозирования погоды в Национальном управлении океанических и атмосферных исследований постоянно и резко улучшались со времени появления численного прогноза погоды в 1950-х годах (100 = абсолютный балл, 0 = случайный). Повышение точности с течением времени объясняется увеличением объема данных, увеличением числа компьютеров и улучшением инструментов для ежедневного ввода данных в модели. Синергизм этих факторов постоянно улучшал наше понимание атмосферы и улучшал погодные модели. (Адаптировано из NOAA, CC BY-ND) **********
Большие данные являются движущей силой многих достижений в области экологического прогнозирования. Сегодня экологи получают на несколько порядков больше данных, чем десять лет назад, благодаря устойчивому государственному финансированию фундаментальной науки и мониторинга окружающей среды. Эти инвестиции дали нам лучшие датчики, спутники и организации, такие как Национальная сеть экологических обсерваторий, которая собирает высококачественные данные из 81 полевого объекта в Соединенных Штатах и Пуэрто-Рико. В то же время культурные сдвиги между финансирующими учреждениями, исследовательскими сетями и журналами сделали эти данные более открытыми и доступными.
Цифровые технологии позволяют получить доступ к этой информации быстрее, чем в прошлом. Полевые ноутбуки уступили место планшетам и сотовым сетям, которые могут передавать новые данные в суперкомпьютеры в режиме реального времени. Вычислительные достижения позволяют нам создавать более совершенные модели и использовать более сложные статистические методы для составления прогнозов.
**********
Однако пока экологическое прогнозирование не поспевает за достижениями в области данных и технологий. В нашей статье мы наметили дорожную карту для ускорения поля путем устранения узких мест, замедляющих нас.
Некоторые из этих узких мест носят технический характер, например, лучшая интеграция потоков данных, которые в настоящее время доступны из многих различных источников, таких как полевые исследования, сенсорные сети и спутниковые наблюдения.
Другие проблемы связаны с выбором человека. Экологам нужно больше времени уделять двустороннему общению с заинтересованными сторонами, а не просто распространять последние исследования для лиц, принимающих решения. И нам нужны более эффективные способы передачи самых современных исследований от университетов к учреждениям и частной промышленности.
Возможно, наиболее ограничительным является то, что экологов традиционно не учили прогнозировать концепции и методы. Но, как я уже писал, эта ситуация меняется. Сейчас здесь проводятся летние семинары и растет число университетских курсов по экологическому прогнозированию. Прогнозирование ведет к появлению новых теорий, направленных на объединение различных частей экологии.
**********
На заре численного прогнозирования погоды в 1950-х годах ученые Национальной метеорологической службы столкнулись с выбором. Они могут либо подождать, чтобы начать прогнозирование, пока не улучшатся основные исследования, модели и инструменты, либо немедленно приступить к прогнозированию и обучению на практике. Они выбрали второй путь. Это оказалось сложнее, чем ожидалось - но если бы они подождали, они, вероятно, потерпели бы неудачу, потому что они пропустили бы критическое окно, когда эксперты и агентства захотели бы сделать крупные инвестиции в эти усилия.
До сих пор экологи обычно придерживались первого, более консервативного пути. Но в это время быстрых изменений окружающей среды общественные потребности и технологические возможности для прогнозирования никогда не были такими значительными. Прогнозы не всегда будут правильными, особенно по мере развития месторождения, но неудача является частью обучения. Время для экологов начать прогнозирование сейчас.
Эта статья была первоначально опубликована на разговор.
Майкл Дитце, доцент кафедры Земли и окружающей среды, Бостонский университет
