Largeur des cernes des arbres prédite par l'apprentissage automatique

Sep 04, 2023

Les anneaux de croissance des arbres sont des registres de croissance annuelle, et la largeur de chaque anneau est corrélée aux conditions environnementales de l'année. Dans une nouvelle étude, Lee et Dannenberg utilisent l'apprentissage automatique pour démontrer que la largeur des cernes est bien corrélée aux types de masses d'air qu'un arbre a subies au cours de l'année écoulée.

Recevez les actualités scientifiques les plus fascinantes de la semaine dans votre boîte de réception tous les vendredis.

Auparavant, les scientifiques associaient la variabilité des anneaux de croissance des arbres à des éléments climatiques discrets tels que la température, les précipitations et la sécheresse. Cependant, le temps n'est pas vécu comme des éléments individuels, mais comme un collectif de tous les différents composants agissant ensemble. L'expérience intégrée du temps peut être caractérisée comme une masse d'air : des corps atmosphériques d'une taille de milliers de kilomètres.

Dans la nouvelle étude, les auteurs ont rassemblé des enregistrements de cernes pour 130 espèces sur 904 sites d'observation dans l'hémisphère nord. Ils ont également extrait des données météorologiques sur les masses d'air sur chaque site et chaque jour remontant à 1979 à l'aide d'un ensemble de données accessible au public appelé classification de typage météorologique en grille. Ce système trie le temps en 11 types basés principalement sur la température et l'humidité.

Ensuite, à l'aide de réseaux de neurones artificiels, les chercheurs ont corrélé la largeur d'un anneau d'arbre au nombre de jours pendant lesquels l'arbre a subi chaque classe différente de masse d'air au cours des 12 mois précédents. À titre de comparaison, ils ont utilisé la même approche d'apprentissage automatique en utilisant des données traditionnelles de température et de précipitations.

L'approche par masse d'air a surpassé l'approche traditionnelle pour 66 % des espèces d'arbres. Ce pourcentage est passé à 83% parmi les espèces avec le plus d'enregistrements disponibles. L'analyse des chercheurs a révélé que les masses d'air frais et humide étaient les plus corrélées à une croissance importante des arbres, tandis que les masses d'air chaud et sec étaient les plus prédictives d'une faible croissance.

Les chercheurs ont utilisé le modèle pour comprendre comment les conditions climatiques passées affectent la croissance des arbres, mais ils notent que la directionnalité pourrait être inversée : l'enregistrement des anneaux de croissance des arbres s'étend sur près de 14 000 ans, et il pourrait être utilisé pour classer les anciennes masses d'air.

Les résultats pourraient même être utilisés pour scruter l'avenir. En caractérisant les masses d'air actuelles et en prévoyant les futures, le modèle pourrait évaluer le stress des plantes, le risque de mortalité et la vulnérabilité aux incendies de forêt pour l'année à venir. (Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, https://doi.org/10.1029/2022JG007064, 2023)

—Morgan Rehnberg (@MorganRehnberg), rédacteur scientifique