Набор данных
Министерство сельского хозяйства США (USDA) подготовило открытый набор растровых данных, представляющий картографирование множества пород деревьев на территории всей страны. Датасет был получен на основе изучения фенологии видов деревьев с помощью спутниковых данных MODIS, а также растровых данных, которые отражают различные характеристики окружающей среды.
Технические характеристики данных:
Использованный алгоритм машинного обучения: K-Nearest Neighbors Algorithm
Пространственное разрешение: 250 м/пиксель
Временной охват: 2000-2009
Территориальный охват: Соединенные Штаты Америки
Смена окраски листьев осенью
Осенью большинство видов древесных растений в умеренном и субтропическом типах климата изменяют окраску зеленых листьев на желтую, оранжевую, красную и коричневую. Разнообразие оттенков зависит от сочетания пигментов: зеленые – хлорофиллы, желто-оранжевые – каротиноиды, красный, фиолетовый, бурые цвета – антоцианы. При понижении температуры воздуха осенью и уменьшении количества солнечных дней процесс фотосинтеза прекращается и начинается разрушение хлорофилла в листьях деревьев. Другая группа пигментов, каротиноиды, в отличие от хлорофилла, являются более устойчивыми, и их распад идет медленнее, поэтому они проявляются на непродолжительный временной период в осенний сезон.
Составление карты
Из 324 видов деревьев, представленных в базе данных, Ирин отфильтровала и оставила для дальнейшей работы только те древесные породы, листья которых приобретают другой цвет во время осени. Автор подчеркивает, что важно было отметить деревья, которые незаметно меняют цвет листьев. Например, листья некоторых видов дуба становятся коричневыми вместо красочных желтых или красных цветов.
После фильтрации и добавлении только нужных видов, Ирин скачала растровые данные для суммирования значений в каждой ячейке, чтобы получить количество деревьев в каждом пикселе. Всю техническую часть от сбора данных, анализа до визуализации автор выполняет с помощью языка программирования R. Подробное описание работы и готовый код можно посмотреть в личном блоге автора.
Окончательную версию карты Ирин оформила в Photoshop, добавив отмывку рельефа, чтобы отобразить закономерности распределения видов деревьев на региональном уровне.
Анализ карты
Высокая плотность древесных пород, которые меняют цвет листьев осенью, располагается в Аппалачской горной системе и в области Великих озер. Небольшие «острова» плотности древесной растительности находятся на побережье Тихого океана и в Кордильерах.
Среди участников марафона #30DayMapChallenge мы нашли карту крон деревьев Соединенных Штатов Америки, которая объясняет закономерности распределения пород деревьев, меняющих окраску листьев. Автор подразделяет лесную растительность на четыре категории: листопадные, вечнозеленые, смешанные и вечнозеленые субтропические леса.
В восточной части материка в районе Великих озер произрастают смешанные (хвойно-широколиственные) леса, которые частично меняют цвет листьев в осенний сезон. С движением на юг возрастает доля листопадных широколиственных пород деревьев, и видны так называемые аппалачские леса – одни из богатейших лесов на Земле. На севере горной системы растут деревья схожие с европейскими и восточноазиатскими родами, а в южной части встречаются более теплолюбивые виды — магнолия, тюльпановое дерево и др. Высокое биологическое разнообразие видов деревьев, меняющих цвет, также обусловлено рельефом и наличием высотной поясности.
Литературные источники:
● Бриттон Г. Биохимия природных пигментов. Мир, 1986. 422 с.
● Ковешников А.И., Новикова Н.Е. Колористика древесных насаждений в ландшафтном проектировании. Вестник ОрелГАУ. 2017. 3(66). 82-88 с.
● Wilson, Barry Tyler; Lister, Andrew J.; Riemann, Rachel I.; Griffith, Douglas M. 2013. Live tree species basal area of the contiguous United States (2000-2009). Newtown Square, PA: USDA Forest Service, Rocky Mountain Research Station.
Другие источники:
● https://erdavis.com/
● https://www.fs.usda.gov/rds/archive/catalog/RDS-2013-0013
● http://viewfinderpanoramas.org/dem3.html