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印第安納州西拉斐特——《生態(tài)學與環(huán)境前沿》雜志的一期特刊為將結構多樣性作為生態(tài)學的新研究方向奠定了基礎。該期刊由美國國家科學基金會資助，還描述了支持新研究方向的數(shù)字數(shù)據(jù)收集方法，以及該工作在各種生態(tài)系統(tǒng)中的應用。
“結構多樣性正在思考哪些元素占據(jù)了一個空間，以及它們在空間中的排列方式，”該特刊的主編費松林說，他是林業(yè)和自然資源教授，也是普渡大學遙感學院院長。“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?！?/p>
正如 Fei 和三位共同編輯在他們的概述中所寫，該特刊的貢獻“為結構多樣性、生態(tài)理論的新應用和案例研究提供了一個新的框架?！?/p>
共同編輯是普渡大學林業(yè)與自然資源系城市生態(tài)學副教授布雷迪·哈迪曼 ( Brady Hardiman ) ;Elizabeth LaRue，德克薩斯大學埃爾帕索分校生物科學助理教授;密歇根州立大學地理學、環(huán)境與空間科學副教授Kyla Dahlin 。
這期特刊的七位主要作者中有六位是早期職業(yè)科學家，他們正在開發(fā)可能產(chǎn)生新生態(tài)理論的 3D 技術應用。這些技術包括光探測和測距(激光雷達)，以及安裝在無人機和衛(wèi)星上的數(shù)據(jù)傳感器。
“采用這些新興的數(shù)字工具和技術將使下一代生態(tài)學家能夠優(yōu)雅地操作一組傳感器來測量生態(tài)系統(tǒng)并在由此產(chǎn)生的數(shù)據(jù)海洋中自由游泳，”編輯們寫道。
這些方法構成了Fei 領導的 Purdue 新數(shù)字林業(yè)中心的基礎。作為普渡大學下一步行動的五項戰(zhàn)略投資之一 ，該中心利用數(shù)字技術和多學科專業(yè)知識來測量、監(jiān)測和管理城市和農(nóng)村森林，以最大限度地提高社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益。
“過去，作為科學家，我們將地球作為一個平面實體來測量，”費和哈迪曼指導的前博士后研究員拉魯說。“部分原因是我們沒有很好的技術來測量地球的 3D 方面。”（了解更多內(nèi)容，添加顧問老師VX：Tops6868）
這些方面包括海拔差異和精細尺度特征，例如樹木的分枝模式。以前，研究人員必須手動進行此類測量。
“技術正在迅速發(fā)展。我們需要了解這些 3D 技術所支持的科學和理論，”她說。
這期特刊指出，盡管林業(yè)方面的重點工作已經(jīng)開始，但在濕地、草原和海洋生態(tài)系統(tǒng)等生態(tài)系統(tǒng)類型方面還需要做更多的工作。
“我們對不同生態(tài)系統(tǒng)類型的結構多樣性的了解仍然非常有限，”LaRue 說。
傳統(tǒng)上，科學家們試圖通過計算物種數(shù)量和評估其遺傳多樣性來衡量生物多樣性。
“這些現(xiàn)有措施回到了這個基本問題：不同生物占據(jù)了多少可用生態(tài)空間?” 哈迪曼說?！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，因為缺少一個物種不會導致系統(tǒng)崩潰?！?/p>
但借助新的 3D 數(shù)字技術，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)在通常可以更快、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，他們可以簡單地使用手機應用程序進行以前需要卷尺的測量。
這期特刊的編輯和作者強調(diào)了研究人員需要解決的四個挑戰(zhàn)，以充分發(fā)揮生態(tài)學中這種數(shù)字進步的潛力。
第一個挑戰(zhàn)是生態(tài)學家和環(huán)境科學家與其他專業(yè)的同事進行更廣泛的合作。所需的專業(yè)知識范圍從航空技術、工程和計算機科學到平面設計、信息科學和社會科學。
第二個挑戰(zhàn)是應用超級計算機、云計算、機器學習和人工智能來處理數(shù)字技術現(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)都是公開訪問和可用的，”費說。但研究人員有時缺乏利用它的專業(yè)知識?！八麄儧]有計算能力或合適的工具來處理它，”他說。
第三個挑戰(zhàn)是采用新方法更好地評估 3D 數(shù)據(jù)集現(xiàn)在經(jīng)常出現(xiàn)的生態(tài)系統(tǒng)結構中的數(shù)百個變量。編輯團隊不依賴于傳統(tǒng)的假設檢驗，而是建議研究人員采用數(shù)據(jù)驅動的方法或將兩者結合起來。
最后，編輯們強調(diào)了培養(yǎng)下一代數(shù)字技術生態(tài)學家的重要性。
“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)培訓的重要組成部分，”他們寫道。
以上就是普渡大學稱數(shù)字革命帶來新研究方向的相關內(nèi)容。如果您對美國留學感興趣，歡迎您在線咨詢托普仕留學老師，托普仕留學專注美國前30高校申請，助力國內(nèi)學子順利獲得美國藤校入讀資格。
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