Big data - når virkeligheden fungerer som eksperiment

Et savanne-område i Argentina scannet med en LiDAR laserscanner. Skanningsbillederne består af punktskyer. Foto: Robert Buitenwerf, AU

Et nyt forskningscenter på Aarhus Universitet har sat sig for at indsamle og analysere store mængder data fra og om naturen for løbende og detaljeret at undersøge, hvordan de globale miljøændringer påvirker Jordens plante- og dyreliv. Forskerne benytter sig i høj grad af nye sensorteknologier, f.eks. højopløselige data fra satellitter og egne laserscanninger af landskaber, og på længere sigt vil de også inddrage data fra sociale medier.


Af Peter F. Gammelby

Klimaændringer og menneskets brug af landskabet medfører store ændringer i økosystemerne overalt i verden, og der er stort behov for at forstå både ændringernes omfang, hvilke mekanismer, der ligger bag, og hvordan vi bedst muligt håndterer dem.

Det er netop formålet med det nye Center for Biodiversity Dynamics in a Changing World (BIOCHANGE), som åbner den 9. november. Centeret etableres på baggrund af en personlig VILLUM Investigatorbevilling på 40 mio. kr. fra VILLUM FONDEN til professor Jens-Christian Svenning, der leder centret.

Centret skal udnytte de mest avancerede metoder til beregning og dataindsamling via satellitter, og integrere Big Data-tilgangen med teori, eksperimenter og feltstudier i kombination af økologi med andre fagområder, bl.a. geografi, datalogi, landskabsarkitektur, medicin og humanistiske fag.

Professor og leder af BIOCHANGE, Jens-Christian Svenning, var med i felten for at scanne savanne i Argentina. Foto: Dennis Pedersen, AU

Styr på, hvad der sker

Centrets forskere vil bl.a. benytte højopløselige satellitbilleder og laser-scanning til at undersøge økosystemernes dynamik i lyset af globale udfordringer som f.eks. klimaændringer og ressourceforbrug, såvel som forvaltningstiltag, der skal imødegå disse udfordringer.

De vil blandt andet se på savanneøkosystemer, som er meget vidt udbredte og vigtige i verdens tropiske områder. Mange steder sker der store ændringer i vegetationen – ofte på grund af ændringer i bl.a. dyrehold og agerbrug, tab af store dyr og øget kulstof-gødskning (pga. atmosfærens stigende indhold af kuldioxid), som man antager forårsager tilgroning af områderne.

”Vegetationen er altafgørende for biodiversiteten og for de ressourcer og goder, som vi mennesker får fra naturen, men den er under stærk påvirkning fra globale miljø- og samfundsændringer. I BIOCHANGE arbejder vi med at forstå disse dynamikker ved at udvikle og udnytte mulighederne i den nyeste satellit- og laserteknologi,” forklarer Jens-Christian Svenning. Og fortsætter: 

”Ved at indhente data over flere år kan vi helt basalt få styr på: Hvad sker der? Hvad er responsen på, hvad vi gør med vilje og ikke med vilje – som f.eks. ved at fjerne kvæg fra savanneområder i Argentina for at genetablere naturen? Vi kan dermed bruge det, der sker i virkeligheden, som eksperimenter, da vi kan måle effekter af miljøændringer, og derefter prøve at identificere de mekanismer, der ligger bag. Det vil give videnskaben og politikere langt bedre modeller at arbejde ud fra.” 

Håndscanning af argentinske planter

Et hold forskere er netop vendt hjem efter tre ugers feltarbejde i Corrientes i Argentina, hvor de ved hjælp af håndholdte laserscannere (LiDAR) har skabt detaljerede tredimensionelle billeder af vegetationen. Scanningerne fra jordoverfladen kombineres med højopløste satellitfotos i såvel synligt som infrarødt og nær infrarødt lys. Det sidste fortæller, om planterne laver fotosyntese og dermed gror.

I Corrientes spiller især to faktorer en stor rolle: Dele af området er under stigende naturbeskyttelse (og dermed mindsket kvæggræsning), og der arbejdes på at genetablere den oprindelige megafauna; således er pampashjort, kæmpemyresluger, tapir og navlesvin ved at blive genindført, efter at have været udryddet fra området for hundrede år siden. Samtidig påvirkes området af andre ting – som ændringer i klima og vandkredsløb samt brande og samfundsændringer uden for området.

I februar 2018 drager forskerne og deres LiDAR scannere til et savanneområde i Kenya, hvor situationen er omvendt: Her presses vegetationen af befolkningstilvækst samt øget kvæg- og agerbrug.

Worldview 3 satellitbillede fra Corrientes, Argentina, der viser billedernes ekstremt høje opløsning på 30 cm, hvorfra der kan udtrækkes en mangfoldighed af data til brug i undersøgelser af til økosystemdynamik. Billederne til venstre vises i et format af synligt lys (RGB), mens billederne med de røde nuancer er infrarød – NIR, R, G, hvor R=red/rød, G=green/grøn, B=blue/blå. Billedernes størrelsesforhold vises vha. de indsatte målestoksforhold. Klik på billedet for at hente det i stor opløsning - og prøv at zoome ind.
Postdoc Robert Buitenwerf fra Institut for Bioscience på Aarhus Universitet i færd med at scanne et stykke palmesavanne i Argentina. Foto: Dennis Pedersen, AU

Dyrene følges på sociale medier

Meningen er udelukkende at scanne vegetation; de lokale dyrebestande slipper. I første omgang, i hvert fald.

”På længere sigt vil vi også følge med i dyrenes bevægelser, men på en helt anden måde: vi har planer om at hente data ved at datamine sociale medier, især Flickr, da turister tager masser af billeder af de vilde dyr, og mange af dem geotagger deres fotos,” siger Jens-Christian Svenning.

Dyrene - som denne kapivar (også kaldet flodsvin) - bliver ikke registreret, når forskerne fra Aarhus Universitet laserscanner landskabet. Men turistfotos af dem på de sociale medier kan senere bruges i analysearbejdet. Foto: Dennis Pedersen, AU