数学作为防治荒漠化的武器

博士 学生 Robbin Bastiaansen 应用数学来洞察实际问题。通过将数学模型与现有生态系统的发展进行比较，他希望揭开荒漠化过程的神秘面纱。他的研究已发表在国家科学院院刊( PNAS ) 上，这对于数学家来说是一项罕见的成就。

在沙漠化过程中，沙漠地区正在扩大或产生新的沙漠。这个过程的中间体是“几乎是沙漠”，植被模式中植被和裸露的斑点交替出现(见横幅图片)。在他的研究中，巴斯蒂安森研究了这些模式的特性。通过与数学家和生态学家合作，他研究了典型的行为模型及其对真实生态系统的影响。来自卫星的新可用数据集提供了有价值的信息，例如关于这些模式的生物量。这使巴斯蒂安森和合著者能够在模型预测和现实之间进行彻底的比较。

不可逆转

最重要的发现之一是这些区域显示出的“多重稳定性”。“在近沙漠地区，没有一种特定的模式占主导地位，而是可能出现一系列的模式，”巴斯蒂安森解释说。“这意味着这些地区比以前知道的要强得多、更有弹性，因此不会像预期的那样迅速坍塌成一片光秃秃的荒漠。” 这一点尤其重要，因为这种坍塌实际上是不可逆转的：完全枯萎的地区将很难再次长满——即使它没有受到进一步的干扰和/或气候条件再次改善。

巴斯蒂安森发现使用数学来解决社会问题是一项挑战。荒漠化就是其中之一：“地球上有许多地区受到荒漠化的威胁。在这些地区也有很多人依靠牛和庄稼来获得食物供应，这需要肥沃的土壤。防止这种不可逆转的”因此，荒漠化对人们来说非常重要。”

数学家和生态学家之间独特的合作对于这项研究至关重要。“只有通过这种合作，才有可能一方面包含模型的一般行为，另一方面将行为转化为可衡量的生态学，”巴斯蒂安森说。然而，这种合作也面临挑战：来自一个学科的概念并不总是在另一个学科中为人所知，或者有时含义略有不同。“这需要大量的协商、协调和耐心，”巴斯蒂安森现在知道了。

尽管研究人员已尽最大努力使可衡量的比较成为可能，但由于缺乏数据，许多事情尚不可行。“例如，荒漠化过程相对缓慢。我们本来想看看这个过程的过程，但可用的数据仍然太少：详细的卫星照片只能追溯到四十年前。” 标准模型也有一些缺点。因此，挑战在于改进这些，使它们更好地符合现实。“此外，需要更多关于荒漠化过程的确切步骤的知识，以最终防止沙漠在世界范围内蔓延。”