Proč se na podzim mění barva listů na stromech?

Rádi bychom vám řekli o neobvyklé mapě, která ukazuje hustotu druhů stromů, které na podzim mění barvu listů. Autorkou mapy je Irin (původně Erin), kartografka a specialistka na vizualizaci dat, která svou práci a zdroje datových sad sdílí na svém osobním blogu.

Soubor dat
Ministerstvo zemědělství Spojených států amerických (USDA) vytvořilo veřejný rastrový datový soubor mapující mnoho druhů stromů po celé zemi. Soubor dat byl odvozen ze studia fenologie dřevin pomocí satelitních dat MODIS a také rastrových dat, která odrážejí různé charakteristiky prostředí.

Specifikace dat:
Použitý algoritmus strojového učení: Algoritmus K-Nearest Neighbors
Prostorové rozlišení: 250 m/pixel
Časové pokrytí: 2000-2009
Územní pokrytí: Spojené státy americké

Změna barvy listů na podzim
Na podzim většina druhů dřevin v mírném a subtropickém podnebí mění barvu svých zelených listů na žlutou, oranžovou, červenou a hnědou. Rozmanitost odstínů závisí na kombinaci pigmentů: zelená – chlorofyly, žlutooranžová – karotenoidy, červená, fialová, hnědé barvy – antokyany. Když na podzim teplota vzduchu klesne a počet slunečných dnů ubude, proces fotosyntézy se zastaví a začne ničení chlorofylu v listech stromů. Další skupina pigmentů, karotenoidy, jsou na rozdíl od chlorofylu stabilnější a jejich rozklad je pomalejší, proto se v podzimním období objevují na krátkou dobu.

Mapování
Z 324 druhů stromů prezentovaných v databázi Irin odfiltroval a ponechal pro další práci pouze ty dřeviny, jejichž listy během podzimu získávají jinou barvu. Autor zdůrazňuje, že bylo důležité všímat si stromů, které neznatelně mění barvu svých listů. Například listy některých dubů místo barevných žlutých nebo červených květů hnědnou.

Po filtrování a přidání pouze požadovaných druhů Irene stáhla rastrová data, aby sečetla hodnoty v každé buňce, aby získala počet stromů v každém pixelu. Autor provádí celou technickou část od sběru dat, analýzy až po vizualizaci pomocí programovacího jazyka R Podrobný popis práce a hotového kódu najdete na autorově osobním blogu.

Irin navrhla konečnou verzi mapy ve Photoshopu a přidala reliéfní stínování pro zobrazení vzorů v distribuci druhů stromů na regionální úrovni.

Analýza map
Vysoké hustoty druhů stromů, které na podzim mění barvu listů, se nacházejí v Apalačském horském systému a oblasti Velkých jezer. Malé „ostrovy“ s hustotou dřevnaté vegetace se nacházejí na pobřeží Tichého oceánu a v Kordillerách.

Mezi účastníky #30DayMapChallenge jsme našli mapu korun stromů ve Spojených státech amerických, která vysvětluje vzorce rozšíření druhů stromů, které mění barvu listů. Autor rozděluje lesní porosty do čtyř kategorií: listnaté, stálezelené, smíšené a stálezelené subtropické lesy.

Ve východní části kontinentu v oblasti Velkých jezer rostou smíšené (jehličnato-listnaté) lesy, které v podzimní sezóně částečně mění barvu listů. Jak postupujete na jih, zvyšuje se podíl listnatých listnatých dřevin a jsou vidět takzvané Appalačské lesy – jeden z nejbohatších lesů na Zemi. Na severu horské soustavy rostou stromy podobné evropským a východoasijským rodům a v jižní části jsou teplomilnější druhy – magnólie, tulipánovník aj. Vysoká biologická diverzita dřevin měnících barvu je také kvůli reliéfu a přítomnosti nadmořských zón.

Literární zdroje:
● Britton G. Biochemie přírodních pigmentů. Mir, 1986. 422 s.
● Koveshnikov A.I., Novikova N.E. Barvy stromových plantáží v krajinářském designu. Bulletin OrelGAU. 2017. 3(66). 82-88 str.
● Wilson, Barry Tyler; Lister, Andrew J.; Riemann, Rachel I.; Griffith, Douglas M. 2013. Živé druhy stromů bazální oblast souvislých Spojených států (2000-2009). Newtown Square, PA: USDA Forest Service, Rocky Mountain Research Station.