Forest Dynamics: A Spatial Gap Model Simulated on a Cellular Automata Network

RÉSUMÉ

Dans le cadre de recherches menées sur la spatialisation des modèles écologiques, un modèle de simulation de la dynamique forestière a été conçu. L'objectif est d'observer l'émergence d'un comportement global du peuplement quand seules des règles locales de compétition pour les ressources du milieu sont utilisées; ces règles déterminent les processus de croissance, de mortalité et de régénération des individus.

Pour simuler les interactions spatiales entre les individus, un prototype utilisant une architecture en réseau d'automates cellulaires a été développé : l'espace forestier est divisé de façon régulière en cellules et chaque cellule peut contenir un arbre de chaque espèce; l'état de chaque individu (espèce, âge, diamètre à hauteur de poitrine, hauteur, …) est remis à jour à chaque pas de temps (une année) en fonction de son état et de celui de ses voisins au pas de temps précédent. Le modèle simule l'évolution d'un peuplement composé d'espèces héliophiles (bouleau blanc: Betula papyrifera) intermédiaires (bouleau jaune: Betula alleghaniensis) et sciaphiles (hêtre à grandes feuilles: Fagus grandifolia).

Dans l'article suivant sont présentés différents types de modèles de dynamique forestière et particulièrement le modèle à base de trouée JABOWA (Botkin et al., 1972) et le modèle spatialisé de Wissel (Wisset, 1991). Notre modèle, qui s'efforce de relier ces deux approches, est ensuite décrit, puis des résultats de simulation sont analysés et des perspectives de développement futur du travail sont données.

SUMMARY

In order to study multi-scale properties of ecological communities, a spatial model of forest dynamics has been developed with an underlying cellular automata network architecture. The aim is to observe large-scale characteristics of the forest as they emerge from the simulation of the competitive interplay among individual trees. Therefore our system consists only of species-specific rules settling the growth, mortality and regeneration of individual trees related to their environment.

Species under consideration are white birch (Betula papyrifera), yellow birch (Betula alleghaniensis) and beech (Fagus grandifolia) as they illustrate shade intolerant, intermediate and shade tolerant behaviours, respectively. The area under study is subdivided in a regular two-dimensional lattice where each cell is allowed to contain one tree per species. The state of each cell (specie, age, diameter at breast height, height, etc.) is updated in parallel at discrete time steps (annual basis) depending on the state of the cells in its neighbourhood.

The work will be detailed in the paper including the following sections: forest dynamics models with a particular description of the JABOWA gap model (Botkin et al., 1972) and Wissel's spatial model for the mosaic-cycle concept (Wissel, 1991); full description of our JABOWA-Wissel linking model, including elements of cellular automata network; analysis of the simulation results and perspective of further development.

Additional information

Notes on contributors

C. Lett

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Christophe Lett, Catherine Silber and Marcel Raffy are with Groupe de Recherche en Télédétection et Spatialisation, Parc d'Innovation, 5 Bd S. Brant, 67400 Strasbourg-Illkirch, France.

C. Silber

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Christophe Lett, Catherine Silber and Marcel Raffy are with Groupe de Recherche en Télédétection et Spatialisation, Parc d'Innovation, 5 Bd S. Brant, 67400 Strasbourg-Illkirch, France.

P. Dubé

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Patrick Dubé is with Laboratoire de Géomatique et d'Analyse Spatiale, Département de Géographie, Université de Montréal, Montréal, Québec.

J.-M. Walter

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Jean-Michel Walter is with Laboratoire de Botanique et d'Écologie Végétale, Université Louis Pasteur, 28 rue Goethe, 67083 Strasbourg, Cedex France. E-mail:[email protected].

M. Raffy

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Christophe Lett, Catherine Silber and Marcel Raffy are with Groupe de Recherche en Télédétection et Spatialisation, Parc d'Innovation, 5 Bd S. Brant, 67400 Strasbourg-Illkirch, France.