سرشماری جنگلی با هوش مصنوعی

اوایل سپتامبر سال جاری میلادی، در نخستین روز از فصل شکار با تیروکمان در بخشی از اراضی باتلاقی تحت مالکیت ایالت، گروهی از پژوهشگران جلیقه‌های ایمنی نارنجی‌رنگی را روی چکمه‌های بلند خود پوشیدند تا با گوزن اشتباه گرفته نشوند. «اسپنسر ریا» (Spencer Rhea)، بوم‌شناس دانشگاه دوک راجع به این وضعیت گفت: «ما هم در حال شکار هستیم؛ اما شکار ما درخت‌ها هستند.»

ریا و همکارانش گرد هم آمده بودند تا پدیده‌ای را بررسی کنند که به آن «جنگل‌های ارواح» (ghost forests) گفته می‌شود؛ در معنای اصلی یعنی توده‌هایی از درختان رنگ‌پریده و خشکیده که بر اثر غرق‌شدن در آب یا نفوذ آب شور از بین رفته‌اند. این گروه با کمک نقشه‌ای جدید که با بهره‌گیری از هوش مصنوعی ساخته شده بود به این منطقه هدایت شده بودند؛ نقشه‌ای که توانسته بود درختان مرده‌ای که در امتداد سواحل شرقی آمریکا ایستاده‌اند را شناسایی کند. این نقشه که در ماه می سال جاری میلادی به‌صورت پیش‌چاپ منتشر شد، میلیون‌ها درخت مرده را در وسعتی حدود ۳۶ هزار کیلومترمربع از جنگل‌های ساحلی شناسایی کرده بود آن هم در بسیاری از مناطقی که پیش‌تر وجود چنین جنگل‌هایی ثبت نشده بود.

«مت کِروَنِ» (Matt Kirwan) از مؤسسه علوم دریایی ویرجینیا که در این پژوهش مشارکتی نداشته عنوان می‌کند: «این روش نقشه‌برداری با هوش مصنوعی، کار خارق‌العاده‌ای در اندازه‌گیری میزان ازبین‌رفتن جنگل‌های ساحلی انجام داده است و این پدیده مربوط به آینده نیست؛ بلکه همین حالا در حال رخ‌دادن است؛ چراکه تغییرات اقلیمی سطح دریاها را بالا برده، موجب افزایش سیلاب‌های ناشی از طوفان شده و آب شور را به مناطق داخلی‌تر رانده است.»

اما نمای هوایی نمی‌توانست دقیقاً نشان دهد که چه عاملی موجب مرگ درختان در بخش‌های مختلف شده است. برای بررسی نزدیک‌تر، تیم پژوهش در حال عبور از گل‌ولای و ازدحام پشه‌های شبه‌جزیره کم‌ارتفاع آلبرمارل-پاملیکو در کارولینای شمالی بود. «امیلی برنهارت» (Emily Bernhardt)، بوم‌شناس دانشگاه دوک و سرپرست این پروژه که با بودجه ناسا انجام می‌شود، توضیح می‌دهد: «این پروژه نوعی کالبدشکافی برای مرگ درختان است». این پروژه با الهام از «دکتر سوس» (Dr. Seuss)، به THE LORACS معروف شده تلاشی برای ارزیابی سلامت درختان با استفاده از داده‌های LiDAR، نوری و راداری در سامانه‌های ساحلی است.

به گفته برنهارت، پاسخ این پژوهش‌ها می‌تواند به شناسایی جنگل‌های دیگری که در معرض خطر تبدیل‌شدن به «جنگل ارواح» قرار دارند کمک کند؛ فرایندی که می‌تواند تنوع زیستی را کاهش داده و موجب آزادشدن کربن گرمازای ذخیره‌شده در درختان شود.

نقشه جنگل‌های ارواح عمدتاً حاصل کار «هنری یونگ» (Henry Yeung)، دانشجوی دکتری دانشگاه ویرجینیا است. او صدها ساعت صرف شناسایی بیش از ۵۰ هزار درخت مرده در تصاویر هوایی از خط ساحلی بین کارولینای جنوبی تا ایالت مین کرد. سپس از این درختان برچسب‌گذاری‌شده برای آموزش یک الگوریتم یادگیری عمیق استفاده کرد تا رنگ کم‌رمق و سایه‌های شاخه‌های عریان آن‌ها را در تصاویر دیگر تشخیص دهد. الگوریتم پس از آموزش، به‌صورت خودکار تصاویر را اسکن کرد و نزدیک به ۱۲ میلیون درخت مرده را در نزدیکی سواحل و همچنین تکه‌جنگل‌های مرده‌ای در بخش‌های داخلی‌تر در امتداد خورها شناسایی کرد. یونگ می‌گوید این رقم احتمالاً کمتر از میزان واقعی است، زیرا روش به‌کاررفته نمی‌تواند درختان افتاده یا درختان مرده‌ای را که زیر سایه سایر پنهان‌اند یا کمتر از ۶۰ سانتی‌متر قطر دارند را تشخیص دهد.

همه درخت‌هایی که هوش مصنوعی شناسایی کرده بود، الزاماً بر اثر آب از بین نرفته‌اند؛ برخی قربانی حشرات یا بیماری شده بودند. بااین‌حال، بیش از ۶ میلیون از این درختان در مناطق ساحلی کم‌ارتفاع قرار داشتند که به گفته پژوهشگران در نسخه پیش‌چاپ مقاله (که اکنون در حال بررسی در مجموعهNature Portfolioاست) نشان می‌دهد این مناطق در برابر سیلاب آسیب‌پذیرتر بوده‌اند. پژوهشگران همچنین دریافتند عواملی مانند ارتفاع از سطح دریا و شوری اقیانوس‌های مجاور که برای برآورد میزان نمک خاک استفاده می‌شود؟ شاخص‌های قوی‌ای برای پیش‌بینی محل درختان مرده هستند.

حتی در مناطقی که به طور طبیعی در معرض سیلاب قرار دارند، نقشه‌برداری نشان داد در نزدیکی جاده‌ها و خاکریزها تعداد درختان مرده به‌مراتب کمتر است؛ احتمالاً به این دلیل که این زیرساخت‌ها از نفوذ آب جلوگیری کرده‌اند. نقشه همچنین کانون‌های اصلی جنگل‌های ارواح را مشخص کرد از جمله شبه‌جزیره آلبرمارل-پاملیکو در کارولینای شمالی، جایی که پژوهشگران اوایل سپتامبر برای بررسی میدانی و نمونه‌برداری از آب و خاک به آن سفر کردند.

با استفاده از نقشه به‌عنوان راهنما، یونگ و همکارانش از میان گل‌ولای بدبو و بوته‌های خاردار گذشتند تا به چندین توده از درختان مرده برسند. درحالی‌که تیم مشغول بیرون‌کشیدن توده‌هایی از خاک خیس و متعفن بود بویی شبیه تخم‌مرغ گندیده که احتمالاً ناشی از وجود سولفیدهای برجای‌مانده از آب دریا بود نیز به مشام می‌رسید. پژوهشگران قرار بود در آزمایشگاه، میزان نمک خاک را اندازه بگیرند تا دریابند آیا شوری بالا عامل مرگ درختان بوده است یا نه.

گاهی عامل مرگ به‌راحتی قابل‌تشخیص بود. در یکی از محل‌ها، یونگ در میان آبی سیاه و تا زانو، احاطه‌شده با ده‌ها تنه سفیدرنگ درختان خشک ایستاده بود و در جدول یادداشت‌هایش علامت زد: «وجود آب که کاملاً واضح است». در نقطه‌ای دیگر، یک حسگر قابل‌حمل نشان داد که میزان شوری آب تقریباً به‌اندازه آب دریاست. بااین‌حال، در برخی مکان‌ها زمین خشک به نظر می‌رسید، اما چند سانتی‌متر زیر سطح خاک، نشانه‌هایی از سیلاب جدید دیده می‌شد که می‌توانست نمک بر جای گذاشته باشد. این وضعیت می‌تواند ناشی از بالا آمدن سطح دریا باشد یا به گفته «شی یانگ» (Xi Yang)، دانشمند محیط‌زیست دانشگاه ویرجینیا و از سرپرستان پروژه، «این پدید ممکن است به ریزتوپوگرافی یا ناهمواری‌های کوچک سطح زمین مربوط باشد که باعث تجمع آب می‌شوند»

تیم پژوهش امیدوار است داده‌هایی را که از کارولینای شمالی جمع‌آوری کرده‌اند، همراه با داده‌های سنجش‌ازدور، برای درک بهتر چگونگی شکل‌گیری و گسترش آینده جنگل‌های ارواح به کار گیرد. یانگ می‌گوید در آینده، نقشه‌برداری با هوش مصنوعی می‌تواند ابعاد جنگل‌های ارواح در سراسر جهان را اندازه‌گیری کند و به محاسبه میزان کربنی که با تجزیه این جنگل‌ها به جو آزاد می‌شود کمک کند. او می‌افزاید: «اگر در سایر نقاط دنیا هم به همان شکلی که در سواحل شرقی آمریکا جنگل‌ها را از دست می‌دهید، دچار چنین پدیده‌ای شوید، در واقع دارید بخش بزرگی از ذخیره کربن زمین را از بین می‌برید.»

گزارش حاضر در نسخه 2October 2025 نشریه Science منتشر شده است.

برای ارزیابی پایداری، امنیت و نگهداری این زیرساخت، راهنمای پشتیبانی شبکه را نیز مطالعه کنید.