研究发现，在不同类型的森林中，冠层表面没有分形尺度的证据

　　

　　

　　一项研究发现，森林的复杂性无法用简单的数学规则来解释。科学家们发现，树木在一起生长的方式与一棵树上的树枝生长方式不同。

　　大自然充满了惊人的重复。在树木中，大树枝通常看起来像整棵树，而小树枝看起来像它们生长的大树枝。如果孤立地看，这棵树的每一部分都可能被误认为是它自己的缩小版。

　　长期以来，人们一直认为这种被称为分形的特性也适用于整个森林，但布里斯托尔大学的研究人员发现情况并非如此。

　　这项发表在《生态学杂志》上的研究驳斥了在单个树木中观察到的自相似性可以扩展到整个森林树冠和景观的说法。

　　主要作者费边·费舍尔博士说:“分形可以在许多自然系统中找到。交通网络，如动脉或河流，在其分支方式上往往表现出自相似性，许多有机结构，如树木、蕨类植物或西兰花，都是由看起来像整体的部分组成的。

　　“分形提供了一种对我们在自然界中经常观察到的自相似模式进行分类和量化的方法，并且被假设为许多自然系统共有的一种紧急属性。

　　“直观地说，如果你看一张东西的照片，你不能确定它有多大，那么这是分形的一个很好的指标。例如，我面前的这是一座大山，还是只是一块看起来像山的小石头?它是一根树枝还是整棵树?

　　“科学地说，这种自相似性具有吸引人的特性，它允许你用一些非常简单的规则和数字来描述一个明显复杂的物体。”

　　如果自相似性从一棵树的小树枝扩展到整个森林生态系统，它将帮助生态学家以更简单的方式描述复杂的景观，并有可能直接比较非常不同的生态系统的复杂性，如珊瑚礁和森林冠层。

　　为了验证森林冠层表现得像分形的想法，研究小组使用了来自澳大利亚陆地生态系统研究网络(TERN)九个地点的机载激光扫描数据。这些地点跨越了很大的降雨梯度，其结构也有很大的不同:从西澳大利亚稀疏而短暂的干旱林地到塔斯马尼亚90米高的高耸的山灰森林。

　　从每次激光扫描中，他们得到了高分辨率的森林高度图，并将这些图与森林本质上是分形的森林高度图进行了比较。

　　费舍尔博士说:“我们发现森林冠层不是分形的，但无论它们处于什么样的生态系统中，它们偏离分形的方式都非常相似。

　　“它们不是分形的，这很有意义，从一开始就是我们的假设。虽然可能会将树枝与整棵树混淆，但通常很容易将树木与小树林或整片森林区分开来。

　　“但令人惊讶的是，所有森林冠层在偏离真实分形的方式上是多么相似，这种偏离与树木的大小和环境的干燥程度有关。”

　　“偏差的一致性也让我们了解了如何比较不同生态系统的复杂性。大多数生态系统，如森林，将达到一个上限——很可能是由其生物的最大尺寸决定的——超过这个上限，它们的结构就不能再自由变化了。

　　“如果我们能够确定这些上限，这可以为了解非常不同的生物和系统(珊瑚礁，森林等)如何工作以及测试它们是否可能共享相同的基本组织原则开辟道路。”

　　现在，该团队计划对全球范围内更广泛的森林生态系统进行比较，找出森林内外是否存在类似的组织原则，并通过及时观察多次扫描来发现驱动这些模式的原因。

　　费舍尔博士总结道:“科学中的一个关键问题是，自然界中是否存在可概括的模式，而分形是一个很好的候选者。

　　“我们研究的森林不是分形的，但在偏离分形的所有地点都有明显的相似之处。从理论的角度来看，这为寻找生物学中一般组织原理的框架指明了道路。

　　“但这也有实际意义:如果我们不能从树木中了解森林，反之亦然，那么我们必须在小尺度和大尺度上监测森林，以了解它们如何应对气候变化和日益增长的人类压力。”