dr inż. Jacek Zajączkowski prof. dr hab. Bogdan Brzeziecki FORLAS 2.0 Opracowanie wykonane w Katedrze Hodowli Lasu

Transkrypt

1

2 dr inż. Jacek Zajączkowski prof. dr hab. Bogdan Brzeziecki FORLAS.0 Podręcznik użytkownika programu Opracowanie wykonane w Katedrze Hodowli Lasu Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w ramach grantu wewnętrznego nr Warszawa, luty 006

3 I WPROWADZENIE I WPROWADZENIE Przydatność modelu rozwoju drzewostanu Znajomość procesów przyrodniczych zachodzących w lesie jest warunkiem podejmowania prawidłowych decyzji gospodarczych. Od gospodarzy lasu wymaga się obecnie nie tylko znajomości technologii jego odnowienia, pielęgnowania czy użytkowania, ale również umiejętności regulowania naturalnych procesów zachodzących w drzewostanie - konkurencji, przyrostu czy śmiertelności - oraz przewidywania, jakie długofalowe skutki może mieć podjęcie lub zaniechanie określonych czynności. Dla rozwoju takich umiejętności niezastąpiona jest wieloletnia praktyka i obserwacja, ale na etapie kształcenia może ją znakomicie uzupełnić i ukierunkować analiza modeli matematycznych opisujących przebieg wspomnianych procesów. Został on napisany w specjalistycznym języku Fortran, a komunikacja z użytkownikiem odbywała się poprzez wymianę plików tekstowych. Taka postać programu, mimo że zawierał on zaawansowany model procesów zachodzących w drzewostanie, uniemożliwiała udostępnienie go studentom i innym użytkownikom o przeciętnej wiedzy informatycznej. Program FORLAS.0 stanowi kolejną wersję rozwojową tego modelu. Jest napisany w nowoczesnym środowisku programistycznym Microsoft Visual Basic, zapewniającym wykorzystanie bogatych możliwości graficznych współczesnych komputerów nawet dla mniej zaawansowanych użytkowników. Rozbudowany interfejs użytkownika udostępnia na ekranie oraz na wydrukach wszystkie dane, wyniki i parametry modelu. Ułatwia też manipulację danymi przy prowadzeniu wielokierunkowych analiz wpływu czynników zewnętrznych na cechy drzewostanu podczas jego rozwoju. Warunkiem udostępnienia modeli matematycznych szerokiemu gronu użytkowników jest wyposażenie ich w łatwy w obsłudze i przejrzysty interfejs użytkownika, co nie jest normą w przypadku modeli konstruowanych w celach badawczych, jakich wiele funkcjonuje obecnie w różnych ośrodkach naukowych. Geneza powstania programu FORLAS Jednym z wielu funkcjonujących na świecie modeli procesów zachodzących w naturalnych drzewostanach jest opracowany na Wydziale Leśnym SGGW przez Bogdana Brzezieckiego i przestawiony w formie rozprawy habilitacyjnej w 1999 roku model FORLAS (w wersji 1). Ryc. 1 Przykład okna do analizy zmian udziałów gatunków w drzewostanie FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 1

4 I WPROWADZENIE Zakres i przeznaczenie podręcznika Niniejszy podręcznik został pomyślany jako wprowadzenie do programu FORLAS dla nowych użytkowników oraz źródło dodatkowych, przejrzystych wyjaśnień i wskazówek dla osób dłużej korzystających z programu. Treść podręcznika została podzielona na rozdziały odpowiadające podstawowym typom czynności wykonywanych podczas pracy z programem: określenie cech analizowanego obiektu; określenie scenariusza ewentualnych zmian środowiska; modelowanie (symulowanie) rozwoju drzewostanu; analiza zmian cech drzewostanu i jego otoczenia w okresie symulacji. Dodatkowo w podręczniku podano: opis zasad korzystania z interfejsu programu; opis procedur zastosowanych w modelu oraz podstawowych zależności między różnymi parametrami drzewostanu i środowiska; propozycje ćwiczeń, zawierające sugerowane kierunki analiz wpływu środowiska na rozwój drzewostanu; zestawienie parametrów gatunków, siedlisk i gleb oraz danych dla uwzględnionych stacji meteorologicznych (w załączniku). Podręcznik przeznaczony jest dla studentów i praktyków leśnictwa oraz osób zajmujących się badaniami nad ekologią drzewostanów. Osoby korzystające z programu FORLAS poza SGGW muszą uzyskać na to pisemną zgodę jego autorów. Literatura uzupełniająca Brzeziecki B., Ekologiczny model drzewostanu. Zasady konstrukcji, parametryzacja, przykłady zastosowań. Fundacja Rozwój SGGW oraz Bernadzki E., Bolibok L., Brzeziecki B., Zajączkowski J., Żybura H., Compositional dynamics of natural forests in the Białowieża National Park, northeastern Poland. J. Veg. Sci. 9: ss Brzeziecki B., Skale nominalne wymagań klimatycznych gatunków drzew leśnych. Sylwan 3: ss Jaworski A., Charakterystyka hodowlana drzew leśnych. Gutenberg, Kraków Szwagrzyk J., Symulacyjne modele dynamiki lasu oparte na koncepcji odnawiania drzewostanu w lukach. Wiad. Ekol. 40: ss Brzeziecki B., Kienast F., Classifying the life-history of trees on the basis of the Grimian model. Forest Ecol. Manage. 69: ss Botkin D. B., Forest Dynamics: An Ecological Model. Oxford Univ. Press, Oxford, New York Brzeziecki B., Ekologiczny model drzewostanu: niektóre problemy metodyczne i kalibracyjne. Sylwan 9: ss Bruchwald A., Przyrodnicze podstawy budowy modeli wzrostu. Sylwan 11/1: ss Faliński J. B., Vegetation dynamics in temperate lowland primeval forests. Ecological studies in Białowieża forest. Geobotany 8: ss Junk, Dordtrecht FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu

5 II OBSŁUGA PROGRAMU II OBSŁUGA PROGRAMU Poszczególne okna robocze przeznaczone są do wykonywania cząstkowych zadań związanych z wykonaniem symulacji rozwoju drzewostanu. Wyboru konkretnego okna roboczego dokonuje się za pomocą rozwijanego menu (ryc. 3) - jedynej kontrolki umieszczonej w oknie sterującym. Menu udostępnia ponadto podstawowe funkcje związane z obsługą programu (dodawanie nowej pozycji, kopiowanie, usuwanie, zapis i drukowanie). Ryc. 3 Przykład rozwinięcia i dostępności pozycji menu w oknie sterującym programu Niektóre z pozycji menu mogą okresowo pozostawać niedostępne, zależnie od kontekstu czynności (np. okna wyłącznie przeglądowe nie wymagają zapisu) lub wcześniejszego wykonania innych czynności (np. rozpoczęcie symulacji jest możliwe tylko po wcześniejszym opisie obiektu). Komunikacja programu FORLAS z użytkownikiem odbywa się przy wykorzystaniu ekranu komputera, myszy oraz - przy wprowadzaniu nowych informacji - również klawiatury. Program wyświetla różne formularze, widoczne na ekranie jako okna, w których umieszczone są kontrolki systemu Windows, służące do prezentacji informacji oraz sterowania pracą programu. Struktura programu Interfejs programu FORLAS składa się z nadrzędnego okna sterującego oraz kilkunastu podrzędnych okien roboczych, wyświetlanych w miarę potrzeby wewnątrz okna sterującego (ryc. ). Istnieje możliwość regulacji wymiarów okna sterującego - za pomocą przycisków maksymalizacji i minimalizacji lub poprzez przeciąganie krawędzi myszą. Ryc. Okno sterujące programu i zawarte w nim przykładowe okno robocze. W tekście podręcznika okna robocze wybrane z menu rozwijanego są opisywane zgodnie z hierarchią menu; powyższe okno - LOKALIZACJA / OBIEKT Dane niezbędne do właściwej pracy program przechowuje w zewnętrznej bazie, która nie jest udostępniona użytkownikowi. Należą do nich stałe parametry gatunków, siedlisk, gleb czy klimatu, jak również dane opisowe wprowadzane przez użytkownika oraz dane pośrednie i wyniki utworzone w trakcie pracy programu. Program zapamiętuje niektóre parametry wybierane ostatnio przez użytkownika (np. ostatnio wybrany obiekt czy opcję wyświetlania wyników) i wykorzystuje je przy ponownym uruchomieniu czy otwarciu określonego okna. FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 3

6 II OBSŁUGA PROGRAMU Wprowadzanie i prezentacja informacji Informacje wyświetlane na ekranie mogą mieć charakter tekstowy lub graficzny. Do ich prezentacji służą wyspecjalizowane kontrolki powszechnie wykorzystywane w programach pracujących pod kontrolą systemu MS WIndows. Do wyświetlania informacji graficznych (np. wykresów) służą pola grafiki. Dane tekstowe wyświetlane są przy pomocy pasków i pól tekstowych, przycisków, pól grafiki, list wyboru i list rozwijanych - tzw. pól kombi (ryc. 4). W programie przewidziano wprowadzanie danych z klawiatury wyłącznie za pomocą pól tekstowych, natomiast przy wyborze jednej z wielu wcześniej opisanych pozycji można korzystać z obydwu odmian list. Tekst na paskach, przyciskach i polach grafiki nie może być edytowany przez użytkownika, natomiast czasami jest zmieniany przez sam program - wraz z kształtem, kolorem, symbolem graficznym czy położeniem tych kontrolek, aby jak najlepiej przedstawić bieżący status wykonywanej operacji. Niektóre zmiany ustawień i parametrów są natychmiast zapisywane w bazie danych, inne są przechowywane do momentu zamknięcia danego okna roboczego, kiedy to program wyświetla odpowiednie okno informacyjne. Okna informacyjne to standardowe składniki systemu MS Windows, podobnie jak inne kontrolki wykorzystywane w programie FORLAS. W przypadku okna pokazanego na ryc. 5 (lewe górne okno) użytkownik może podjąć decyzję o zapisaniu dokonanych zmian (przycisk TAK), ich odrzuceniu (NIE) lub powrocie do ostatnio otwartego okna roboczego (ANULUJ). Okno po prawej stronie ma z kolei charakter typowo informacyjny - bez opcji decyzyjnych. Okno przedstawione na dole zawiera pole tekstowe, umożliwiające wprowadzenie niezbędnej w danym momencie wartości liczbowej lub tekstu. Ryc. 4 Przykłady kontrolek do wyświetlania informacji tekstowych: lista rozwijana i lista wyboru (z lewej) oraz pasek i pole tekstowe (z prawej) Ryc. 5 Przykłady okien informacyjnych różnego typu Niektóre okna zostały wyposażone w symbole graficzne pozwalające na szybką ocenę istotności przedstawianych w nich informacji jeszcze przed ich przeczytaniem. Jest to ważne w przypadku, gdy użytkownik ma skłonność do zamykania okna bez czytania wyświetlanego komunikatu - poprzez wciśnięcie klawisza ENTER na klawiaturze. Operacja taka jest równoważna z wyborem tzw. przycisku standardowego w oknie informacyjnym. W programie przypisywano tą cechę do jednego z kilku dostępnych przycisków w taki sposób, aby zminimalizować skutki przeoczenia, a jednocześnie nie obniżyć zbytnio komfortu pracy z programem. W przykładzie z ryc. 5 za standardowy uznano przycisk TAK, zapobiegający utracie dokonanych modyfikacji. FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 4

7 II OBSŁUGA PROGRAMU Sterowanie zdarzeniami Programy pracujące pod kontrolą systemu MS Windows określa się jako programy sterowane zdarzeniami. Po wprowadzeniu do pamięci (uruchomieniu) pozostają one w zasadzie w stanie bezczynności. Do rozpoczęcia dowolnej oczekiwanej przez użytkownika akcji niezbędne jest wybranie odpowiedniej kontrolki sterującej: pozycji menu, pola opcji, pola wyboru, suwaka, różnych przycisków czy pola graficznego (ryc. 6, 7). W niektórych przypadkach przewidziano możliwość osiągnięcia tego samego rezultatu poprzez użycie różnych kontrolek, zależnie od przyzwyczajeń użytkownika lub rodzaju posiadanych przez niego dodatkowych informacji. W przykładzie na ryc. 7 (z lewej) lokalizacja obiektu może być określona trzema sposobami: poprzez kliknięcie myszą odpowiedniego miejsca na mapie (metoda przybliżona), dokładny wybór wartości współrzędnej z listy rozwijanej lub ustawienie przybliżonej wartości tej współrzędnej za pomocą położonych obok przycisków regulacyjnych o skoku kilku dziesiątych stopnia. Ryc. 6 Przykłady kontrolek sterujących pracą programu: od lewej - przycisk, pole wyboru, grupa pól opcji i suwak; Pole wyboru ('Auto' na ryc. 6.) używane jest wtedy, gdy możliwe są dwa sposoby postępowania, z których jeden jest bardziej naturalny lub bardziej wskazany niż drugi. W przypadku występowania kliku równorzędnych sposobów postępowania, wykorzystywana jest odpowiednia liczba pól opcji, z których tylko jedno może być włączone w tym samym czasie (np. trzy pola w ramce 'Wyrównanie danych' na ryc. 5). Suwak wykorzystywany jest do intuicyjnego określania wartości takich zmiennych, które już ze swej natury mają dość przybliżony charakter i nie muszą być określone z dużą dokładnością. Wybór kontrolki i związanej z nią procedury (fragmentu kodu programu) jest dokonywany poprzez jej kliknięcie lub - rzadziej - najechanie kursorem myszy. Również wskazanie określonej pozycji wewnątrz kontrolek służących do prezentacji danych (listy zwykłej lub listy rozwijanej) zwykle powoduje uruchomienie odpowiedniej procedury i skutkuje zmianami stanu innych kontrolek i zmiennych programu. Ryc. 7 Przykłady kontrolek sterujących: z lewej na górze lista rozwijana i powiązane z nią przyciski regulacji wartości; poniżej i obok - pola grafiki reagujące na wskazanie myszą (kliknięcie) określonego miejsca. Wydruki W przypadku niektórych okien, obok standardowego sposobu prezentacji informacji w odpowiednim polu grafiki na ekranie komputera, przewidziano również alternatywną możliwość wyprowadzania ich na drukarkę. Wykorzystuje się w tym celu drukarkę domyślną - według ustawień dokonanych w systemie MS Windows. W obecnej wersji programu FORLAS przewidziano możliwość wydruków jedynie na papierze A4 wsuwanym do drukarki w układzie pionowym. FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 5

8 II OBSŁUGA PROGRAMU W przypadku wydruków wykresów zaleca się korzystanie z trybu druku kolorowego oraz stosowanie papieru przeznaczonego do barwnych wydruków wysokorozdzielczych (grubszego i bardziej gładkiego niż standardowy, np. o ciężarze 10 g/m i rozdzielczości od 100 dpi). Takie cechy papieru zapobiegają jego marszczeniu się w miejscach pokrytych większymi powierzchniami tuszu oraz rozmywaniu się brzegów linii i jednobarwnych powierzchni. symulacji rozwoju drzewostanu, zestawiono na zakładkach DRZEWOSTAN oraz RÓŻNE w oknie PARAMETRY/USTAWIENIA (ryc. 9). Przewiduje się możliwość udostępnienia następnych elementów regulacyjnych w kolejnych wersjach rozwojowych programu. Do prawidłowego wykonania wydruków wymagana jest obecność w systemie MS Windows popularnej czcionki Arial w wersji CE (Central Europe). Przewidziano możliwość regulacji rozmiaru niektórych czcionek stosowanych na wydrukach, udostępniając odpowiednie kontrolki na zakładce DRUKARKA w oknie PARAMETRY/USTAWIENIA (ryc. 8). Ryc. 8 Zakładka udostępniająca kontrolki regulujące parametry wydruku Parametry kontrolne Uwzględnione w programie możliwości samodzielnej regulacji niektórych parametrów sterujących pracą programu, w tym zwłaszcza przebiegu Ryc. 9 Zakładka udostępniająca kontrolki regulujące wybrane parametry sterujące pracą programu i funkcjami modelu drzewostanu FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 6

9 III MODEL DRZEWOSTANU III MODEL DRZEWOSTANU Modelowanie procesów w drzewostanie Celem tworzenia matematycznych modeli drzewostanu jest w pierwszym rzędzie uzyskanie wiarygodnych informacji na temat kształtowania się określonych parametrów taksacyjnych drzewostanu - w miarę odnawiania się, wzrostu i obumierania poszczególnych drzew oraz zmieniającego się w czasie układu czynników środowiska zewnętrznego. poziomu wód gruntowych i in.) czy działalności gospodarczej człowieka (zmiany wielkości depozytu związków chemicznych, presji zwierzyny i in.). Model FORLAS zaliczany jest do grupy modeli procesów. W rezultacie przeglądu licznych rozwiązań prezentowanych w literaturze oraz własnych analiz, zaproponowano w nim matematyczny opis obiegu azotu i węgla w ekosystemie leśnym oraz zmian dostępności innych niezbędnych dla drzew czynników - wody, ciepła i światła. Określono również (za pomocą odpowiednich parametrów) wpływ tych czynników na liczebność odnowień oraz przyrost i przeżywalność poszczególnych gatunków drzew leśnych (ryc. 10). Do modelowania cech drzewostanu wykorzystuje się dwa zasadnicze sposoby postępowania. Chronologicznie pierwszym z nich jest empiryczne określanie stałych zależności pomiędzy różnymi cechami drzew (np. zależność przyrostu pierśnicy od gatunku, wieku czy siedliska, zależność przyrostu od opadów, itp.). Zależności te są wyrażane w postaci równań regresyjnych, z ewentualnym uwzględnieniem rozrzutu określonego przez odpowiednie współczynniki zmienności i czynniki losowe. Tak konstruowane modele nie wyjaśniają jednak rzeczywistych, przyrodniczych przyczyn opisywanych przez nie zależności, co praktycznie uniemożliwia ich ekstrapolację - tzn. zastosowanie w sytuacjach i drzewostanach wykazujących istotną odmienność od tych uwzględnionych na etapie gromadzenia danych empirycznych. Do drugiej, alternatywnej grupy rozwiązań zalicza się modelowanie przebiegu procesów ekologicznych zachodzących w środowisku oraz ich wpływu na określone cechy drzew. Przy takim podejściu pomiary drzewostanów nie są niezbędne do uruchomienia modelu, a służą jedynie do jego kalibracji. Koncepcja modelu procesów pozwala na prognozowanie rozwoju drzewostanu również w takich warunkach środowiska, które nie występują obecnie, a mogą pojawić się w nieodległej przyszłości - np. w rezultacie globalnych zaburzeń i trendów klimatycznych (zmiany temperatur, opadów, Ryc. 10 Podstawowe czynniki środowiska i procesy uwzględnione w modelu FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 7

10 III MODEL DRZEWOSTANU Dla ułatwienia kalibracji i zachowania odpowiedniej wydajności obliczeń zrezygnowano z analizy wpływu sąsiedztwa poszczególnych osobników na stan poszczególnych czynników środowiskowych w ich otoczeniu. Oznacza to, że w modelu nie analizuje się rozmieszczenia (współrzędnych) poszczególnych drzew i związanego z nim zróżnicowania ich wysokości i cech koron, a jedynie przynależność gatunkową, wiek i pierśnicę poszczególnych osobników oraz uzależnione od pierśnicy położenie drzew w sklepieniu koron. Współrzędne drzew nadawane są (w sposób losowy) jedynie w celu wyświetlenia na ekranie obrazu drzewostanu w czasie trwania symulacji. Zakłada się, że rozwój drzewostanu odbywa się na stałej pod względem wielkości powierzchni drzewostanu o kształcie kołowym. Parametr jednostkowej powierzchni określono wyjściowo na 1/1 hektara (obszar zajmowany przez kilkanaście starych drzew), umożliwiając jego ewentualne zmiany na zakładce PARAMETRY/USTAWIENIA/RÓŻNE. Zbyt duża powierzchnia znacząco wydłuża czas obliczeń. Zbyt mała - powoduje utrudnienia w odnawianiu się gatunków o dużych wymaganiach świetlnych oraz podnosi wrażliwość modelu na losowe zdarzenia demograficzne w drzewostanie. W celu zmniejszenia wpływu czynnika losowego na generowany w modelu obraz drzewostanu zakłada się, że analizie powinny być poddawane uśrednione wyniki z wielu symulacji (do 50 powtórzeń), wykonanych kolejno w identycznych warunkach środowiska. Bieżąca wersja programu FORLAS pozwala na szczegółową analizę graficzną takich wyników, nie udostępniając jednak narzędzi do ich oceny statystycznej. Dla uproszczenia przyjęto, że do odnowienia są dopuszczane wszystkie gatunki, które mogą pojawiać się w danych warunkach klimatycznych. Nie różnicowano także wyjściowej liczby powstających w każdym roku odnowień różnych gatunków ze względu na różnice biologii ich obradzania (obfitość, lata nasienne. W modelowaniu procesu odnowienia pominięto fazę nalotów zakładając, że pojawiające się osobniki mają już pierśnicę ok. 1- cm. Struktura modelu FORLAS Model składa się z kilku modułów obsługujących podstawowe grupy uwzględnionych w nim procesów ekologicznych. Procedury zawarte w tych modułach są wykonywane sekwencyjnie (po kolei) i powtarzane dla kolejnych lat symulacji, osobno na każdej powierzchni (powtórzeniu). Dla ułatwienia użytkownikowi zrozumienia zasad działania modelu, program FORLAS udostępnia specjalne okna służące do prezentacji szczegółowych procedur zawartych w poszczególnych modułach (ryc. 11) oraz zależności pomiędzy podstawowymi zmiennymi funkcjonującymi podczas pracy modelu. Ryc. 11 Okno MECHANIZMY/STRUKTURA ze szczegółowymi opisami poszczególnych procedur modelu oraz narzędziami do wyszukiwania informacji; na dole otwarta lista rozwijana z wykazem wystąpień nazw zmiennych w opisach FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 8

11 III MODEL DRZEWOSTANU Okno z opisami procedur (ryc. 11) wyposażono w narzędzia do wyszukiwania informacji. Możliwy jest przegląd listy wszystkich dostępnych procedur lub wystąpień nazw zmiennych (nazwy zmiennych wyróżniono dużymi literami we wszystkich tekstach opisów). Można też szukać wystąpienia dowolnego słowa lub grupy słów (frazy) we wszystkich opisach (ryc. 1). Ryc. 13 Przykładowa zależność funkcyjna - między temperaturą efektywną a jednym ze wskaźników redukcji liczby odnowień, wyświetlona w oknie MECHANIZMY/ZALEŻNOŚCI Ryc. 1 Wyniki użycia przycisku 'Tekst' do wyszukiwania słowa 'temperatura' w opisach procedur; wskazanie pozycji na liście spowoduje wyświetlenie opisu Przeglądu zależności pomiędzy wybranymi zmiennymi modelu dokonuje się w oknie MECHANIZMY/ZALEŻNOŚCI (ryc. 13). Zależności pogrupowane są na kilka kategorii (lista z lewej). Dla poprawy przejrzystości, wskazanie nazwy kategorii powoduje naprzemienne rozwijanie i zwijanie listy przyporządkowanych jej zależności. Ostatnio wskazana zależność jest wyświetlana w polu grafiki. W przypadku niektórych zależności istnieje możliwość wyboru gatunków do prezentacji. Maksymalna liczba tych gatunków waha się od 1 do 4 i jest każdorazowo wyświetlana nad zawierającą je listą. Po osiągnięciu maksimum, kolejny wskazany gatunek zastępuje ten ostatnio wprowadzony. Dla ułatwienia porównań wielu zależności i oszczędności papieru, projektując funkcję wydruku zależności przewidziano umieszczanie kilku wykresów na jednej kartce papieru. Do wydruku kwalifikowane są wszystkie kolejno wskazywane zależności, o ile ich liczba nie przekroczy dopuszczalnego maksimum (6). Pod warunkiem zaznaczenia odpowiedniego pola wyboru, można skierować do wydruku kilka powtórzeń tego samego wykresu, różniących się niektórymi parametrami (np. listą wybranych gatunków). Zapewniono ciągły podgląd układu wykresów aktualnie wybranych do wydruku oraz możliwość usuwania niektórych z nich (tylko z aktualnego wydruku). Przykłady różnych typów wykresów zależności pomiędzy zmiennymi modelu przedstawiono na ryc FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 9

12 III MODEL DRZEWOSTANU Ryc. 14 Dobowy przebieg temperatury w dwóch terminach letnich - terminy z kolejnych dekad wywołano poprzez wielokrotne wskazanie tej samej zależności; na obserwowane różnice wpływa element losowy oraz zmiana długości dnia Ryc. 16 Przykład zależności dendrometrycznych dla wybranych gatunków - przebieg stałych, empirycznie określonych krzywych wzrostu Ryc. 15 Przykładowe zależności między zmiennymi modelu: na górze wykres słupkowy i punktowy, na dole związek dwóch zmiennych (z lewej) oraz jednej zmiennej i czasu w odstępach dobowych Ryc. 17 Kształtowanie się wybranych parametrów modelu wykazujących specyfikę gatunkową - przykłady różnych typów wykresu FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 10

13 III MODEL DRZEWOSTANU Parametry modelu Program FORLAS wykorzystuje obszerne zbiory parametrów różnicujących cechy poszczególnych gatunków drzew, a także siedlisk i gleb leśnych (traktowanych jako niezależne źródła zmienności). W celu przedstawienia tych parametrów, jak również umożliwienia użytkownikowi prowadzenia samodzielnych analiz wzajemnych relacji między różnymi uwzględnionymi elementami, zaprojektowano odpowiednie okna do ich prezentacji. W oknie PARAMETRY/GATUNKI (ryc. 18) przedstawiono graficznie wartości kilkudziesięciu wykorzystywanych w modelu parametrów gatunków. Dla bardziej zaawansowanych użytkowników przewidziano możliwość modyfikacji wartości parametrów, zapisanych w bazie danych. Odpowiednią funkcję wywołuje się klikając i przytrzymując kursor na zielonym prostokącie wskazującym wybrany parametr. Ryc. 18 Przykład okna do przeglądu parametrów gatunków; poniżej okno umożliwiające ich modyfikacje (dla zaawansowanych użytkowników) oraz przykład paska wyjaśnień po wskazaniu myszą nazwy 'CROWN' Ryc. 19 Przykład szczegółowych opisów cech i roli wybranego gatunku; w tle listy nazw polskich widoczny jest kolor identyfikujący gatunek na rysunkach FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 11

14 III MODEL DRZEWOSTANU Lewą część okna na ryc. 18 zajmuje pole grafiki, reagujące w specyficzny sposób na najechanie myszą oraz na kliknięcie jego określonego fragmentu. Najechanie myszą powoduje wyświetlenie żółtego paska z wyjaśnieniem dotyczącym wskazanej pozycji - odpowiednio - pełnej nazwy gatunku, wartości, nazwy lub zakresu parametru. Kliknięcie powoduje z kolei wyświetlenie szczegółowego opisu gatunku (ryc. 19). W opisany wyżej sposób obsługuje się również okna PARAMETRY/ SIEDLISKA oraz PARAMETRY/GLEBY (ryc. 0-1), służące do prezentacji uwzględnionych w modelu typów siedliskowych lasu oraz typów gleb. Ryc. 1 Przykład okna do przeglądu parametrów gleb leśnych Ryc. 0 Przykład okna do przeglądu parametrów siedlisk leśnych Na ryc. wskazano rezultat kliknięcia na pole zmiennych ciągnące się wzdłuż górnej krawędzi pola grafiki w oknie opisującym siedliska (ryc. 1). Po zweryfikowaniu zamiaru użytkownika za pomocą odpowiedniego okna informacyjnego, program sortuje wszystkie siedliska według malejącej wartości zmiennej wskazanej kursorem. Analogiczne efekty uzyskuje się również w oknach opisujących gatunki i gleby. Ryc. Sortowanie siedlisk według malejącej wartości wskazanego parametru 'Dbs' oznaczającego rolę, jaką pełni na nich dąb szypułkowy; pojawienie się barwnego trójkąta informuje o posortowaniu siedlisk według określonego pola FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 1

15 IV OBIEKT SYMULACJI IV OBIEKT SYMULACJI W programie FORLAS zastosowano dwustopniową procedurę opisu zewnętrznych cech obiektu, w którym przeprowadzana będzie symulacja rozwoju drzewostanu. Rozdzielono w ten sposób informacje, które nie zmieniają się istotnie na przestrzeni wielu kilometrów kwadratowych (tzw. ogólną lokalizację lub położenie obiektu) oraz dane, które identyfikują konkretne drzewostany (opis obiektu). Położenie obiektu Dane o ogólnym położeniu obiektu wprowadza się w oknie LOKALIZACJA/POŁOŻENIE (ryc. 3). Obejmują one współrzędne geograficzne, orientacyjny udział opadów ulewnych (słabiej zatrzymywanych przez korony drzew) w ogólnej sumie opadów oraz roczny opad azotu atmosferycznego (wartość typowa to 5 kg/ha rocznie). Sposoby wprowadzania współrzędnych obiektu omówiono przy ryc. 7. Aktualnie wybrane położenie wskazane jest na mapie przez różowy kwadrat. Oprócz opisu nowej lokalizacji, w oknie można wybrać jedną z wcześniej opisanych lokalizacji, zestawionych na liście w jego lewej części. Wybór z listy nie tylko pozwala na dokonanie ewentualnych zmian we wcześniejszym opisie, ale również wskazuje na lokalizację, do której będą odnosić się operacje we wszystkich innych oknach otwieranych w menu LOKALIZACJA. Okno lokalizacji umożliwia także przegląd położenia stacji meteorologicznych, z których dane mogą być wykorzystane w programie. Po najechaniu kursorem na kwadrat oznaczający stację, wyświetlane jest żółte pole wyjaśniające nazwę stacji oraz zakres dostępnych danych (o temperaturach i/lub opadach). Ryc. 3 Okno do edycji danych o położeniu (ogólnej lokalizacji) obiektu badawczego Określenie warunków klimatycznych Oprócz wymienionych wyżej ogólnych charakterystyk, każdej lokalizacji przyporządkowuje się też (w oknie LOKALIZACJA/KLIMAT - ryc. 4) zestaw danych meteorologicznych: średnie miesięczne temperatury maksymalne i minimalne, sumy opadów oraz odchylenia standardowe tych trzech charakterystyk). Standardowo wybranej lokalizacji przypisywane są dane z najbliższej, automatycznie określanej stacji meteorologicznej, ale istnieje również możliwość interpolacji danych między pobliskim stacjami. FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 13

16 IV OBIEKT SYMULACJI Dane o obiekcie obejmują wybór typu siedliskowego oraz jednej z gleb, które mogą występować na wybranym siedlisku. Program sugeruje przy tym, która gleba jest dla tego siedliska najbardziej typowa. Należy zauważyć, że wśród czynników możliwych do uwzględnienia w scenariuszu zmian środowiska jest woda gruntowa, co w praktyce oznacza możliwość zmiany klasy wilgotności siedliska już w trakcie symulacji Dodatkowo w oknie obiektu można ustawić poziom presji zwierzyny, istotnie wpływający na liczebność pojawiających się podczas symulacji odnowień różnych gatunków. Również ta cecha może być uwzględniona w scenariuszu zmian środowiskowych podczas symulacji. Ryc. 4 Okno do przeglądu danych klimatycznych dla wybranej lokalizacji (położenia) Okno klimatu umożliwia ponadto graficzne porównanie charakterystyk klimatycznych oraz czasu trwania dnia i nocy dla różnych lokalizacji lub różnych stacji. Obecna wersja programu nie udostępnia do edycji danych z poszczególnych stacji meteorologicznych, nie przewiduje również możliwości wydruku poszczególnych wykresów z okna klimatu. Opis obiektu Założono, że w obrębie jednej lokalizacji może występować wiele obiektów różniących się szczegółowymi cechami, z których najbardziej istotne są te dotyczące warunków siedliskowych. Do edycji wszystkich obiektów w danej lokalizacji służy okno LOKALIZACJA/OBIEKT. Ryc. 5 Okno do edycji szczegółowych danych o obiekcie FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 14

17 V SCENARIUSZ SYMULACJI V SCENARIUSZ SYMULACJI Elementy scenariusza Koncepcja scenariusza zmian w środowisku Model FORLAS umożliwia lepsze zrozumienie procesów zachodzących podczas rozwoju drzewostanu oraz określenie podstawowych zależności pomiędzy cechami drzew i siedliska. Pozwala zatem na prognozowanie cech drzewostanu po wieloletnim okresie niezakłóconego rozwoju w określonych warunkach siedliskowych, a tym samym dostarcza cennych wskazówek do prac nad optymalizacją wykorzystania naturalnych procesów rozwojowych w półnaturalnej hodowli lasu. Model FORLAS zawiera narzędzia, które pozwalają uwzględnić występowanie określonych zmian środowiska w okresie symulowanego rozwoju drzewostanu. Na ryc. 6 przedstawiono wygląd dostarczającego takie narzędzia okna SCENARIUSZ - w momencie bezpośrednio po jego otwarciu, a więc jeszcze bez uruchomionych narzędzi do opisu szczegółów scenariusza. Na tym etapie można rozpocząć tworzenie nowego scenariusza lub wybrać do edycji jeden z wcześniej utworzonych scenariuszy. Standardowo na takiej liście umieszczony jest tzw. scenariusz zerowy, umożliwiający symulowanie rozwoju drzewostanu przy braku zmian w jego środowisku zewnętrznym. Wartość poznawcza modelu może być jeszcze większa, jeśli wykorzysta się go do oceny zniekształceń w procesie rozwoju drzewostanu, których można się spodziewać w przypadku wystąpienia określonych zmian w jego środowisku. Zmiany zewnętrznych warunków wzrostu wielu rodzimych gatunków drzew, osiągających pełnię dojrzałości w wieku ponad 100 lat, należy obiektywnie uznać za bardzo prawdopodobne. Zmiany te powodowane są zarówno przez fluktuacje czy stałe trendy w kształtowaniu się różnych elementów klimatu (opady, temperatury i ich wahania), jak również mogą być ubocznym rezultatem działalności gospodarczej człowieka (poziom imisji, wahania wód gruntowych, presja zwierzyny). Istnieją poważne prognozy określające rodzaj i rozmiar zmian środowiska przyrodniczego, których należy się spodziewać w ciągu najbliższych kilkudziesięciu lat w strefie klimatycznej, do której należy Europa Środkowa. Znajomość prawdopodobnych rezultatów wpływu tych zmian na rozwój lasów w różnych warunkach siedliskowych może dostarczyć cennych wskazówek, jak kształtować lasy gospodarcze na etapie ich odnowienia i pielęgnowania, aby w optymalny sposób zachować ich wartości użytkowe i przyrodnicze. Ryc. 6 Okno SCENARIUSZ służące do konstrukcji scenariuszy zmian środowiska FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 15

18 V SCENARIUSZ SYMULACJI Do elementów składowych każdego scenariusza należą: nazwa, długość okresu symulacji oraz, ewentualnie, czynniki środowiska i/lub zaburzenia rozwoju drzewostanu. Dodatkowo, ze scenariuszem przechowywane są informacje o dacie ostatniej zapisanej modyfikacji oraz o fakcie wykorzystania scenariusza w symulacji (co ma zapobiegać usunięciu jego opisu). Nazwa scenariusza powinna zawierać zwięzłą charakterystykę czynników, których zmiany zostały w nim uwzględnione. Zalecenie to wynika z przyjętego w programie sposobu automatycznego tworzenia opisowej nazwy każdej wykonanej symulacji rozwoju drzewostanu, w którym wykorzystuje się m. in. nazwę scenariusza, podobnie jak nazwy lokalizacji i obiektu badań. Założono, że maksymalna długość okresu symulacji nie może przekroczyć 1000 lat, a więc wartości przynajmniej dwukrotnie większej od maksymalnego wieku dowolnych gatunków drzew leśnych, które mogą pojawić się w modelu. Generalnie zaleca się przyjmowanie takiego okresu symulacji, który będzie w przybliżeniu odpowiadać największej wartości wieku maksymalnego dla wszystkich tych gatunków, które podczas symulacji mają szanse osiągnąć znaczące (>10%) udziały ilościowe w drzewostanie. Większe wartości będą powodowały jedynie zbędne obciążenie dla komputera. Opis czynników środowiska W obecnej wersji programu uwzględniono możliwość określenia łącznie siedmiu czynników - związanych ze zmianami klimatu lub opisujących uboczne rezultaty działań gospodarczych człowieka (ryc. 7). W każdym scenariuszu można zdefiniować dowolną (0-7) liczbę tych czynników. Z prawej strony okna widoczna jest kolumna pól grafiki zawierających opisy poszczególnych czynników. Obok nazwy i graficznego symbolu czynnika (identyfikującego dany czynnik przy jego prezentacji w innych oknach), w polu podane są informacje o wielkości, rodzaju i kierunku ewentualnych zmian czynnika. Ryc. 7 Przykładowy opis czynników środowiska w scenariuszu; widoczne trzy czynniki z opisanymi zmianami Brak wykorzystania czynnika w symulacji oznaczony jest linią poziomą. Żółty kolor tła pola czynnika pojawia się po wybraniu czynnika do edycji. W zależności od wybranego czynnika, zmiany jego wartości mogą przebiegać stopniowo lub skokowo. W całym okresie symulacji, któremu odpowiada cała szerokość pola, przebieg zmian czynnika może zmieniać kierunek i przybierać postać linii wielokrotnie łamanej. W przypadku czynników klimatycznych projektowane zmiany mogą dotyczyć zarówno ich wartości, jak i zmienności, będącej miarą stopnia rozchwiania klimatu (ryc. 8). Czynności prowadzące do pełnej edycji cech wybranego czynnika przedstawiono w opisach rycin 9-3. Ryc. 8 Przykład opisu zmiany klimatu polegającej na obniżeniu średniej temperatury rocznej i zwiększeniu się jej wahań, co powinno skutkować okresowym powracaniem w toku symulacji możliwości odnawiania się gatunków o większych wymaganiach cieplnych FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 16

19 V SCENARIUSZ SYMULACJI Maksymalna zmiana wartości czynnika środowiska w okresie symulacji może przyjąć tylko jedną z wielkości przewidzianych w liście rozwijanej. Dokonane w wyniku edycji zmiany opisu czynnika są przechowywane w pamięci do chwili zapisu całego scenariusza; tym samym nie jest konieczne używanie funkcji zapisu przed wyborem kolejnego czynnika. Ryc. 9 Przed rozpoczęciem edycji zmian czynnika należy go wybrać - poprzez wskazanie jego pozycji na powyższej liście rozwijanej lub jego pola grafiki - a następnie zaznaczyć pole wyboru 'Są zmiany' Ryc. 3 Narzędzia do edycji liczby i położenia punktów (węzłów) linii zmian czynnika; po zwiększeniu liczby punktów można dalej definiować linię łamaną Opis zaburzeń rozwoju drzewostanu Ryc. 30 Narzędzia służące do określenia kierunku, rodzaju i wielkości zmian czynnika -dalsze modelowanie linii zmian wymaga zaznaczenia pola 'Edycja punktów..' Oprócz zmian różnych czynników środowiska, w programie FORLAS przewidziano również możliwość analizy wpływu, jaki na rozwój drzewostanu wywierają pojawiające się zaburzenia o charakterze katastrof: pożary, wiatrowały czy masowe żery owadów. Dodatkowo uwzględniono również zaburzenie powodowane przez działalność plądrowniczą człowieka - wycinanie drzew o określonej wielkości, niektórych tylko gatunków - dawniej dość rozpowszechnioną na obrzeżach pierwotnych puszcz. W celu uwzględnienia określonego zaburzenia w toku symulacji, należy zdjąć standardowe zaznaczenie z pola wyboru 'Nie uwzględnia się' (ryc. 33) i wskazać przycisk z określonym znakiem graficznym. Nasilenie wybieranego zaburzenia reguluje się liczbą kolejnych przyciśnięć tego samego przycisku: słabe oznaczone jest kolorem pomarańczowym, silne - czerwonym. Ryc. 31 Podgląd punktów linii przebiegu zmian czynnika; w celu edycji należy wskazać punkt do usunięcia, zmiany położenia lub dodania nowego sąsiada Ryc. 33 Określenie rodzaju i nasilenia zaburzeń rozwoju drzewostanu: z lewej - słabe cięcia plądrownicze, z prawej - silne wiatrowały FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 17

20 V SCENARIUSZ SYMULACJI Standardowe ustawienia częstości nawrotów zaburzenia (w latach) oraz nasilenia obumierania drzew w jego wyniku (w procentach ogółu drzew na powierzchni) są przedstawione i udostępnione do edycji na zakładce PARA- METRY/USTAWIENIA/DRZEWOSTAN (ryc. 9). Podczas symulacji do wartości tych dodaje się element losowy. Przewidziano możliwość symulowania jednoczesnego występowania różnych zaburzeń w tym samym drzewostanie, pod warunkiem odpowiedniego ustawienia pola wyboru na w/w zakładce. Na ryc. 35 porównano dwa obrazy - jeden ze szczegółowym przebiegiem zmian wartości dwóch zmiennych klimatycznych obciążonych jednocześnie trendem i wahaniami losowymi oraz drugi - z trendem wyizolowanym za pomocą 100-letniej średniej ruchomej. Wykorzystanie scenariusza w symulacji Podczas zapisu scenariusza obliczane są wielkości zmian poszczególnych czynników przypadające na każdy rok symulacji. Dane są następnie wykorzystywane w symulacji jako swojego rodzaju trend, nakładany na obliczane niezależnie dla każdego roku symulacji wartości odpowiednich zmiennych środowiskowych. Poniżej pokazano przykłady nakładania się zmienności wynikającej z narzucenia określonego scenariusza zmian środowiskowych ora zmian losowych (ryciny utworzono w oknie ANALIZA/ZMIENNE...). Na ryc. 34 pokazano przebieg zmian wartości w toku symulacji - jednego czynnika nie obciążonego trendem i wykazującego tylko losową zmienność między wartościami dla kolejnych lat (suma roczna suma opadów) oraz innego czynnika, dla którego nie przewidziano losowych zmian podczas symulacji, natomiast zdefiniowano jego zmianę w scenariuszu (średni poziom wody gruntowej). Ryc. 34 Porównanie przebiegu zmian różnych czynników w toku symulacji; dolny czynnik jest obciążony trendem wynikającym z przyjętego scenariusza Ryc. 35 Obraz przebiegu zmiennych środowiskowych obciążonych trendem i czynnikiem losowym; poniżej obraz trendu wyizolowanego średnią ruchomą FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 18

21 VI SYMULACJA ROZWOJU DRZEWOSTANU VI SYMULACJA ROZWOJU DRZEWOSTANU Do realizacji podstawowego zadania programu FORLAS - wykonania symulacji rozwoju drzewostanu - przeznaczone jest okno SYMULACJA (ryc. 36). Zawiera ono zestaw kontrolek (narzędzi) służących do wyboru różnych parametrów symulacji (obiektu, scenariusza, stanu początkowego powierzchni, liczby powtórzeń i ustawienia generatora liczb losowych), a także pola grafiki służące do podglądu aktualnego stanu zaawansowania obliczeń oraz obrazu drzewostanu podczas wykonywania symulacji. Ustawianie parametrów symulacji Na ryc. 37 pokazano kontrolki pozwalające na określenie obiektu symulacji. Rozwijana lista zawiera wszystkie wcześniej zdefiniowane lokalizacje (położenia). Lista obiektów pozwala na wybór jednego z obiektów przypisanych do danej lokalizacji. Po wyborze pod listą wyświetlana jest krótka charakterystyka obiektu. Po wskazaniu lokalizacji bez opisanych obiektów, możliwość dostępu do pozostałych części okna zostaje zablokowana. Ryc. 37 Narzędzia umożliwiające wybór obiektu, w którym ma być przeprowadzona symulacja Standardowo każda symulacja ma charakter sukcesji pierwotnej - rozpoczyna się od powierzchni nie pokrytej drzewami, z charakterystycznymi dla wybranej gleby wyjściowymi poziomami zawartości azotu i próchnicy. Dla rozszerzenia możliwości analitycznych programu przewidziano również możliwość rozpoczynania symulacji w już istniejącym drzewostanie. W obecnej wersji programu drzewostan ten można wybrać spośród wyników dowolnej, wykonanej wcześniej symulacji (ryc. 38). Ryc. 36 Okno SYMULACJA z zestawem narzędzi do kontroli parametrów symulacji oraz polami grafiki do podglądu jej przebiegu W celu zapewnienia możliwości wyboru konkretnego drzewostanu (a nie jego modelu, uśrednionego na podstawie wyników ze wszystkich powtórzeń), na zakończenie każdej symulacji program sprawdza, dla której powierzchni (powtórzenia) końcowy skład gatunkowy jest najbliższy przeciętnemu skła- FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 19

22 VI SYMULACJA ROZWOJU DRZEWOSTANU dowi dla całej symulacji. W tym celu analizuje odchylenia udziałów poszczególnych gatunków od średniej ze wszystkich powtórzeń i wyszukuje powierzchnię z minimalną sumą odchyłek. Dla powierzchni tej zapamiętuje ponadto aktualną zawartość i strukturę próchnicy, opisaną przez jej kilkanaście najbardziej zasobnych frakcji, wybranych spośród wszystkich przechowywanych w pamięci nie rozłożonych jeszcze frakcji. Ryc. 39 Narzędzie wyboru scenariusza symulacji, umożliwiające podgląd jego najważniejszych cech Ryc. 38 Narzędzia służące do zdefiniowania początkowego stanu powierzchni, na której będzie przeprowadzona symulacja Istnieje możliwość zwiększenia wyjściowej dynamiki odnowienia w tak opisanym wyjściowym drzewostanie symulacji, poprzez prowadzenie do niego elementu zaburzenia początkowego - pożaru lub wiatrowału w pierwszym roku symulacji (zob. dalej wyjaśnienia przy ryc. 4). W lewej dolnej części okna SYMULACJA znajdują się kontrolki sterujące przebiegiem symulacji (ryc. 40). Przed rozpoczęciem symulacji należy podjąć istotną decyzję o liczbie powtórzeń - osobnych powierzchni z identycznym zestawem danych wejściowych, z których wyniki zostaną uśrednione na koniec symulacji. Wpływ ustawienia tego parametru na uzyskiwane wyniki przedyskutowano szerzej w rozdz. VII-1 'Udziały gatunków' (zob. ryc. 50). Im więcej powtórzeń, tym większa wiarygodność rysujących się trendów. Dla każdej projektowanej symulacji można wybrać dowolny, zdefiniowany wcześniej scenariusz, opisujący pojawiające się w okresie symulacji zmiany czynników środowiska lub inne zaburzenia wzrostu drzewostanu (ryc. 39). Szczególnym przypadkiem jest ustawienie scenariusza 'zerowego', nie przewidującego żadnych zmian zewnętrznych poza tymi, które wynikają z procesów zachodzących wewnątrz środowiska drzewostanu - zmianami zawartości azotu, próchnicy czy dostępności wody glebowej. Po wyborze konkretnego scenariusza z listy rozwijanej, zmieniają się umieszczone niżej symbole graficzne, odpowiadające poszczególnym czynnikom i zaburzeniom. Kolory tła oraz dodatkowe opisy symboli wskazują na wielkość i kierunek zmian odpowiadających im czynników. Większej zmianie czynnika (w przewidzianym zakresie) odpowiada większe nasycenie koloru: zielonego przy wartościach malejących, niebieskiego przy rosnących. Ryc. 40 Zestaw narzędzi do kontroli przebiegu symulacji FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 0

23 VI SYMULACJA ROZWOJU DRZEWOSTANU Program FORLAS, podobnie jak większość innych modeli, wykorzystuje w swoich procedurach liczby losowe. Istnieje potrzeba kontrolowania powtarzalności wielkości uzyskiwanych przy zastosowaniu elementów losowych - zarówno na etapie testowania poprawności funkcjonowania procedur modelu, jak i dla większej wygody użytkownika, który w pewnych sytuacjach może pragnąć ograniczyć wpływ czynnika losowego na analizowane różnice wyników. Techniczną możliwość takiej kontroli zapewnia sama konstrukcja numerycznego generatora liczb losowych, który po inicjalizacji określoną wartością generuje ciąg ściśle określonych liczb o praktycznie losowym rozkładzie. W programie wprowadzono możliwość ustawienia (na liście rozwijanej 'Generator') określonej wartości inicjalizującej generator. Zapewnia to użycie dla każdego rozpoczynanego powtórzenia stałych ciągów liczb losowych, zależnych tylko od kombinacji wartości generatora oraz numeru powtórzenia. Istnieje możliwość podglądu zmian cech drzewostanu podczas symulacji. Służą do tego kontrolki umieszczone w ramce 'Obraz zmian...', które są dostępne zarówno przed rozpoczęciem symulacji, jak i w jej trakcie (ryc. 41). Kontrola przebiegu symulacji Kliknięcie na polu grafiki z wyjściowym tekstem 'Rozpocznij' powoduje rozpoczęcie symulacji i wyświetlenie w tym oknie podglądu stanu zaawansowania symulacji - w procentach ogólnego czasu, jako wielkość pozostałego czasu obliczeń oraz jako aktualnie wykonywane powtórzenie i rok symulacji w tym powtórzeniu (ryc. 40). Przy słabszych parametrach wykorzystywanego do obliczeń komputera należy liczyć się z dość uciążliwym przedłużaniem się czasu obliczeń. W przypadku wybrania szczególnie dużej liczby powtórzeń i długiego okresu symulacji, czas ten może być liczony nawet w godzinach. Po uruchomieniu symulacji, można ją wstrzymać za pomocą przycisku 'Przerwij' i ewentualnie - po potwierdzeniu - przerwać, co spowoduje anulowanie wszystkich dotychczas zapisanych wyników dla tej symulacji. Podczas trwania symulacji program blokuje dostęp do narzędzi kontrolujących jej ustawienia początkowe. Ryc. 41 Obraz drzewostanu na powierzchni w konkretnym roku symulacji; przedstawiono również aktualną ilość próchnicy, udziały gatunków oraz aktualne i maksymalne wartości pola przekroju i liczby drzew Jeżeli zbyt szybka praca komputera będzie utrudniać percepcję pojawiających się obrazów drzewostanu, to można odpowiednio przestawić parametr spowolnienia pracy programu (zob. ryc. 9). Spowolnienie pracy jest sygnalizowane zmianą koloru cienkich pasków (G, N) przy bocznych krawędziach pola grafiki - z szarego na różowy. Istnieje też możliwość przełączenia programu w tryb krokowy, w którym przejście do każdego kolejnego roku symulacji wymaga kliknięcia myszą na obszarze pola graficznego z obrazem drzewostanu. Przy konieczności bardziej szczegółowej analizy określonego roku symulacji, można przed rozpoczęciem symulacji - ale już po wyborze FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 1

24 VI SYMULACJA ROZWOJU DRZEWOSTANU opcji 'Krokowo' - zadeklarować rok, od którego ma nastąpić automatyczne przejście w tryb krokowy. odnowieniu występuje duża liczba gatunków o podobnych, ale zbyt niskich do wyświetlenia udziałach. Korony oraz pnie poszczególnych drzew przedstawiane są proporcjonalnie do ich rzeczywistych wymiarów, chociaż stosując inne mnożniki. Każdemu gatunkowi przyporządkowano jeden z dziewięciu (w obecnej wersji programu) typów pokroju, określających kształt i kolory oddzielnych map bitowych reprezentujących koronę i pień. Dla ułatwienia identyfikacji gatunku, nad szczytami koron większych drzew umieszczane są odpowiednie skróty. Model FORLAS reprezentuje grupę modeli płatowych, w których nie interpretuje się wzajemnego sąsiedztwa drzew, a jedynie ich zagęszczenie oraz strukturę grubościową i wysokościową (zob. rozdział III-1, 'Modelowanie procesów'). Z tego powodu współrzędne drzew są nadawane całkiem losowo, a w obliczeniach nie uwzględnia się obserwowanego w naturze zróżnicowania długości koron i wysokości drzew ze względu na czynnik zwarcia. Przyglądając się zmianom obrazu drzewostanu podczas symulacji, łatwo zauważyć duży wpływ kształtowanych przez okap warunków świetlnych na występowanie odnowień. Nowe odnowienia pojawiają się tak długo, dopóki nad powierzchnią rozpościerają się korony nie więcej niż kilku starych drzew (ryc. 4). Przewidziano możliwość jednoczesnego podglądu obrazu drzewostanu oraz wyników obliczeń udziałów występujących w nim gatunków. Po zaznaczeniu pola 'Pokaż udziały', po obydwu stronach obrazu drzewostanu pojawiają się paski opisujące udziały gatunków w ogólnym polu przekroju (G) oraz liczbie drzew (N) na powierzchni. Dla większej przejrzystości, w trybie podglądu drzewostanu nie są wyświetlane gatunki o małym, zaledwie kilkuprocentowym udziale. Odpowiedni, dostępny do edycji parametr (zob. ryc. 9) kontroluje też maksymalną liczbę wyświetlanych gatunków. Udziały pozostałych gatunków są sumowane i wyświetlane jako szare pole w dolnej części paska udziałów. W przykładzie z ryc. 4 (udziały N) można zauważyć, że w Ryc. 4 Obraz stanu drzewostanu sprzyjającego powstawaniu odnowień wielu gatunków - na powierzchni występuje nie więcej niż kilka starych drzew Oprócz udziałów procentowych gatunków, program podaje też informację a aktualnych wartościach zagęszczenia drzew i pola przekroju dla całej powierzchni. Są one wyświetlane jako cienkie paski na brzegach rysunku. Maksymalna wartość uzyskana w symulacji na aktualnej powierzchni (powtórzeniu) jest wskazana przez jaśniejszy pasek i liczbę na dole wykresu. Wartość bieżącą opisuje ciemniejszy pasek, leżący na pasku jaśniejszym. Program umożliwia też porównanie przebiegu zmian i kształtowania się ostatecznych wartości udziałów poszczególnych gatunków podczas kolejnych powtórzeń symulacji (ryc. 43). FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu

25 VI SYMULACJA ROZWOJU DRZEWOSTANU Można zauważyć wysoką powtarzalność uzyskiwanych wyników, zwłaszcza pod względem udziałów w polu przekroju. Analiza powyższego przykładu pozwala sformułować pogląd, że przyjęty okres symulacji jest wystarczający do określenia efektu zastosowanego scenariusza, a sam scenariusz nie wymaga stosowania w obliczeniach zbyt wielu powtórzeń. Ryc. 43 Porównanie kształtowania się udziałów w polu przekroju (na górze) oraz w liczbie drzew w kolejnych powtórzeniach tej samej symulacji, wykorzystującej scenariusz ze wzrostem temperatury i spadkiem opadów; w nieukończonym powtórzeniu nr 7 widać dużą dynamikę gatunków, która jednak prawdopodobnie zakończy się dość stabilnym obrazem końcowym FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 3

26 VII ANALIZA WYNIKÓW VII ANALIZA WYNIKÓW Narzędzia do graficznej analizy wyników wykonanych symulacji rozwoju drzewostanu zgromadzono w trzech oknach dostępnych po wskazaniu pozycji menu ANALIZA. Prezentowane są w nich wykresy zmian - w kolejnych latach okresu symulacji - wielkości opisujących zagęszczenie i pole przekroju gatunków, hamowanie rozwoju gatunków przez różne czynniki oraz zmiany w stanie czynników środowiskowych. Otwarcie dowolnego z okien służących do analizy wyników jest poprzedzone uruchomieniem specjalnego okna do przeglądu i wyboru dostępnych symulacji (ryc. 44). Wypełnianie umieszczonych w tym oknie list rozwijanych ma charakter kaskadowy - zmiana pozycji na wyżej położonej (bardziej ogólnej) liście powoduje zmiany zawartości i ustawień list niżej położonych. Listy prezentujące określone rodzaj danych mogą zawierają tylko te pozycje pełnego zestawu tych danych, które zostały uprzednio wykorzystane w przynajmniej jednej symulacji, jednak z pominięciem symulacji już usuniętych. Okna składają się z górnej części - z elementami sterującymi oraz dolnej - z dużym polem grafiki służącym do prezentacji wybranych wykresów. Zapewniono możliwość uzupełniającego wydruku kopii wszystkich wykresów pojawiających się na ekranie (pozycja DRUKUJ w menu głównym). Udziały gatunków Do analizy zmian udziałów gatunków - według pola przekroju lub liczebności - służy okno ANALIZA/UDZIAŁY GATUNKÓW (ryc. 45). Ryc. 44 Okno umożliwiające wybór wyników jednej z dostępnych w pamięci symulacji Ryc. 45 Analiza udziału gatunków wg liczby drzew w oknie ANALIZA/UDZIAŁY.. FORLAS.0 - podręcznik użytkownika programu 4