Simulating realistic spatial structure for forest stands: a mimetic point process
Simuler des structures spatiales réalistes en forêt : un processus ponctuel mimétique
Résumé
The recent development of individual based and spatially explicit models raises the question of how to simulate relevant initial states for these models, and more particularly how to simulate realistic spatial structures. This is especially true for forest stand modelling.In this paper, we first review briefly the main simple steps in the simulation of forest stands with realistic spatial structure : (i) spatial structure analysis and ecological interpretation, (ii) expert simulation through classical point processes and ad hoc values of the parameters, and (iii) precise fitting of a spatial structure model using L(r) and L12(r) functions as criterion. We illustrate the advantages and limits of these steps on a real forest stand in mixed Oak - Scots pine forest near Orléans (France).We then propose a specific method - a mimetic point process - in order to simulate spatial structures similar to real patterns. This point process is based on a generalised Gibbs process, whose global cost function directly depends on the difference between the real measured values of L(r) and L12(r) functions, and the corresponding values computed on the simulated pattern at each iteration of the algorithm. We applied this method on a mixed Oak - Scots pine forest stand, and thus obtained an improved simulated pattern, that can be used as initial state for individual based forest growth models.We finally discuss the limits of this method, and its possible
Le développement récent des modèles individus-centrés spatialement explicites pose de nouvelles questions sur les méthodes de simulation des états initiaux de ces modèles, et plus particulièrement : comment simuler des structure spatiales réalistes. C'est tout particulièrement vrai pour les modèles forestiers. Dans cet article, nous proposons tout d'abord une revue bibliographique des principales méthodes de simulation de peuplements forestiers : (i) l'analyse et l'interprétation écologique de la structure spatiale, (ii) la simulation par expertise, et (iii) l'ajustement de modèles de structure spatiale en utilisant les fonctions L(r) et L12(r) comme critère d'ajustement. Nous illustrons les avantages et les limites de ces méthodes sur un dispositif expérimental en forêt mélangée Chêne - Pin sylvestre dans la forêt d'Orléans.Nous proposons ensuite une méthode spécifique - un processus mimétique - pour simuler des structures spatiales similaires à des structures réelles. Ce processus est basé sur un processus de Gibbs généralisé dont la fonction de coût total dépend directement de la distance entre les valeurs réelles des fonctions L(r) et L12(r) et les valeurs simulées à chaque itération de l'algorithme. Nous avons appliqué cette méthode sur un peuplement mélangé Chêne - Pin sylvestre, et avons obtenu un peuplement simulé plus réaliste, qui peut être utilisé comme état initial pour un modèle forestier individus-centré.Nous discutons enfin des limites de cette méthode, et de son intérêt pour faciliter le transfert des modèles vers les gestionnaires forestiers.