Team, der undersøger, hvordan klimaet påvirker frekvensen af ​​naturbrande

Et team af forskere fra University of Missouri College of Agriculture, Food and Natural Resources' School of Natural Resources og United States Forest Service fortsætter en indsats for at undersøge, hvordan klimaet påvirker frekvensen af ​​skovbrande.

Gruppen, som inkluderer Richard Guyette, Michael Stambaugh, Daniel Dey og Rose-Marie Muzika, udviklede Physical Chemical Fire Frequency Model (PC2FM) for blot et par år siden. Modellen fokuserer på to variabler - temperatur og nedbør - for at forstå, hvordan klimaet driver naturbrande over hele verden.

"Udviklingen af ​​denne model begyndte som en samtale om, hvad der styrer frekvensen af ​​skovbrande i hele USA, " sagde Stambaugh, en lektor i skovbrug. "Ja, mennesker kan kontrollere ild, men den anden store drivkraft er klima - og det var det, vi virkelig var interesserede i, især i fremtiden. Hvordan begrænser klima brand og kan vi forudsige det? Vi begyndte at tænke på fysikken og kemien involveret i at starte en enkelt naturbrand og relatere det over tid.

"Vi synes virkelig, at modellen er kraftfuld. Det næste skridt var at bevæge os væk fra de steder, hvor vi har valideringsdata og se på, hvad modellen forudsagde for alle temperatur- og nedbørskombinationer. Vi er ikke nødvendigvis interesserede i, hvor disse klimaforhold er, men, hellere, hvad siger modellen om, hvor hyppige naturbrande forventes at være i disse omgivelser?"

Modellen er løbende blevet forfinet gennem de sidste mange år, dels gennem feltarbejde, såsom indsamling af brandardata fra gamle træer. Brandar bruges som et mål for, hvornår og hvor hyppige brande opstod over længere tidsperioder. Det arbejde har resulteret i tidsskriftsartikel, udgivet i PLOS ET , detaljerede naturbrandreaktioner på temperatur og nedbør. Selvom skovbrande ikke helt kan forhindres, modellen kan bruges til at forstå klimaets indflydelse på sandsynligheden for naturbrande, og hvor og hvorfor det ændrer sig på tværs af forskellige regioner.

"Vi udviklede denne model ved hjælp af koncepter og ligninger, der bruges til at forudsige kemiske reaktionshastigheder, " sagde Stambaugh.

"Vi omformulerede dem til skovbrande, der opstår i skovlandskaber.

Vi begyndte at tænke på måder, hvorpå modellen kunne bruges til at udforske kemien ved skovbrande, da brand grundlæggende er en kemisk reaktion. For eksempel, i laboratoriet, du vil måske vide, hvor hurtigt en kemisk reaktion sker under bestemte forhold. I skove, spørgsmålet ligner; du vil vide, hvor ofte naturbrande opstår i et bestemt klima. For at udvikle modellen, vi havde brug for langsigtede data om, hvor ofte der opstår brande mange forskellige steder. Efterhånden som vi indsamlede flere af disse data, det var tydeligt, at vores model fungerede rigtig godt. Vi har rådført os med mange af vores kolleger i andre dele af verden, og de har været enige."

Holdet har rejst i USA og verden for at få et førstehånds kig på skovbrande under forskellige klimaforhold. Denne rejse har resulteret i vigtig information om, hvordan klimaet og miljøet i et område kan begrænse eller forbedre forekomsten af ​​naturbrande.

"Du kan se mønstre i den globale frekvens af naturbrande, som åbenlyst er forudsigelige, " sagde Stambaugh. "F.eks. Grønland brænder ikke. Det er for iskoldt og vådt. Det er i den ene ende af spektret. Den anden ende af spektret er et sted som Sahara-ørkenen, som heller ikke brænder. Det er for tørt, og der er ikke nok brændstof. Mellem disse to yderpunkter, vi var sikre på, at der var en måde at beskrive overgangen på."

Rejsen resulterede også i nye data, som teamet kunne analysere, og idéer til forbedringer. Lange registreringer af naturbrande er nøglen til at forbedre modellen. Holdet genererer løbende nye data fra deres forskning om historiske brande, sammen med lignende data udviklet fra kolleger, at træne og validere deres model.

"Nogle af de første data, der blev brugt til at udvikle modellen, var fra tidligere undersøgelser, der beskrev brandhistorien for et enkelt sted, " sagde Stambaugh.

"Mange af de steder er meget klimatisk forskellige. F.eks. vi har data fra våde og varme steder som Louisiana, våde og kolde steder som Washington, tørre og varme steder som Australien. Vi ønskede at inkludere data fra en bred vifte af klimaforhold. Dette har givet os mulighed for at fange ekstremerne, vis folk, hvor forskellige steder passer langs en gradient af skovbrandsfrekvens, samt nøjagtigheden af ​​vores forudsigelser i forhold til, hvad der faktisk skete i fortiden."

Da holdet begyndte at indsætte temperatur- og nedbørsdata i deres model, de blev opmuntret til, at deres modelforudsigelser var utroligt lig de faktiske skovbrandsmønstre.

"Vi er konstant blevet overrasket over modellens nøjagtighed, især i betragtning af at det ikke er en super kompleks model, " sagde Stambaugh. "Det er ikke en model, der fodrer en model, der fodrer en anden model. Det er én model med to variabler - temperatur og nedbør. Modellen kommer fra kemi, og den er pænt pakket ind."

Stambaugh tilføjede, at modelresultater giver ny information om, hvordan frekvensen af ​​skovbrande ændrer sig, og hvor klimaforholdene kan skubbe hyppigheden af ​​skovbrande i fremtiden. Der er få værktøjer med denne funktion. På nationalt plan, dette kan være nøglen til mange applikationer såsom brandhåndtering, naturbrandrisiko og beredskab, vejledende naturbrandpolitikker, forudsige fremtidige røgemissioner, etc.

"I USA, vi har slukket naturbrande så godt siden begyndelsen af ​​1900-tallet, at vi har få eksempler på den naturlige variation, " sagde Stambaugh. "Ved at slukke brande i det sidste århundrede, vi har mistet eksempler på, hvordan klimaet kan påvirke naturbrande. I dag, det er der kun lidt udtryk for. Mange steder brændte meget hyppigere tidligere. De historiske data og denne model viser os virkelig, hvordan skovbrande varierede efter klimaforhold.

"Vi ser mange beviser på tidligere brande på træer gennem arrene. Som et land, hvis vi ville have vidst, hvor hyppige brande opstod i fortiden, og hvordan de varierede på tværs af regioner, så har vi måske valgt at gøre tingene anderledes i det sidste århundrede med hensyn til skovforvaltning, især i regioner, der er meget tilbøjelige til hyppige eller høje naturbrande."

Stambaugh sagde, at holdet allerede arbejdede på naturbrand-klimaprojekter for United States Geological Survey. De arbejdede på at producere modelestimater og kort over frekvensen af ​​skovbrande til fremtidige klimascenarier.

"Jeg synes, vores forskerhold har været unikt kreativt og kvantitativt, " sagde Stambaugh. "Det har været en af ​​vores styrker, som er eksemplificeret gennem udviklingen af ​​denne naturbrand- og klimamodel. Jeg tror virkelig, at modellen har forbedret vores forståelse af naturbrande betydeligt og er et vigtigt bidrag til naturressourcevidenskaben."