Forskere simulerer skov- og branddynamik for at forstå områdets afbrænding af fremtidige skovbrande

Klimaændringer og naturbrande – Det er en brændbar blanding med dyre ødelæggelser og dødelige konsekvenser. Med et mål om at forstå sammenhængen mellem de to variable, forskere gennem årene har undersøgt virkningerne af klima- og naturbrand-interaktioner i Sierra Nevada-bjergkæden. Denne forskning har udviklet sig til at lære om fordelingen af ​​træer, omfanget af skovdække og kulstofdynamik.

Imidlertid, de fleste tidligere undersøgelser har set på forholdet mellem klimaændringer og område, der er brændt af naturbrande som følge af klimatiske påvirkninger på naturbrande. Ild er en selvbegrænsende proces, der påvirkes af produktivitet. Endnu, mange brandfremspring antager tilstrækkelig vegetation til at understøtte ild, med væsentlige konsekvenser for kulstofdynamik og -emissioner.

Klima påvirker vegetationen direkte og gennem klimamedierede forstyrrelsesprocesser, såsom naturbrand. Typisk, mængden af ​​forbrændt areal og temperatur er positivt forbundet baseret på tilgængeligheden af ​​vegetation til at brænde. Samspillet med vegetation, som giver brændstof til ilden til at brænde, er ikke blevet undersøgt i dybden.

Nu, videnskabsmænd, herunder Matthew Hurteau i Institut for Biologi ved University of New Mexico, undersøger flere data via simuleringer af naturbrande i Sierra Nevada for at forbedre deres forståelse mellem tidligere og fremtidige naturbrande. De antog, at tidligere skovbrande og deres indflydelse på vegetationen, kombineret med et skiftende klima og dets indflydelse på genopretning af vegetationen efter en naturbrand, vil sandsynligvis begrænse størrelsen af ​​naturbrande i fremtiden.

Forskningen med titlen "Vegetation-brand feedback reducerer det forventede område, der brændes under klimaændringer, " blev offentliggjort i dag i Videnskabelige rapporter , og blev udført for bedre at forstå klima-naturbrand-samspillet, og hvordan det påvirker naturbrandemissioner, og efterfølgende, luftkvaliteten i Sierra Nevada-bjergkæden.

Ved at bruge en landskabsmodel, der simulerer skov- og branddynamik, Hurteau og hans kolleger udførte simuleringer, hvor klima var den eneste indflydelse på det brændte område (statisk), og hvor samspillet mellem klima og tidligere brandhændelser på både brændstofs brændbarhed og tilgængelighed påvirkede brændte område (dynamisk).

"Ved brug af en økosystemmodel, som omfattede fotosyntese og respiration, vi var i stand til at fange, hvordan vegetationen ville reagere på klimaet og det brændte område i løbet af hvert årti, " sagde Hurteau. "Vi brugte økosystemmodellens output fra hvert årti og en statistisk model, der redegjorde for virkningerne af tidligere brændte areal og klima til at genvurdere brandstørrelsesfordelinger for det efterfølgende årti og fange virkningerne af tidligere naturbrande."

Det, de fandt, var lidt overraskende. De havde forventet, at tidligere brandhændelser og deres indvirkning på mængden af ​​brændstof, der er tilgængeligt til at brænde i skoven, ville pålægge en stor begrænsning for det fremtidige brændte område. Forskere kalder det en brændstofbegrænsende effekt fra tidligere brandhændelser, men de fandt ud af, at den ikke varer ret længe, ​​og den er ikke nær så stor, som de havde troet.

"Vi opdagede, at sammenlignet med de statiske scenarier, hvor klimaet er den eneste indflydelse på det brændte område, at tage højde for samspillet mellem tidligere brande og klima på brændstoftilgængelighed og brændbarhed moderat reducerer kun det kumulative areal, der er brændt i Sierra Nevada med omkring 7,5 procent i løbet af dette århundrede. Dette er meget lavere, end vi havde forventet, fordi nok vegetation var i stand til at komme sig efter en brand, til at et brændt område ville være i stand til at understøtte en efterfølgende brand ret hurtigt, " sagde Hurteau.

Som en del af undersøgelsen Christine Wiedinmyer, en atmosfærisk kemiker og associeret direktør ved University of Colorado's Science ved Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences, bygget på Hurteau og andres arbejde for at bringe det til niveauet for luftforurenende emissioner ved at se på røgfrigivelsen fra skovbrande i forskellige klimaer med forskellige typer af vegetation.

Wiedinmyer brugte oplysningerne fra de andre forskere til at bestemme, hvordan ændringerne i mængden af ​​forbrændt vegetation påvirker antallet af luftforurenende stoffer, der udsendes fra brandrøgen. Inkluderingen af ​​den nye vegetationsdynamik ændrede estimaterne for forurenende emissioner fra naturbrande - som i sidste ende kan påvirke luftkvaliteten. Evnen til at opnå mere detaljerede forudsigelser af vegetation/naturbrande/emissioner vil gøre det muligt for luftkvalitetsforvaltere at have bedre forudsigelser af naturbrands luftkvalitetspåvirkninger i fremtiden.

"Denne undersøgelse afslørede, at naturbrandaktivitet ikke kun påvirkes af klimaet, men også ved vegetation og tidligere brande, " sagde Wiedinmyer. "Når du medtager alle disse komponenter i forudsigelser af naturbrande - kan det ændre vores forudsigelser af luftforurenende stoffer fra naturbrande. Dette er vigtigt, fordi den information kan hjælpe luftkvalitetsledere til at vide, hvad de kan forvente, og hvordan de skal planlægge det."

"Fordelen ved vores resultater er mere i form af at forbedre vores forståelse af de potentielle udfordringer, som samfund vil stå over for i luftskurene, der bliver påvirket, når en naturbrand brænder i Sierra Nevada, " sagde Hurteau. "Det er også gavnligt for politikplanlægning. Fra et ledelsesplanlægningsperspektiv, dette arbejde viser os dybest set virkningerne af en af ​​de tidligere brandhændelser, der kun har indflydelse i omkring et årti, og at der er nok genvækst af vegetation i fodsporet af en naturbrand, der opstod inden for 10 år, og som kan bære ild igen."

Hurteau bemærkede, at Californiens klimahandlingsplan er afhængig af fortsat kulstofoptagelse af naturlige vegetationssystemer i staten for at hjælpe med at balancere menneskeskabte kuldioxidemissioner. "Dette hjælper med at begrænse noget af usikkerheden omkring fremtidig naturbrand og hvordan det vil påvirke kulstofoptagelsen i skoven, " han sagde.

Forskningen var et samarbejde, der involverede forskere fra forskellige discipliner, herunder biologi, luftkemi, ingeniør, herunder Shuang Liang ved University of Illinois og LeRoy Westerling ved University of California, Merced.

"Vi var i stand til at se på naturbrande på et nyt niveau af detaljer og arbejde sammen for at få et større billede af, hvordan skovbrande opfører sig under forskellige forhold, " tilføjede Wiedinmyer.