Группа исследователей из Сельскохозяйственного колледжа Университета Миссури, Школы природных ресурсов продовольствия и природных ресурсов и Лесной службы США продолжает работу по изучению того, как климат влияет на частоту лесных пожаров.
Группа, в которую входят Ричард Гайетт, Майкл Стамбо, Дэниел Дей и Роуз-Мари Музика, всего несколько лет назад разработала физико-химическую модель пожарной частоты (PC2FM). Модель фокусируется на двух переменных - температуре и осадках - чтобы понять, как климат вызывает лесные пожары во всем мире.
«Разработка этой модели началась с обсуждения того, что контролирует частоту лесных пожаров на всей территории Соединенных Штатов», - сказал Стамбо, доцент-исследователь в области лесного хозяйства. «Да, люди могут управлять огнем, но другой важной движущей силой является климат - и это то, что нас действительно интересовало, особенно в будущем. Как климат сдерживает огонь и можем ли мы его предсказать? Мы начали думать о связанных с этим физике и химии. в разжигании одного лесного пожара и связывании его с течением времени.
"Мы действительно думаем, что модель мощная. Следующим шагом было отойти от тех мест, где у нас есть проверочные данные, и посмотреть, что модель предсказала для всех комбинаций температуры и осадков. Нас не обязательно интересует, где такие климатические условия, но, скорее, что модель говорит о том, как часто лесные пожары ожидаются в этих условиях?"
Модель постоянно совершенствовалась в течение последних нескольких лет, частично в ходе полевых работ, таких как сбор данных о шрамах от пожаров на старых деревьях. Шрамы от пожаров используются в качестве меры того, когда и как часто возникали пожары в течение длительных периодов времени. Результатом этой работы стала журнальная статья, опубликованная в PLOS ONE, в которой подробно описывается реакция лесных пожаров на температуру и осадки. Хотя полностью предотвратить лесные пожары невозможно, модель можно использовать для понимания влияния климата на вероятность лесных пожаров, а также того, где и почему оно меняется в разных регионах.
"Мы разработали эту модель, используя концепции и уравнения, используемые для прогнозирования скоростей химических реакций", - сказал Стамбо.
Мы переформулировали их для лесных пожаров, возникающих в лесных ландшафтах.
Мы начали думать о том, как можно использовать эту модель для изучения химии лесных пожаров, поскольку огонь по своей сути представляет собой химическую реакцию. Например, в лаборатории вам может понадобиться узнать, как быстро протекает химическая реакция в определенных условиях. В лесах вопрос аналогичен; вы хотите знать, как часто возникают лесные пожары в том или ином климате. Для разработки модели нам нужны были долгосрочные данные о том, как часто случаются пожары в разных местах. Когда мы собрали больше этих данных, стало очевидно, что наша модель работает очень хорошо. Мы консультировались со многими нашими коллегами в других частях мира, и они пришли к общему согласию».
Команда путешествовала по США и миру, чтобы своими глазами увидеть лесные пожары в различных климатических условиях. В результате этого путешествия была получена важная информация о том, как климат и окружающая среда региона могут сдерживать или усиливать возникновение лесных пожаров.
«Вы можете увидеть закономерности в глобальной частоте лесных пожаров, которые, очевидно, предсказуемы», - сказал Стамбо. «Например, Гренландия не горит. Она слишком ледяная и влажная. Она находится на одном конце спектра. На другом конце спектра находится такое место, как пустыня Сахара, которая тоже не горит. Недостаточно топлива Между этими двумя крайностями мы были уверены, что есть способ описать переход."
Поездка также привела к тому, что команда получила новые данные для анализа и идеи для улучшения. Длинные записи лесных пожаров являются ключом к улучшению модели. Команда постоянно генерирует новые данные из своих исследований исторических пожаров, а также аналогичные данные, полученные от коллег, для обучения и проверки своей модели.
«Некоторые из первых данных, использованных для разработки модели, были взяты из предыдущих исследований, описывающих историю пожаров в одном месте», - сказал Стамбо.
"Многие из этих мест очень разнообразны в климатическом отношении. Например, у нас есть данные из влажных и теплых мест, таких как Луизиана, влажных и холодных мест, таких как Вашингтон, сухих и теплых мест, таких как Австралия. Мы хотели включить данные из Широкий диапазон климатических условий. Это позволило нам зафиксировать экстремальные явления, показать людям, где разные места соответствуют градиенту частоты лесных пожаров, а также точность наших прогнозов по сравнению с тем, что на самом деле произошло в прошлом."
Поскольку команда начала добавлять данные о температуре и осадках в свою модель, они были воодушевлены тем, что предсказания их модели были невероятно похожи на реальные закономерности лесных пожаров.
«Мы постоянно удивляемся точности модели, особенно если учесть, что это не суперсложная модель», - сказал Стамбо. «Это не модель, подпитывающая модель, которая подпитывает другую модель. Это одна модель с двумя переменными - температурой и осадками. Модель получена из химии и аккуратно упакована».
Стамбо добавил, что результаты моделирования дают новую информацию о том, как меняется частота лесных пожаров и где климатические условия могут увеличить частоту лесных пожаров в будущем. Инструментов с такой возможностью немного. На национальном уровне это может иметь ключевое значение для многих приложений, таких как управление пожарами, риск лесных пожаров и обеспечение готовности к ним, руководство политикой в отношении лесных пожаров, прогнозирование выбросов дыма в будущем и т. д.
«В Соединенных Штатах мы так хорошо тушили лесные пожары с начала 1900-х годов, что у нас мало примеров естественного диапазона изменчивости», - сказал Стамбо. «Потушив пожары в прошлом столетии, мы потеряли примеры того, как климат может влиять на лесные пожары. Сегодня это мало что выражает. Многие места горели гораздо чаще в прошлом. Исторические данные и эта модель действительно показывают нам, как лесные пожары варьировались в зависимости от климатических условий.
Сквозь шрамы мы видим множество свидетельств прошлых пожаров на деревьях. Если бы мы, как страна, знали, как часто возникали пожары в прошлом и как они различались по регионам, то, возможно, мы решили бы в прошлом веке по-другому относились к управлению лесами, особенно в регионах, которые очень подвержены частым или сильным лесным пожарам».
Стамбо сказал, что команда уже работает над климатическими проектами для Геологической службы США. Они работали над модельными оценками и картами частоты лесных пожаров для будущих климатических сценариев.
«Я думаю, что наша исследовательская группа была уникально творческой и количественной», - сказал Стамбо. «Это одна из наших сильных сторон, которая проявляется в разработке этой модели лесных пожаров и климата. Я искренне верю, что эта модель значительно продвинула наше понимание лесных пожаров и является важным вкладом в науку о природных ресурсах».