Пирогеография — это изучение прошлого, настоящего и прогнозируемого распространения лесных пожаров . Лесной пожар возникает при определенных условиях климата , растительности, топографии и источников возгорания, так что он имеет свою собственную биогеографию или закономерность в пространстве и времени. [1] [2] Самое раннее опубликованное свидетельство этого термина, по-видимому, относится к середине 1990-х годов, и его значение в основном было связано с картированием пожаров [3] [4] Современное понимание пирогеографии возникло в 2000-х годах как сочетание биогеографии и экологии пожаров , чему способствовала доступность глобальных наборов данных о возникновении пожаров, растительном покрове и климате. Пирогеография также была помещена на стык биологии , геофизической среды и общества и культурных влияний на пожар. [5]
Пирогеография часто использует структуру концепций экологической ниши для оценки экологических контролей пожара. Изучая, как экологические факторы взаимодействуют, способствуя пожарной активности, пирогеографы могут предсказать ожидаемое поведение пожара в новых условиях. Пирогеографические исследования вносят вклад и информируют политику управления земельными ресурсами в различных регионах по всему миру.
В рамках, используемых в пирогеографии, существуют три основные категории, которые контролируют режимы пожаров по всему миру: потребляемые ресурсы, возгорания и атмосферные условия. Каждый из трех факторов изменяется в пространстве и времени, вызывая и создавая различные типы режимов пожаров . Пожар является результатом пересечения этих трех компонентов.
Изучая и количественно оценивая эту структуру во времени и пространстве, пирогеографы могут изучить разницу между режимами пожаров в разных регионах или периодах времени.
Для возникновения пожара необходимо выполнение нескольких переменных, все из которых подвержены влиянию как природных, так и человеческих факторов. Из-за пространственных и временных характеристик каждой переменной глобальное поведение пожара является сложной и изменчивой системой для моделирования и не может быть предсказано только по климату или растительности.
Скорость ветра является движущей силой скорости распространения или того, как быстро огонь перемещается по ландшафту. На нее влияют сезон, погода, топография и растительный покров местности. Скорость ветра зависит от деятельности человека через антропогенное изменение климата и изменение землепользования . [ необходима цитата ]
Непрерывность топлива — это распределение частиц топлива в слое топлива, которое влияет на способность пожара поддерживать горение и распространяться. На него влияют тип местности, наличие водоемов, сезонность и тип/возраст растительности. Влияние человека на непрерывность включает искусственные разрывы топлива (дороги, тактика тушения пожаров), фрагментацию среды обитания , перемещение видов и методы управления земельными ресурсами (выжигание участков, «подсечно-огневое» выжигание и т. д.). [ требуется ссылка ]
Топливная нагрузка — это количество доступного топлива на единицу площади. Также может быть определена количеством тепловой энергии, вырабатываемой на единицу площади при сгорании. Естественные влияния включают тип/покрытие растительности, наличие естественных нарушений (таких как нашествие насекомых, повреждение ветром), травоядность, плодородие почвы и сезонность. Человеческое влияние может включать выпас скота, лесозаготовки, тактику подавления, обработку топлива (профилактические меры) и изменение землепользования, такое как вырубка лесов и развитие сельского хозяйства. [ необходима ссылка ]
Влажность топлива — это мера количества воды в топливе, которая выражается в процентах от сухого веса этого топлива. Влажность топлива зависит от ветровой активности, сезона, предшествующих осадков, относительной влажности, температуры воздуха и влажности почвы. Влияние человека включает антропогенное изменение климата и деятельность по управлению земельными ресурсами (лесозаготовки, выпас скота, сжигание). [7]
Возгорания могут быть как естественными, так и антропогенными. Естественные возгорания обычно ограничиваются ударами молнии, но наблюдались вулканизм и другие источники. Пожары, вызванные человеком, могут быть преднамеренными (поджог, методы управления топливом) или непреднамеренными. Естественные факторы, влияющие на возгорания, включают вспышки молний, вулканы и сезонность. Влияние человека включает численность населения, землепользование, дорожные сети и поджоги. [ необходима цитата ]
Пирогеографы используют множество различных методов для изучения распространения пожаров. Для изучения пожаров в пространстве пирогеографы используют пространственные данные о пожарной активности, которые могут быть представлены в нескольких формах, включая наблюдения, спутниковые снимки и исторические свидетельства пожаров. [6] Возникновение пирогеографии как области тесно связано с доступностью спутниковых снимков. С конца 1970-х годов, когда спутниковые данные стали широко доступны, сезонные и географические закономерности пожарной активности стали объектом исследования, что привело к развитию этой области.
Наблюдение за возникновением пожара является важной частью данных в пирогеографии. Информацию о возникновении пожара можно получить из различных источников: исторических и современных. Исторические данные наблюдения за пожаром часто поступают из дендрохронологии (записи годичных колец пожара) или других письменных исторических записей. Современные наблюдения за пожаром часто проводятся со спутников: используя аэрофотоснимки, ученые могут изучать активность пожара и размер выжженной площади. Обе формы данных наблюдения за пожаром важны для изучения распространения пожара. [ необходима цитата ]
Модели пространственного распределения используются в пирогеографии для описания эмпирических связей между пожарами и факторами окружающей среды. Существует ряд статистических методов, используемых для построения и запуска этих моделей. Большинство моделей состоят из картированных наблюдений за пожарами, сравненных с различными независимыми переменными (в данном случае с пространственными градиентами окружающей среды, такими как топография или осадки). Два этих компонента вместе создают статистическую модель вероятности пожара, которая может использоваться для оценки гипотез или оспаривания предположений. Некоторые из используемых переменных включают такие вещи, как чистая первичная продуктивность (NPP), годовые осадки, температура или влажность почвы. Модели особенно важны для пирогеографии, поскольку их можно использовать в областях, где данные наблюдений за пожарами могут быть неполными или предвзятыми. Модели с высокой надежностью могут использоваться для проектирования или прогнозирования условий в областях с небольшим количеством данных или наблюдений. [8]
Возможно, наиболее важной и всеобъемлющей взаимосвязью в пирогеографии является взаимосвязь между площадью выгорания и чистой первичной продуктивностью. [7] [9]
В местах с низкой чистой первичной продуктивностью не существует необходимых пожарных переменных, позволяющих пожарам гореть. Например, пустыни имеют очень низкий NPP, учитывая засушливый климат, и не накапливают достаточное количество топлива для поддержания огня. [ необходима цитата ]
С другой стороны, районы с очень высокой чистой первичной продуктивностью, как правило, ограничены влажными тропическими погодными условиями. Это наблюдается в таких местах, как тропические леса , где первичная продуктивность чрезвычайно высока, но необходимые погодные условия для высыхания топлива отсутствуют.
Именно в районах со средними уровнями чистой первичной продуктивности и климатом с сезонным характером поддержания топливных запасов регулярно происходят пожары. Тропические саванны являются ярким примером таких условий, где жаркие, влажные сезоны роста сменяются сухими периодами, которые иссушают топливо и обеспечивают возгорание для огня. Эти саванны являются наиболее распространенными воспламеняющимися средами на Земле. [ необходима цитата ]
Примером взаимосвязи между ЧПП и площадью выгорания является западная часть США, где густые хвойные леса с высоким ЧПП редко подвергаются пожарам, приводящим к смене насаждений, более сухие сосновые леса и кустарниковые заросли чапараля в среднем подвергаются пожарам с десятилетними интервалами, а степные кустарниковые заросли подвергаются пожарам, по крайней мере, исторически, с интервалами в несколько десятилетий или дольше.
В густых лесах (например, тропических лесах) изменение землепользования и вырубка лесов резко увеличивают риск лесных пожаров, открывая лесной полог и, таким образом, снижая влажность и влажность топлива на поверхности, а также целенаправленные возгорания во время сухих периодов с малым количеством молний. Это было наглядно продемонстрировано в бассейне Амазонки и Индонезии, где массовая вырубка лесов и изменение землепользования изменили обширный ландшафт тропических лесов и сделали его уязвимым для пожаров. [10] Возникновение пожаров стало намного более частым в тропических лесах, поскольку положительные обратные связи между потерей лесов, фрагментацией и пожаром создают все более благоприятные для пожаров условия. По оценкам, количество осадков в Амазонии может сократиться на 20% из-за крупномасштабной вырубки лесов. [11]
Инвазивные виды также могут оказывать существенное влияние на изменение типа топлива и его запасов, тем самым увеличивая или уменьшая масштабы пожара .
Пирогеография также используется для информирования о мерах по развитию и ландшафтному управлению в регионах, которые могут быть подвержены пожарам. Расширение пригородов и кварталов в регионы, которые, как правило, часто или интенсивно горят (например, части Калифорнии), означает, что домовладельцы сталкиваются с растущими рисками распространения или возникновения лесных пожаров в их районе. Пирогеография может использоваться для создания карт пожарной опасности с целью обучения или информирования землевладельцев и сообществ. Эти карты могут показывать, какие районы могут быть наиболее подвержены наиболее интенсивному пожару. Землевладельцы и застройщики могут использовать эту информацию для планирования стратегий эвакуации или для того, чтобы избегать строительства в определенных районах. Существуют и другие политики, которые могут снизить риск пожара: управление растительностью и огнестойкие строительные материалы (например, металл вместо дерева) могут помочь снизить риск потери дома в результате пожара. [12]
Моделирование распространения пожара с помощью пирогеографических методов помогает информировать управление земельными ресурсами. Модели распространения пожара используются для оценки практики управления земельными ресурсами в действии и могут использоваться для определения того, работает ли конкретная практика (например, обработка или удаление топлива) эффективно или так, как прогнозировалось. Одним из примеров этого является северная Центральная долина Калифорнии: пожар подавлялся в этом районе более столетия из-за сельского хозяйства, но пространственные модели распределения показывают, что в прошлом пожары могли быть более частыми. Знание того, что подавление пожара изменило естественную частоту пожаров в этом районе (и, следовательно, возможно, изменило ландшафт), позволяет управляющим земельными ресурсами, землевладельцам и политикам информировать о текущих усилиях по естественному восстановлению. [8]
Реконструкция истории пожаров в определенной местности очень полезна для определения ее климатических условий и экологии. Знания о прошлых режимах пожаров поступают из геохимии, анализа годичных колец деревьев, древесного угля, письменных документов и археологии. [13] Каждый источник данных имеет свои преимущества и недостатки. Для целей палеоэкологии данные об угле из образцов озер и почвенных кернов предоставляют информацию, датируемую тысячелетиями, что позволяет проводить точную реконструкцию климата на основе связи режимов пожаров с растительностью и климатом. [14] Сначала древесный уголь необходимо извлечь или промыть из отложений образца керна. Затем его помещают на пластину и подсчитывают под микроскопом. Количество угля в слое осадка наносится на график, показывающий, когда и с какой интенсивностью происходили пожары. Самые высокие пики, где находится больше всего древесного угля, соответствуют более интенсивному пожару. Различные экосистемы более восприимчивы к пожару из-за климатических факторов и того, какие виды растительности присутствуют. Эта связь между огнем и имеющейся растительностью используется для того, чтобы делать выводы о климате того времени на основе количества и видов найденного древесного угля. Различные типы растительности оставляют разный древесный уголь. Работа палеоэколога заключается в подсчете и определении количества и видов имеющегося древесного угля. [15] Эти подсчеты позже изучаются и анализируются совместно с другими источниками данных. Это позволяет использовать огонь в качестве доверенного лица для реконструкции климата в далеком прошлом. Последствия пожара можно увидеть с помощью таких процессов, как потеря при прокаливании . Химия почвы анализируется для определения изменений в процентном содержании минералов и углерода в результате пожара. Исторические данные могут раскрыть источник или причину пожара. Данные пыльцы предоставляют информацию о видах растений, присутствовавших до и после пожара. Восприимчивость почвы к магнетизму, вызванная огнем, может выявить характеристики режима огня, которые предшествуют записанной истории [16], и дать представление о режимах огня во время формирования почвы . Все эти доверенные лица помогают построить экосистему изучаемой области.
Огонь стал обычной технологией для многих популяций Hominina между 400 тысячами и 300 тысячами лет назад; люди имели связь с огнем на протяжении многих сотен тысяч лет. Люди влияют на пирогеографическую структуру не только тем, что предоставляют источник возгорания: наши действия и поведение могут также изменять растительность, климат и подавлять возгорания молний, тем самым существенно влияя на режимы пожаров. [17]