Группа, в которую входят Ричард Гайетт, Майкл Стамбо, Дэниел Дей и Роуз-Мари Музика, всего несколько лет назад разработала физико-химическую модель частоты возгорания (PC2FM). Модель фокусируется на двух переменных — температуре и осадках — чтобы понять, как климат вызывает лесные пожары во всем мире.«Разработка этой модели началась как разговор о том, 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 большой 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 физике и химии участвовал в разжигании единственного лесного пожара и связал это с течением времени.«Мы действительно думаем, что модель мощная.
Следующим шагом было отойти от мест, где у нас есть данные проверки, и посмотреть, что модель предсказывала для всех комбинаций температуры и осадков. Нас не обязательно интересует, где находятся эти климатические условия, но, скорее, что модель говорит о том, как часто будут происходить лесные пожары в этой обстановке? "Модель постоянно совершенствовалась в течение последних нескольких лет, отчасти в результате полевых исследований, таких как сбор данных о шрамах от пожаров на старых деревьях.
Шрамы от пожаров используются для определения того, когда и как часто возникали пожары в течение длительных периодов времени. Результатом этой работы стала статья в журнале, опубликованная в PLOS ONE, в которой подробно описывается реакция лесных пожаров на температуру и осадки.
Хотя лесные пожары невозможно полностью предотвратить, с помощью этой модели можно понять влияние климата на вероятность возникновения лесных пожаров, а также где и почему оно изменяется в разных регионах.«Мы разработали эту модель, используя концепции и уравнения, используемые для прогнозирования скорости химических реакций», — сказал Стамбо.
«Мы изменили их формулировку для лесных пожаров, возникающих в лесных ландшафтах.Мы начали думать о том, как эту модель можно было бы использовать для изучения химии лесных пожаров, поскольку пожар, по сути, является химической реакцией.
Например, в лаборатории вы можете узнать, насколько быстро химическая реакция протекает в определенных условиях. В лесах вопрос аналогичен; вы хотите знать, как часто возникают лесные пожары в определенном климате.
Для разработки модели нам потребовались долгосрочные данные о том, как часто пожары происходят во многих разных местах. Когда мы собрали больше этих данных, стало очевидно, что наша модель действительно хорошо работает.
Мы проконсультировались со многими нашими коллегами в других частях мира, и они в целом согласны ».Команда объехала США и весь мир, чтобы воочию увидеть лесные пожары в различных климатических условиях. В результате этого путешествия была получена важная информация о том, как климат и окружающая среда в районе могут сдерживать или усиливать возникновение лесных пожаров.
«Вы можете увидеть закономерности в частоте глобальных 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 место, подобное пустыне Сахара, которая тоже не горит. Здесь слишком сухо и есть недостаточно топлива. Между этими двумя крайностями мы были уверены, что есть способ описать переходный период ».
Поездка также привела к получению новых данных, которые команда могла проанализировать, и идей по улучшению. Длинные записи о лесных пожарах являются ключом к улучшению модели. Команда постоянно генерирует новые данные из своих исследований исторических пожаров, наряду с аналогичными данными, полученными от коллег, для обучения и проверки своей модели.
«Некоторые из первых данных, использованных для разработки модели, были получены 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 широкого диапазона климатических условий. . Это позволило нам уловить крайности, 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 ».
Когда команда начала вводить данные о температуре и осадках в свою модель, их воодушевило то, что прогнозы их модели были невероятно похожи на фактические модели лесных пожаров.«Мы постоянно удивлялись точности модели, особенно с учетом того, что это не сверхсложная модель», — сказал Стамбо. «Это не модель, питающая модель, которая питает другую модель.
Это одна модель с двумя переменными — температурой и осадками. Модель исходит из химии и аккуратно упакована».Стамбо добавил, что результаты модели предоставляют новую информацию о том, как изменяется частота лесных пожаров и где климатические условия могут увеличить частоту лесных пожаров в будущем. Есть несколько инструментов с такой возможностью.
На национальном уровне это может быть ключевым для многих приложений, таких как управление пожарами, риск и готовность к лесным пожарам, руководство политикой лесных пожаров, прогнозирование выбросов дыма в будущем и т. Д.«В Соединенных Штатах мы так хорошо тушим лесные пожары с начала 1900-х годов, что у нас есть несколько примеров естественного диапазона изменчивости», — сказал Стамбо. «Искореняя пожары в прошлом столетии, мы потеряли примеры того, как климат может влиять на лесные пожары. Сегодня это мало выражается. Многие места в прошлом горели гораздо чаще.
Исторические данные и эта модель действительно показывают нам, как пожары варьируются в зависимости от климатических условий.«Мы видим множество свидетельств прошлых пожаров на деревьях сквозь шрамы. Если бы мы, как страна, знали, как часто возникали пожары в прошлом и как они менялись в разных регионах, то мы, возможно, предпочли бы действовать по-другому в прошлого века с точки зрения управления лесами, особенно в регионах, которые очень подвержены частым или сильным лесным пожарам ».Стамбо сказал, что команда уже работает над проектами по борьбе с лесными пожарами и климатом для Геологической службы США.
Они работали над созданием модельных оценок и карт повторяемости лесных пожаров для будущих климатических сценариев.«Я думаю, что наша исследовательская группа была уникальной творческой и количественной», — сказал Стамбо. «Это была одна из наших сильных сторон, примером которой является разработка 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».