《科学家模拟森林和火灾动力学,以了解未来森林大火的燃烧区域》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2019-02-27
  • 气候变化和野火——这是一种可燃的混合物,伴随着昂贵的破坏和致命的后果。为了理解这两个变量之间的联系,研究人员多年来一直在研究气候和内华达山脉野火相互作用的影响。这项研究已经演变成对树木分布、森林覆盖范围和碳动态的研究。

    然而,以往的大多数研究都着眼于气候变化与森林火灾地区之间的关系,这是由于气候对森林火灾的影响。火是一个受生产力影响的自我限制的过程。然而,许多火灾预测假设有足够的植被来支持火灾,这对碳动态和排放有重大影响。

    气候直接影响植被,并通过气候介导的干扰过程,如野火。通常,燃烧面积和温度是正相关的,这取决于植被的可用性。与植被的相互作用,为火灾提供燃料,尚未深入研究。

    现在,包括新墨西哥大学(University of New Mexico)生物系的马修·赫图(Matthew Hurteau)在内的科学家们正在通过模拟内华达山脉的野火来检查更多的数据,以提高他们对之前和未来野火之间的了解。他们假设之前的野火及其对植被的影响,再加上气候变化及其对野火后植被恢复的影响,可能会限制未来野火的规模。

    这项名为“植被-火灾反馈减少气候变化下预计燃烧面积”的研究发表在今天的《科学报告》(Scientific Reports)上,其目的是更好地理解气候-野火的相互作用,以及这种作用如何影响野火排放,进而影响内华达山脉的空气质量。

    利用模拟森林和火灾动态的景观模型,Hurteau和他的同事进行了模拟,其中气候是对燃烧区域的唯一影响(静态),气候和之前的火灾事件对燃料可燃性和可用性的相互作用影响(动态)。

    Hurteau说:“利用包括光合作用和呼吸作用在内的生态系统模型,我们能够捕捉到每十年植被对气候和燃烧面积的反应。”“我们利用每十年的生态系统模型和一个统计模型来重新估计未来十年的火灾规模分布,并捕捉以往野火的影响。”

    他们的发现有点出人意料。他们曾预期,以前的火灾事件及其对森林中可燃烧的燃料数量的影响将对未来燃烧的地区造成很大的限制。科学家称这是之前火灾事件造成的燃料限制效应,但他们发现这种效应持续时间不长,也不像他们想象的那么大。

    ”相比,我们发现静态场景,在气候是唯一影响面积烧伤,占之前火灾之间的相互作用和气候对燃料的可用性和可燃性温和派只减少了内华达7.5%累计面积燃烧在这个世纪。这比我们预期的要低得多,因为有足够的植被能够在火灾后恢复,一个被烧毁的地区能够很快地支持随后的火灾。

    作为这项研究的一部分,克里斯汀•Wiedinmyer大气化学家和科罗拉多大学的副主管的科学环境科学研究所合作研究,建立在Hurteau的工作和其他人把它的空气污染物排放水平通过观察烟雾释放野火在不同气候条件下不同类型的植被。

    Wiedinmyer利用其他研究人员提供的信息来确定植被燃烧量的变化如何影响野火烟雾释放的空气污染物的数量。纳入新的植被动态改变了对野火污染物排放的估计,这最终会影响空气质量。能够获得更详细的植被/野火/排放预测,将使空气质量管理人员能够更好地预测未来野火对空气质量的影响。

    Wiedinmyer说:“这项研究表明,野火活动不仅受到气候的影响,还受到植被和之前的火灾的影响。”“如果你把所有这些因素都包括在野火预测中,就能改变我们对野火造成的空气污染物的预测。”这一点很重要,因为这些信息可以帮助空气质量管理人员知道应该期待什么,以及如何制定计划。

    他说:“我们的发现的好处更多的是改善了我们对内华达山脉野火燃烧时社区将面临的潜在挑战的理解。”“这也有利于政策规划。“从管理规划的角度来看,这项工作基本上向我们展示了之前火灾事件的影响只会持续10年左右,而在10年内发生的野火足迹中有足够的植被再生,可以再次引发火灾。”

    Hurteau指出,加州的气候行动计划依赖于该州自然植被系统持续吸收碳,以帮助平衡人为造成的二氧化碳排放。他说:“这有助于限制未来野火的不确定性,以及它将如何影响森林的碳吸收。”

    这项研究由来自生物、空气化学、工程等多个学科的科学家共同完成,其中包括伊利诺伊大学的梁爽和加州大学默塞德分校的勒罗伊·维斯特林。

    Wiedinmyer补充说:“我们能够从一个新的细节层面来观察野火,并通过合作来获得关于野火在不同条件下如何活动的更大的图像。”

    ——文章发布于2019年2月26日

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    • 编译者:郭文姣
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    • 2016年8月,1988年燃烧的黄石国家公园地区再次燃烧。不久之后,2016年10月,生态学家莫妮卡特纳和她的研究生团队参观了公园,开始评估景观。 威斯康辛大学麦迪逊分校的综合生物学教授特纳说:“我们看到这些地区的一切都在燃烧,我们以前从未见过这种情况。”他自1988年以来一直密切研究黄石公司对火灾的反应。“这令人惊讶。 “ 在一份于2019年5月20日发表在“美国国家科学院院刊”上的一项研究中,特纳和她的团队描述了当黄石公司每100至300年适应一次火灾时会发生什么 - 而不是在不到30年的时间内燃烧两次。研究人员表示,我们所知道的黄石面临着一个不确定的未来,他们希望回答的一个重大问题是森林是否可以恢复。 随着国家科学基金会的快速反应研究资助,特纳和她的团队于2017年夏天返回黄石,研究重新燃烧的区域。其中包括枫树火灾,它燃烧了1988年北叉火灾后再生的28年长的松树林和贝里火灾,其中包含了1988年哈克火灾和16年后再生的28年生的松树林。在2000年的Glade Fire之后再生的树木。 在每个区域,他们与1988年或2000年燃烧的区域相比,但在2016年没有燃烧。 在一些地区,火灾严重烧毁,除了幼树的树桩外,其余的都没有。曾经散落在森林地面上的原木燃烧起来,留下了他们以前自我的负面影子 - 鬼影 - 他们在那里倒下了。 “一切都消失了,”特纳说。 “这真令人惊讶。” 通常情况下,大多数被火烧死的树木仍然存在多年。地面火灾会在树上留下死针。皇冠火烧掉了针,但留下了直立的树干。然而,在特纳的团队抽样的18个重新烧毁的地块中,有四个看到火灾如此严重,他们不得不想出一个新名称来描述它们:冠火加。在这些中,99%的先前树木的茎干燃烧。 2011年,特纳集团的模拟工作挑战了先前存在的观念,即年轻的森林缺乏足够的树木形状的燃料和倒下的原木以维持严重火灾。 2016年的火灾证实了他们的预测。 研究报告的共同作者,研究生Kristin Braziunas说:“我们的想法是,如果火灾频繁发生,我们就会看到一些自我限制,年轻的森林将无法重新燃烧。” “我们明确地看到情况并非如此 - 即使只有16岁,这些森林也有足够的燃料以尽可能高的严重程度燃烧。” 该团队还发现2016年火灾后第一年重建的松树幼苗数量下降了六倍。在一些重新烧毁的森林中,再生率显着降低。茂密的年轻森林被改造成更稀疏的森林。 Lodgepole松树以其血清的锥体而闻名,它们适合在火中开放并释放它们的种子,一旦火焰熄灭,用厚厚的新树木补充森林。从历史上看,100到300年的火灾间隔使树木成熟并建立了种子库。 但是年轻的树木尚未积累储蓄,因此快速重新燃烧就像在资金补充之前进入银行账户。 研究人员还发现,重新烧毁的森林失去了显着的碳储存能力。在2016年的火灾中消耗了森林地面上近三分之二的原木。这些死木块是碳汇,储存了树在活着时吸收的碳。燃烧时,它们会将碳释放到大气中。 特纳解释说,一旦古老的森林被烧毁,森林需要大约90年的时间才能恢复其失去的碳。 “我们关注碳储存和回收,因为森林在全球碳循环中起着非常重要的作用,”Braziunas说道,他在加入特纳的研究小组之前花了七年多的时间在俄亥俄州的奥伯林市担任市政消防员。 Braziunas采用了先前由特纳的合作者Rupert Seidl创建的模型来估计森林需要多长时间才能恢复它在2016年火灾中失去的大气中的碳,树木损失,木材消耗量下降和树木再生减少密度。她发现这需要150多年,假设森林在那个时候不再燃烧。 “我们基本上能够重建森林在火灾发生之前的样子,有多少棵树以及它们有多大,”Braziunas说。 “因为我们还测量了附近没有燃烧的树木(树木),我们可以比较重燃后发生的事情以及模型中的场景。” 她和特纳说,这一估计代表了一个最好的保守情景。随着气候变暖和干旱频率增加,森林很可能在短时间内再次燃烧。 然而,森林长期以来一直表现出弹性。 特纳说:“景观看起来与过去不同,”但这并不意味着它们不会美丽。将会有物种受益,物种会看到它们的范围收缩。 “改变将会发生,变化将比我们想象的更快发生,”她补充道。 “我们正在学习系统如何响应,但我们不知道它将来会在多大程度上具有弹性或适应性。但我还没准备好把它写下来。我们过去一直很惊讶。” 该研究得到了NSF资助DEB-1719905,联合消防科学计划16-3-01-4,威斯康星大学麦迪逊分校信托基金会,威斯康星州校友研究基金会UW2020计划,哥伦比亚大学地球研究所和哥伦比亚大学的支持。气候与生活中心。其他合着者包括哥伦比亚大学的Winslow Hansen和华盛顿大学的Brian Harvey。 ——文章发布于2019年5月20日
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