Пирогеография
Пирогеография — это изучение прошлого, настоящего и прогнозируемого распространения лесных пожаров . Лесные пожары возникают при определенных условиях климата , растительности, топографии и источников возгорания, так что они имеют свою собственную биогеографию или структуру в пространстве и времени. [1] [2] Самое раннее опубликованное свидетельство использования этого термина датируется серединой 1990-х годов, и его значение в первую очередь было связано с картированием пожаров. [3] [4] Нынешнее понимание пирогографии возникло в 2000-х годах как сочетание биогеографии и экологии пожаров , чему способствовало наличие наборов данных глобального масштаба о возникновении пожаров, растительном покрове и климате. Пирогеография также находится на стыке биологии , геофизической среды, а также социальных и культурных влияний на пожар. [5]
Пирогеография часто использует структуру концепций экологических ниш для оценки мер экологического контроля в случае пожара. Изучая, как факторы окружающей среды 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 мира.
Концепции
[ редактировать ]Основы пирогографии
[ редактировать ]В рамках пирогеографии существуют три основные категории, которые контролируют режимы пожаров во всем мире: потребляемые ресурсы, возгорания и атмосферные условия. Каждый из трех факторов варьируется в пространстве и времени, вызывая и создавая различные режима пожара типы . Огонь является результатом пересечения этих трех компонентов.
- Расходуемые ресурсы . Этот термин относится к растительности, потребляемой в качестве источника топлива при лесных пожарах. Тип растительности может различаться по продуктивности, структуре и воспламеняемости, и эта изменчивость приведет к разным типам поведения или интенсивности пожара.
- Возгорание . Пожар частично контролируется наличием источника возгорания. Существует два основных источника возгорания пожара: природный и антропогенный. Важность этих двух источников варьируется в зависимости от региона.
- Атмосферные условия . Погодные условия могут определить, является ли территория благоприятной для возгорания: жаркая, сухая и/или ветреная погода может повысить вероятность возгорания, а влажные и холодные условия могут снизить вероятность возникновения пожара.
Изучая и количественно оценивая эту структуру во времени и пространстве, пирогеографы могут изучить разницу между режимами пожаров в разных регионах или периодах времени.
Переменные огня
[ редактировать ]
Для возникновения пожара необходимо соблюдение нескольких переменных, на все из которых влияют как природные, так и человеческие факторы. Из-за пространственных и временных характеристик каждой переменной глобальное поведение пожаров представляет собой сложную и изменчивую систему для моделирования, и ее нельзя предсказать только на основе климата или растительности.
Скорость ветра
[ редактировать ]Скорость ветра — это движущая сила, определяющая скорость распространения или скорость распространения огня по ландшафту. На него влияют время года, погода, топография и растительный покров местности. На скорость ветра влияет деятельность человека в результате антропогенного изменения климата и изменения землепользования . [ нужна ссылка ]
Непрерывность топлива
[ редактировать ]Непрерывность топлива — это распределение частиц топлива в слое топлива, которое влияет на способность огня 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 пожаротушения), фрагментацию среды обитания , перемещение видов и методы управления земельными ресурсами (выжигание участков, «вырубка и сжигание» и т. д.). [ нужна ссылка ]
Топливные нагрузки
[ редактировать ]Топливная нагрузка – это количество доступного топлива на единицу площади. Также может определяться количеством тепловой энергии, выделяемой на единицу площади при сгорании. Природные воздействия включают тип/покров растительности, наличие природных нарушений (таких как нашествие насекомых, повреждение ветром), травоядность, плодородие почвы и сезонность. Влияние человека может включать выпас скота, лесозаготовку, тактику подавления, обработку топливом (превентивные меры) и изменения в землепользовании, такие как вырубка лесов и развитие сельского хозяйства. [ нужна ссылка ]
Влажность топлива
[ редактировать ]Влажность топлива является мерой количества воды в топливе и выражается в процентах от сухой массы этого топлива. На влажность топлива влияют ветровая активность, время года, предшествующие осадки, относительная влажность, температура воздуха и влажность почвы. К антропогенным воздействиям относятся антропогенное изменение климата и землеустроительная деятельность (вырубка, выпас скота, сжигание). [7]
Зажигание
[ редактировать ]Возгорания могут быть как естественными, так и антропогенными. Естественные возгорания обычно ограничиваются ударами молний, но наблюдались вулканизм и другие источники. Пожар, вызванный деятельностью человека, может быть преднамеренным (поджог, методы обращения с топливом) или непреднамеренным. Природные факторы, влияющие на возгорания, включают вспышки молний, извержения вулканов и сезонность. Человеческое влияние включает численность населения, управление земельными ресурсами, дорожную сеть и поджоги. [ нужна ссылка ]
Методология
[ редактировать ]Пирогеографы используют множество различных методов для изучения распространения огня. Для изучения пожара в космосе пирогогеографы используют пространственные данные о пожарной активности, которые могут быть представлены в нескольких формах, включая наблюдения, спутниковые снимки и исторические свидетельства пожаров. [6] Появление пирогографии как области тесно связано с доступностью спутниковых изображений. С конца 1970-х годов, когда спутниковые данные стали широко доступны, сезонные и географические закономерности пожарной активности стали предметом изучения, что привело к развитию этой области.
Данные пожарного наблюдения
[ редактировать ]Наблюдения за возникновением пожаров являются важными данными в пирогографии. Информацию о возникновении пожара можно получить из самых разных источников: исторических и современных. Исторические данные наблюдения за пожарами часто берутся из дендрохронологии (записей годичных колец о пожарах) или других письменных исторических записей. Современные наблюдения за пожарами часто проводятся с помощью спутников: с помощью аэрофотоснимков ученые могут изучить активность пожара и размер выгоревшей территории. Обе формы данных наблюдения за пожарами важны для изучения распространения пожара. [ нужна ссылка ]
Модели пространственного распределения
[ редактировать ]Модели пространственного распределения используются в пирогографии для описания эмпирических взаимосвязей между пожаром и факторами окружающей среды. Для построения и запуска этих моделей используется ряд статистических методов. Большинство моделей состоят из картографированных наблюдений пожаров, сравниваемых с различными независимыми переменными (в данном случае с пространственными градиентами окружающей среды, такими как топография или осадки). Два из этих компонентов вместе создают статистическую модель вероятности пожара, которую можно использовать для оценки гипотез или проверки предположений. Некоторые из используемых переменных включают такие вещи, как чистая первичная продуктивность (ЧПП), годовое количество осадков, температура или влажность почвы. Модели особенно важны для пирогографии, поскольку их можно использовать в районах, где данные наблюдения за пожарами могут быть неполными или необъективными. Модели с высокой надежностью можно использовать для прогнозирования условий в районах с небольшим количеством данных или наблюдений. [8]
Взаимосвязь климата и лесных пожаров
[ редактировать ]Возможно, наиболее важной и всеобъемлющей взаимосвязью в пирогографии является взаимосвязь между выжженной площадью и чистой первичной продуктивностью. [7] [9]
В местах с низкой чистой первичной продуктивностью не существует необходимых переменных пожара, позволяющих возгораться. Например, пустыни имеют очень низкую АЭС, учитывая засушливый климат, и не накапливают достаточно топлива для поддержания огня. [ нужна ссылка ]
С другой стороны, районы с очень высокой чистой первичной продуктивностью обычно ограничены влажными тропическими погодными условиями. Это наблюдается в таких местах, как тропические леса , где первичная продуктивность чрезвычайно высока, но отсутствуют необходимые погодные условия для сушки топлива.
Именно в районах со средним уровнем чистой первичной продуктивности и климатом с сезонным характером поддержания запасов топлива регулярно возникают пожары. Тропические саванны являются ярким примером таких условий, где за жаркими и влажными вегетационными сезонами следуют засушливые периоды, которые высушивают топливо и приводят к возгоранию пожаров. Эти саванны являются наиболее распространенной горючей средой на Земле. [ нужна ссылка ]
Пример взаимосвязи между АЭС и выгоревшей площадью можно увидеть на западе США, где в густых хвойных лесах с высокой ЧПП возникают нечастые пожары, замещающие насаждения, в более сухих сосновых лесах и кустарниках чапараля пожары происходят в среднем с интервалом в десять лет, а в степных кустарниках происходят пожары. , по крайней мере исторически, на многодесятилетних или более длительных интервалах.
Влияние человека на расширение масштабов пожара
[ редактировать ]В густых лесах (например, влажных тропических лесах) изменение землепользования и вырубка лесов резко увеличивают риск лесных пожаров из-за открытия лесного полога и, таким образом, снижения влажности и влажности поверхностного топлива, а также из-за целенаправленных возгораний в засушливые периоды с низким уровнем молний. Это было наглядно продемонстрировано в бассейне Амазонки и в Индонезии, где массовая вырубка лесов и изменение землепользования изменили обширный ландшафт тропических лесов и сделали их уязвимыми для пожаров. [10] Пожары в тропических лесах стали гораздо более частыми, поскольку положительная обратная связь между потерей леса, фрагментацией и пожаром создает все более благоприятные условия для возникновения пожаров. По оценкам, количество осадков в Амазонке может упасть на 20% из-за масштабной вырубки лесов. [11]
Инвазивные виды также могут оказывать существенное влияние на изменение типа топлива и топливной загрузки, тем самым увеличивая или уменьшая интенсивность пожара .
Приложения пирогеографии
[ редактировать ]Управление рисками
[ редактировать ]Пирогеография также используется для информирования усилий по развитию и управлению ландшафтом в регионах, которые могут быть подвержены пожарам. Расширение пригородов и кварталов в регионы, которые склонны к частым и интенсивным пожарам (например, в некоторых частях Калифорнии), означает, что домовладельцы сталкиваются с растущим риском распространения или начала лесных пожаров в их районе. Пирогеография может использоваться для создания карт пожарной опасности с целью обучения или информирования землевладельцев и сообществ. Эти карты могут показать, какие районы могут быть наиболее подвержены наиболее интенсивным пожарам. Землевладельцы и застройщики могут использовать эту информацию для планирования стратегий эвакуации или предотвращения строительства в определенных районах. Существуют и другие меры, 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]
Землеустройство
[ редактировать ]Моделирование распространения пожаров с помощью пирогеографических методов помогает в управлении 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 часть Центральной долины Калифорнии: пожары в этом районе подавлялись уже более столетия благодаря сельскому хозяйству, но модели пространственного распределения показывают, что в прошлом пожары могли случаться чаще. Знание того, что тушение пожаров изменило естественную частоту пожаров в этом районе (и, следовательно, возможно, изменило ландшафт), позволяет землепользователям, землевладельцам и политикам информировать о текущих усилиях по естественному восстановлению. [8]
Отношения с другими дисциплинами
[ редактировать ]Палеоэкология
[ редактировать ]Реконструкция истории пожаров на территории очень полезна для определения ее климатических условий и экологии. Знания о прошлых пожарных режимах получены из геохимии, анализа годичных колец, древесного угля, письменных документов и археологии. [13] Каждый источник данных имеет свои преимущества и недостатки. Для целей палеоэкологии данные по древесному углю из образцов керна озера и почвы предоставляют информацию, датируемую тысячелетиями, что позволяет точно реконструировать климат, основанный на взаимосвязи режимов пожаров с растительностью и климатом. [14] Древесный уголь необходимо сначала извлечь или отмыть от отложений керна. Затем его помещают на чашку и подсчитывают под микроскопом. Содержание древесного угля в слое отложений наносится на график, показывающий, когда и с какой интенсивностью произошли пожары. Самые высокие вершины, где содержится больше всего древесного угля, соответствуют более интенсивному огню. Различные экосистемы более подвержены пожарам в зависимости от климатических факторов и наличия растительности. Эта взаимосвязь между огнем и присутствующей растительностью используется для того, чтобы сделать выводы о климате того времени, основываясь на количестве и видах обнаруженного древесного угля. Разные виды растительности оставляют разный древесный уголь. Задача палеоэколога — подсчитать и определить количество и виды присутствующего древесного угля. [15] Эти данные позже изучаются и анализируются вместе с другими источниками данных. Это позволяет использовать огонь в качестве средства реконструкции климата в далеком прошлом. Последствия пожара можно увидеть с помощью таких процессов, как потери при возгорании . Химический состав почвы анализируется для определения изменений содержания минералов и углерода в результате пожара. Исторические данные могут раскрыть источник или причину пожара. Данные о пыльце предоставляют информацию о видах растительности, присутствующих до и после пожара. вызванная пожаром, Восприимчивость почвы к магнетизму, может выявить характеристики режима пожара, которые предшествуют зарегистрированной истории. [16] и дать представление о пожарных режимах во время почвообразования . Все эти прокси помогают построить экосистему изучаемой территории.
Археология
[ редактировать ]Огонь стал обычной технологией для многих популяций гоминин между 400 и 300 тысячами лет назад; люди имели отношения с огнем на протяжении многих сотен тысяч лет. Люди влияют на пирогографическую структуру не только путем создания источника возгорания: наши действия и поведение могут также изменять растительность, климат и подавлять возгорания молний, тем самым существенно влияя на режимы пожаров. [17]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Кравчук М.А., Мориц М.А., Паризьен М.А., Ван Дорн Дж., Хейхо К. (апрель 2009 г.). «Глобальная пирогеография: нынешнее и будущее распространение лесных пожаров» . ПЛОС ОДИН . 4 (4): е5102. Бибкод : 2009PLoSO...4.5102K . дои : 10.1371/journal.pone.0005102 . ПМК 2662419 . ПМИД 19352494 .
- ^ Кравчук М.А., Мориц М.А. (июль 2014 г.). «Актуальные проблемы: статистический анализ глобальных данных о пожарах для обоснования оценок изменений окружающей среды». Экологометрия . 25 (6): 472–481. дои : 10.1002/env.2287 . ISSN 1180-4009 . S2CID 117838440 .
- ^ Санников С.Н. (1994). «Эволюционная пироэкология и пирогеография естественного возобновления сосны обыкновенной» . Труды по исследованию лесных пожаров : 961–968.
- ^ Юл С.Р. (июнь 1999 г.). Готфрид Г.Дж., Эскью Л.Г., Кертин К.Г., Эдминстер С.Б. (ред.). «Исследования пожаров с помощью дистанционного зондирования в Больших Пограничьях» (PDF) . На пути к комплексным исследованиям, управлению земельными ресурсами и защите экосистем в приграничных районах Малпай: Краткое содержание конференции. Труды Лесной службы Министерства сельского хозяйства США : 88–92. РМРС-П-10.
- ^ Боуман Д.М., О'Брайен Дж.А., Голдаммер Дж.Г. (октябрь 2013 г.). «Пирогеография и глобальные поиски устойчивого управления пожарами» . Ежегодный обзор окружающей среды и ресурсов . 38 (1): 57–80. doi : 10.1146/annurev-environ-082212-134049 . ISSN 1543-5938 .
- ^ Jump up to: а б Тобин М. (5 июня 2013 г.). «Тенденции возгорания лесных пожаров: люди против молний - ЭкоВест» . ЭкоВест . Проверено 1 декабря 2017 г.
- ^ Jump up to: а б Скотт А.С., Боуман Д.М., Бонд У.Дж., Пайн С.Дж., Александр М.Е. (2014). Огонь на Земле: Введение . Чичестер, Западный Суссекс: Уайли-Блэквелл. ISBN 9781119953579 . OCLC 854761793 .
- ^ Jump up to: а б Мориц М.А., Кравчук М.А., Парижен М.А. (август 2010 г.). «Пирогеография: понимание экологической ниши огня» (PDF) . СТРАНИЦЫ . 18 (2): 83–65. дои : 10.22498/pages.18.2.83 .
- ^ Кравчук М.А., Мориц М.А. (январь 2011 г.). «Ограничения на глобальную пожарную активность различаются в зависимости от градиента ресурсов». Экология . 92 (1): 121–132. дои : 10.1890/09-1843.1 . ПМИД 21560682 .
- ^ Лоранс В.Ф., УильямсонГБ (декабрь 2001 г.). «Положительная обратная связь между фрагментацией лесов, засухой и изменением климата в Амазонии». Биология сохранения . 15 (6): 1529–1535. дои : 10.1046/j.1523-1739.2001.01093.x . ISSN 1523-1739 . S2CID 35177088 .
- ^ «Меньше деревьев означает меньше дождей в бассейне Амазонки». Природа . 547 (7662): 142. Июль 2017 г. doi : 10.1038/d41586-017-01215-3 . ПМИД 32076244 . S2CID 4382777 .
- ^ Парижьен, Массачусетс (июнь 2016 г.). «Наука может найти решение быстро назревающей проблемы» . Природа . 534 (7607): 297. Бибкод : 2016Natur.534..297P . дои : 10.1038/534297а . ПМИД 27306154 .
- ^ Иглесиас В., Йоспин Г.И., Уитлок С. (январь 2015 г.). «Реконструкция пожарных режимов на основе комплексных палеоэкологических прокси-данных и экологического моделирования» . Границы в науке о растениях . 5 : 785. doi : 10.3389/fpls.2014.00785 . ПМК 4302794 . ПМИД 25657652 .
- ^ Гэвин Д.Г., Халлетт Д.Д., Ху Ф.С., Лерцман К.П., Причард С.Дж., Браун К.Дж. и др. (2007). «Лесные пожары и изменение климата на западе Северной Америки: данные по записям об отложениях древесного угля» . Границы в экологии и окружающей среде . 5 (9): 499–506. дои : 10.1890/060161 . ISSN 1540-9295 . S2CID 5738427 .
- ^ Кроуфорд А.Дж., Белчер К.М. (август 2014 г.). «Морфометрия древесного угля для палеоэкологического анализа: влияние типа топлива и его транспортировки на морфологические параметры» . Приложения в науках о растениях . 2 (8): 1400004. doi : 10.3732/apps.1400004 . ПМК 4141710 . ПМИД 25202644 .
- ^ Иорданова, Нели, изд. (2017). «Глава 8 — Различающая сила магнетизма почвы для характеристики различных типов почвы» . Почвенный магнетизм . Академическая пресса. стр. 349–365. дои : 10.1016/B978-0-12-809239-2.00008-5 . ISBN 978-0-12-809239-2 .
- ^ Роос С.И., Боуман Д.М., Балч Дж.К., Артаксо П., Бонд В.Дж., Кокрейн М. и др. (апрель 2014 г.). «Пирогеография, историческая экология и человеческое измерение пожарных режимов» . Журнал биогеографии . 41 (4): 833–836. дои : 10.1111/jbi.12285 . ISSN 1365-2699 . S2CID 83822229 .