Ett team av forskare från University of Missouri College of Agriculture, Food and Natural Resources School of Natural Resources och United States Forest Service fortsätter ett försök att undersöka hur klimatet påverkar frekvensen av skogsbränder.

Gruppen, som inkluderar Richard Guyette, Michael Stambaugh, Daniel Dey och Rose-Marie Muzika, utvecklade Physical Chemical Fire Frequency Model (PC2FM) för bara några år sedan. Modellen fokuserar på två variabler - temperatur och nederbörd - för att förstå hur klimatet driver skogsbränder över hela världen.

"Utvecklingen av denna modell började som en konversation om vad som styr frekvensen av skogsbränder över hela USA, sade Stambaugh, en docent i skogsbruk. "Ja, människor kan kontrollera eld, men den andra stora drivkraften är klimatet - och det var det vi verkligen var intresserade av, särskilt i framtiden. Hur begränsar klimatet brand och kan vi förutsäga det? Vi började fundera på fysiken och kemin som var involverade i att starta en enskild skogsbrand och relatera det över tiden.

"Vi tycker verkligen att modellen är kraftfull. Nästa steg var att gå bort från de platser där vi har valideringsdata och titta på vad modellen förutspådde för alla temperatur- och nederbördskombinationer. Vi är inte nödvändigtvis intresserade av var dessa klimatförhållanden är, men, snarare, vad säger modellen om hur frekventa skogsbränder förväntas vara i den miljön?"

Modellen har kontinuerligt förfinats under de senaste åren, delvis genom fältarbete, som att samla in brandärrsdata från gamla träd. Brandärr används som ett mått på när och hur frekventa bränder inträffade under långa tidsperioder. Det arbetet har resulterat i en tidskriftsartikel, publicerad i PLOS ETT , detaljerade svar på skogsbränder på temperatur och nederbörd. Även om skogsbränder inte helt kan förhindras, modellen kan användas förstå klimatets inverkan på sannolikheten för skogsbränder och var och varför den förändras i olika regioner.

"Vi utvecklade den här modellen med hjälp av koncept och ekvationer som används för att förutsäga kemiska reaktionshastigheter, " sa Stambaugh.

"Vi omformulerade dem för skogsbränder som uppstår i skogslandskap.

Vi började fundera på hur modellen skulle kunna användas för att utforska kemin bakom skogsbränder eftersom brand i grunden är en kemisk reaktion. Till exempel, i laboratoriet, du kanske vill veta hur snabbt en kemisk reaktion sker under specifika förhållanden. I skogarna, frågan är liknande; du vill veta hur ofta skogsbränder inträffar i ett visst klimat. För att utveckla modellen, vi behövde långsiktiga uppgifter om hur ofta bränder inträffar på många olika platser. När vi samlade in mer av dessa data, det var uppenbart att vår modell fungerade riktigt bra. Vi har rådfrågat många av våra kollegor i andra delar av världen, och de har varit överens."

Teamet har rest i USA och världen för att få en förstahandsblick på skogsbränder under olika klimatförhållanden. Det resandet har resulterat i viktig information om hur klimatet och miljön i ett område kan begränsa eller förbättra förekomsten av skogsbränder.

"Du kan se mönster i globala skogsbränder som uppenbarligen är förutsägbara, " sa Stambaugh. "Till exempel, Grönland brinner inte. Det är för isigt och blött. Det är i ena änden av spektrumet. Den andra änden av spektrumet är en plats som Saharaöknen, som inte heller brinner. Det är för torrt och det finns inte tillräckligt med bränsle. Mellan dessa två ytterligheter, vi var övertygade om att det fanns ett sätt att beskriva övergången."

Resan resulterade också i nya data för teamet att analysera och idéer till förbättringar. Långa registreringar av skogsbränder är nyckeln till att förbättra modellen. Teamet genererar kontinuerligt nya data från sin forskning om historiska bränder, tillsammans med liknande data som utvecklats från kollegor, att träna och validera sin modell.

"Några av de första data som användes för att utveckla modellen var från tidigare studier som beskrev brandhistoria för en enda plats, " sa Stambaugh.

"Många av dessa platser är väldigt olika klimatmässigt. Till exempel, vi har data från våta och varma platser som Louisiana, blöta och kalla platser som Washington, torra och varma platser som Australien. Vi ville inkludera data från ett brett spektrum av klimatförhållanden. Detta har gjort det möjligt för oss att fånga extremerna, visa människor var olika platser passar längs en gradient av löpeldsfrekvens, såväl som exaktheten i våra förutsägelser jämfört med vad som faktiskt hände i det förflutna."

När teamet började koppla in temperatur- och nederbördsdata i sin modell, de uppmuntrades att deras modellförutsägelser var oerhört lika de faktiska mönster för skogsbränder.

"Vi har hela tiden blivit förvånade över modellens noggrannhet, särskilt med tanke på att det inte är en superkomplicerad modell, ", sa Stambaugh. "Det är inte en modell som matar en modell som matar en annan modell. Det är en modell med två variabler - temperatur och nederbörd. Modellen kommer från kemi och den är snyggt förpackad."

Stambaugh tillade att modellresultaten ger ny information om hur frekvensen av bränder förändras och var klimatförhållandena kan öka frekvensen av bränder i framtiden. Det finns få verktyg med denna förmåga. På nationell nivå, detta kan vara nyckeln för många applikationer som brandhantering, brandrisk och beredskap, vägledande regler för skogsbrand, förutsäga framtida rökutsläpp, etc.

"I USA, vi har släckt skogsbränder så bra sedan början av 1900-talet att vi har få exempel på den naturliga variationen, ", sa Stambaugh. "Genom att släcka bränder under det senaste århundradet, vi har tappat exempel på hur klimatet kan påverka skogsbränder. I dag, det finns lite uttryck för det. Många platser brann mycket oftare förr. De historiska data och denna modell visar oss verkligen hur skogsbränder varierade beroende på klimatförhållanden.

"Vi ser många bevis på tidigare bränder på träd genom ärren. Som ett land, om vi skulle ha vetat hur ofta bränder inträffade tidigare och hur de varierade mellan regioner, då kan vi ha valt att göra saker annorlunda under det senaste århundradet när det gäller skogsvård, särskilt i regioner som är mycket benägna att ofta eller högst allvarliga skogsbränder."

Stambaugh sa att teamet redan arbetade med projekt för skogsbränder för United States Geological Survey. De arbetade med att ta fram modelluppskattningar och kartor över bränders frekvens för framtida klimatscenarier.

"Jag tror att vårt forskarteam har varit unikt kreativt och kvantitativt, ", sa Stambaugh. "Det har varit en av våra styrkor som exemplifieras genom utvecklingen av denna modell för löpeld och klimat. Jag tror verkligen att modellen har avsevärt förbättrat vår förståelse av skogsbränder och är ett stort bidrag till naturresursvetenskapen."