Пирогеография - Pyrogeography
Пирогеография это исследование прошлого, настоящего и прогнозируемого распределения лесной пожар. Лесные пожары возникают при определенных условиях: климат, растительность, топография, и источники возгорания, так что биогеография, или узор в пространстве и времени. Пирогеография возникла в 1990-х и 2000-х годах как сочетание биогеография и пожарная экология, чему способствует наличие наборов данных глобального масштаба о возникновении пожаров, растительном покрове и климате. Пирогеография также оказалась на стыке биология, геофизическая среда, общество и культурные факторы в огне.[1]
Пирогеография использует рамки экологическая ниша концепции для оценки экологического контроля при пожаре. Изучая, как факторы окружающей среды взаимодействуют, способствуя возникновению пожара, пирогеографы могут предсказать ожидаемое поведение пожара в новых условиях. Пирогеографические исследования вносят свой вклад в политику управления земельными ресурсами в различных регионах мира.
Концепции
Каркас пирогеографии
В рамках, используемых в пирогеографии, есть три основные категории, которые контролируют режимы пожаров во всем мире: расходуемые ресурсы, возгорания и атмосферные условия. Каждый из трех факторов варьируется в зависимости от пространства и времени, вызывая и создавая разные пожарный режим типы. Огонь - это результат пересечения этих трех компонентов.
- Расходные ресурсы - Этот термин относится к растительности, используемой в качестве источника топлива при лесных пожарах. Тип растительности может различаться по продуктивности, структуре и воспламеняемости, и эта изменчивость приводит к различным типам поведения или интенсивности пожаров.
- Зажигания - Возгорание частично регулируется наличием источника возгорания. Существует два основных источника возгорания пожара: естественный и антропогенный. Важность этих двух источников варьируется в зависимости от региона.
- Атмосферные условия - Погодные условия могут определять, является ли территория благоприятной для пожара: жаркая, сухая и / или ветреная погода может повысить вероятность пожара, 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
Для возникновения пожара должны быть соблюдены несколько переменных, на все из которых влияют как природные, так и человеческие факторы. Из-за пространственных и временных характеристик каждой переменной поведение глобального пожара представляет собой сложную и изменчивую систему для моделирования и не может быть предсказана только климатом или растительностью.
Скорость ветра
Скорость ветра является движущей силой скорости распространения или скорости распространения огня по ландшафту. На это влияют сезон, погода, топография и растительный покров местности. На скорость ветра влияет деятельность человека в результате антропогенного изменения климата и изменения землепользования.
Непрерывность подачи топлива
Непрерывность подачи топлива - это распределение частиц топлива в топливном слое, которое влияет на способность огня поддерживать горение и распространение. Это зависит от типа местности, наличия водоемов, сезонности и типа / возраста растительности. Влияние человека на непрерывность включает искусственные разрывы топлива (дороги, тактика тушения пожаров), фрагментацию среды обитания, смещение видов и методы управления земельными ресурсами (выжигание участков, «разрезание и сжигание» и т. Д.).
Топливные нагрузки
Топливная нагрузка - это количество доступного топлива на единицу площади. Также может быть определено количеством тепловой энергии, выделяемой на единицу площади при сгорании. Природные факторы включают тип / покров растительности, наличие естественных нарушений (например, нашествие насекомых, повреждение ветром), травоядность, плодородие почвы и сезонность. Влияние человека может включать выпас скота, лесозаготовки, тактику подавления, обработку топливом (превентивные меры) и изменение землепользования, например вырубку лесов и развитие сельского хозяйства.
Влажность топлива
Влажность топлива - это мера количества воды в топливе, которая выражается в процентах от сухой массы этого топлива. На влажность топлива влияет активность ветра, время года, предшествующие осадки, относительная влажность, температура воздуха и влажность почвы. Человеческое влияние включает антропогенное изменение климата и деятельность по управлению земельными ресурсами (лесозаготовки, выпас скота, сжигание).[3]
Зажигания
Возгорания могут быть как естественными, так и антропогенными. Естественные возгорания обычно ограничиваются ударами молнии, но вулканизм и другие источники наблюдались. Пожар по вине человека может быть умышленным (поджог, методы обращения с топливом) или непреднамеренным. Природные факторы, влияющие на возгорания, включают вспышки молний, вулканы и сезонность. Человеческое влияние включает численность населения, землеустройство, дорожные сети и поджоги.
Методология
Пирогеографы используют множество различных методов для изучения распространения огня. Для изучения пожара в космосе пирогеографы используют пространственные данные о пожаре, которые могут иметь несколько форм, включая наблюдения, спутниковые снимки, и исторические свидетельства пожара.[2] Появление пирогеографии 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 разработке месторождения.
Данные наблюдения за пожарами
Наблюдение за возникновением пожара - важная часть данных в пирогеографии. Информацию о возникновении пожара можно получить из различных источников: исторических и современных. Историческое наблюдение за пожарами данные часто поступают из дендрохронология (древовидные записи о пожарах) или другие письменные исторические записи. Современные наблюдения за пожарами часто проводятся со спутников: используя аэрофотоснимки, ученые могут изучить активность пожаров и размер выгоревшей площади. Обе формы данных наблюдения за пожарами важны для изучения распространения пожара.
Модели пространственного распределения
Модели пространственного распределения используются в пирогеографии для описания эмпирических соотношений между пожарами и факторами окружающей среды. Для построения и запуска этих моделей используется ряд статистических методов. Большинство моделей состоят из нанесенных на карту наблюдений за пожарами в сравнении 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 опровержения предположений. Некоторые из используемых переменных включают такие вещи, как чистая первичная продуктивность (NPP), годовое количество осадков, температура или влажность почвы. Модели особенно важны для пирогеографии, поскольку их можно использовать в областях, где данные наблюдения за пожарами могут быть неполными или предвзятыми. Модели с высокой надежностью можно использовать для проектирования или прогнозирования условий в областях с небольшим объемом данных или наблюдений.[4]
Взаимосвязь климата и пожаров
Возможно, самая важная и всеобъемлющая взаимосвязь в пирогеографии - это взаимосвязь между выгоревшей площадью и чистой первичной продуктивностью.[3][5]
В местах с низкой чистой первичной продуктивностью отсутствуют необходимые параметры пожара, позволяющие возгорать. Например, пустыни имеют очень низкую АЭС с учетом засушливого климата и не создают достаточного количества топлива для поддержания огня.
С другой стороны, районы с очень высокой чистой первичной продуктивностью обычно ограничены влажными тропическими погодными условиями. Это видно в таких местах, как тропические леса, где первичная продуктивность чрезвычайно высока, но отсутствуют необходимые погодные условия для высыхания топлива.
Он находится в районах с промежуточным уровнем чистой первичной продуктивности и климатом с сезонным режимом поддержания топливных нагрузок, где регулярно возникают пожары. Тропические саванны являются ярким примером таких условий, когда жаркие и влажные вегетационные сезоны сменяются засушливыми периодами, которые иссушают топливо и вызывают возгорание пожара. Эти саванны - самая распространенная легковоспламеняющаяся среда на Земле.
Пример взаимосвязи между АЭС и выгоревшей площадью наблюдается на западе США, где в густых хвойных лесах с высокой АЭС наблюдаются нечастые пожары, связанные с заменой древостоя, в более сухих сосновых лесах и чапаральных кустарниках возникают пожары в среднем с интервалами в несколько десятилетий, а в степных кустарниках возникают пожары , по крайней мере, исторически, с интервалами в несколько десятилетий или более.
Влияние человека на распространение огня
В густых лесах (например, тропических лесах) изменения в землепользовании и вырубка лесов резко увеличивают риск лесных пожаров, открывая лесной полог и, таким образом, снижая влажность и топливную влажность поверхностного топлива, а также за счет целенаправленных воспламенений в засушливые периоды с низкой молниеносностью. Это было ясно продемонстрировано в бассейне Амазонки и Индонезии, где массовое обезлесение и изменение землепользования изменили обширный ландшафт тропических лесов и сделали их уязвимыми для пожаров.[6] Возникновение пожаров стало гораздо более частым в тропических лесах, поскольку петли положительной обратной связи между потерей лесов, фрагментацией и пожарами создают все более благоприятные условия для пожаров. Подсчитано, что количество осадков в Амазонии может упасть на 20% из-за крупномасштабной вырубки лесов.[7]
Инвазивные виды также может существенно повлиять на изменение типа топлива и топливной нагрузки, тем самым увеличение или уменьшение количества огня.
Применение пирогеографии
Управление рисками
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 имеют тенденцию к частому или интенсивному горению (например, в некоторых частях Калифорнии), означает, что домовладельцы сталкиваются с возрастающим риском распространения или возникновения лесных пожаров в их районе. Пирогеографию можно использовать для создания карт пожарной опасности с целью просвещения или информирования землевладельцев и общин. Эти карты могут показать, какие области могут быть наиболее подвержены наиболее интенсивному горению. Землевладельцы и застройщики могут использовать эту информацию для планирования либо стратегии эвакуации, либо для избежания строительства в определенных областях. Есть и другие стратегии, которые могут снизить риск возникновения пожара: уход за растительностью и огнестойкие строительные материалы (например, металл вместо дерева) могут помочь снизить риск потери дома в результате пожара.[8]
Землеустройство
Моделирование распространения огня с помощью пирогеографических методов помогает информировать управление земельными ресурсами. Модели распределения огня используются для оценки практик управления земельными ресурсами в действии и могут использоваться для определения того, работает ли конкретная практика (например, обработка или удаление топлива) эффективно или в соответствии с прогнозами. Одним из примеров этого является северная Центральная долина Калифорнии: пожар подавлялся в этом районе более века благодаря сельскому хозяйству, но модели пространственного распределения показывают, что в прошлом пожары могли быть более частыми. Знание о том, что тушение пожаров изменило естественную частоту возникновения пожаров в этом районе (и, следовательно, возможно, изменило ландшафт), позволяет землеустроителям, землевладельцам и политикам информировать текущие усилия по восстановлению природы.[4]
Отношение к другим дисциплинам
Палеоэкология
Реконструкция истории пожаров в районе очень полезна для определения климатических условий и экологии. Информация о прошлых режимах пожаров поступает из геохимии, анализа древесных колец, древесного угля, письменных документов и археологии.[9] У каждого источника данных есть свои преимущества и недостатки. Для целей палеоэкологии данные по древесному углю из озера и почвы. образцы керна предоставляет информацию, датируемую тысячелетиями, что позволяет точно реконструировать климат на основе взаимосвязи режимов пожаров с растительностью и климатом.[10] Древесный уголь необходимо сначала извлечь или вымыть из отложений образца керна. Затем его помещают на пластину и подсчитывают под микроскопом. Количество угля в слое осадка нанесено на график, показывающий, когда и с какой интенсивностью возникли пожары. Самые высокие пики, где находится больше всего древесного угля, соответствуют более интенсивному огню. Различные экосистемы более восприимчивы к пожарам из-за климатических факторов и присутствующей там растительности. Эта взаимосвязь между огнем и присутствующей растительностью используется, чтобы делать выводы о климате в то время, основываясь на количестве и видах найденного древесного угля. Различные типы растительности оставляют разный древесный уголь. Работа палеоэколога - подсчитывать и определять количество и виды угля.[11] Эти подсчеты позже изучаются и анализируются вместе с другими источниками данных. Это позволяет использовать огонь в качестве альтернативы для восстановления 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 выявить источник или причину. огня. Данные о пыльце предоставляют информацию о растительных видах, присутствовавших до и после пожара. Все эти прокси помогают построить экосистему изучаемой территории.
Археология
Огонь стал для многих привычной технологией Гоминина население от 400 до 300 тысяч лет назад; люди были связаны с огнем на протяжении многих сотен тысяч лет. Люди влияют на пирогеографическую структуру больше, чем в качестве источника возгорания: наши действия и поведение могут также изменить растительность, климат и подавить возгорания молний, тем самым значительно влияя на режимы пожаров.[12]
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Боуман, Дэвид M.J.S .; О'Брайен, Джессика А .; Гольдаммер, Иоганн Г. (2013-10-17). «Пирогеография и глобальные поиски устойчивого управления пожарами». Ежегодный обзор окружающей среды и ресурсов. 38 (1): 57–80. Дои:10.1146 / annurev-environment-082212-134049. ISSN 1543-5938.
- ^ а б «Тенденции возгорания лесных пожаров: люди против молнии - EcoWest». EcoWest. 2013-06-04. Получено 2017-12-01.
- ^ а б Скотт, Эндрю С .; Боуман, Дэвид M.J.S .; Бонд, Уильям Дж .; Пайн, Стивен Дж .; Александр, Мартин Э. (2014). Огонь на Земле: Введение. Чичестер, Западный Сассекс: Уайли-Блэквелл. ISBN 9781119953579. OCLC 854761793.
- ^ а б Мориц, Макс (август 2010). «Пирогеография: понимание экологической ниши огня» (PDF). PAGES Информационный бюллетень. 18 (2): 83–85. Дои:10.22498 / стр.18.2.83.
- ^ Кравчук, Мэг А .; Мориц, Макс А. (01.01.2011). «Ограничения на глобальную пожарную активность варьируются в зависимости от градиента ресурсов». Экология. 92 (1): 121–132. Дои:10.1890/09-1843.1. ISSN 1939-9170. PMID 21560682.
- ^ Laurance, Уильям Ф .; Уильямсон, Дж. Брюс (2001-12-14). «Положительные отзывы о фрагментации лесов, засухе и изменении климата в Амазонии». Биология сохранения. 15 (6): 1529–1535. Дои:10.1046 / j.1523-1739.2001.01093.x. ISSN 1523-1739.
- ^ «Меньше деревьев - меньше дождей в бассейне Амазонки». Получено 2017-11-11.
- ^ Паризьен, Марк-Андре (2016-06-16). «Наука может найти решение быстро назревшей проблемы». Природа. 534 (7607): 297. Дои:10.1038 / 534297a. PMID 27306154.
- ^ Иглесиас, Вирджиния; Йоспен, Габриэль I .; Уитлок, Кэти (22 января 2015 г.). «Реконструкция пожарных режимов с помощью интегрированных палеоэкологических прокси данных и экологического моделирования». Границы науки о растениях. 5: 785. Дои:10.3389 / fpls.2014.00785. ЧВК 4302794. PMID 25657652.
- ^ Гэвин, Дэниел Г .; Hallett, Douglas J .; Ху, Фэн Шэн; Lertzman, Kenneth P .; Причард, Сьюзен Дж .; Браун, Кендрик Дж .; Линч, Джейсон А .; Бартлейн, Патрик; Петерсон, Дэвид Л. (2007). «Лесные пожары и изменение климата в западной части Северной Америки: выводы из отчетов об отложениях древесного угля». Границы экологии и окружающей среды. 5 (9): 499–506. Дои:10.1890/060161. ISSN 1540-9295.
- ^ Кроуфорд, Аластер Дж .; Белчер, Клэр М. (18 августа 2014 г.). «Морфометрия древесного угля для палеоэкологического анализа: влияние типа топлива и транспорта на морфологические параметры1». Приложения в науках о растениях. 2 (8): 1400004. Дои:10.3732 / apps.1400004. ЧВК 4141710. PMID 25202644.
- ^ Роос, Кристофер I .; Боумен, Дэвид М. Дж. С .; Балч, Дженнифер К.; Артаксо, Пауло; Бонд, Уильям Дж .; Кокрейн, Марк; Д'Антонио, Карла М .; ДеФрис, Рут; Мак, Мишель (2014-04-01). «Пирогеография, историческая экология и человеческое измерение пожарных режимов». Журнал биогеографии. 41 (4): 833–836. Дои:10.1111 / jbi.12285. ISSN 1365-2699.