연료 제약 증가에도 불구하고 미국 서부 산불 증가 예상

산불

2020년 산불 시즌으로 단절된 미국 ​​서부 산림의 화상 지역이 확대되면서 단기적인 거시적 산불 지역 궤적을 탐색해야 할 필요성이 높아졌습니다. 화재가 후속 화재의 연료를 제거함에 따라 피드백은 산불 면적이 증가하는 기후 주도 추세에 제약을 가할 수 있습니다. 여기에서는 화재 연료 피드백이 미국 서부 전역의 산불 지역에서 단기(2021~2050) 기후 주도 증가를 조절하는 방법을 테스트합니다. 일정한 연료를 가정할 때 기후와 화재 모델은 1991~2020년에 비해 산불 면적이 두 배로 증가할 것으로 예상합니다. 화재 연료 피드백은 예상되는 산불 면적 증가를 약간만 약화시킵니다. 강력한 피드백이 있는 모델조차도 산불 지역의 경년 변동성이 증가하고 2020년 산불 시즌을 초과할 가능성이 2배 이상 증가할 것으로 예상합니다. 화력 연료 되먹임으로 인한 연료 제한은 21세기 중반까지 기후에 따른 산불 지역의 광범위한 증가를 강력하게 제한하지 않을 것이며, 이는 증가하는 미국 서부 산불 영향에 대한 사전 적응의 필요성을 강조합니다.

지속적인 기후 변화와 함께 연료 건조도의 증가와 극심한 화재 날씨

미국 서부의 연간 산불로 인한 지역은 지난 반세기 동안 10배 증가했으며 이는 광범위한 부정적인 영향을 초래한 2020년 미국 서부 산불 시즌 기록으로 정점을 찍었습니다. 100년에 걸친 화재 진압 및 토착 화재 불법화로 인한 역사적으로 높은 연료 부하를 포함하여 여러 인위적 요인이 증가하는 황무지 화재 지역을 뒷받침합니다. 소방관의 안전을 지원하기 위한 덜 직접적인 진압 전술과 인간이 초래한 기후 변화로 인한 연료 건조 증가 요인의 영향은 생물물리학적 상호작용과 인간과환경 상호작용의 기능으로 지리적으로 다양하지만, 연료 건조를 통해 표현되는 기후 변동성은 미국 서부와 전 세계에서 연료가 풍부한 생물군계 전반에 걸쳐 거시적 규모의 연소 지역의 지배적인 연간 동인입니다. 지속적인 기후 변화와 함께 연료 건조도(F)의 증가와 극심한 화재 날씨는 미국 서부 산림을 포함하여 바이오매스가 풍부하고 가연성이 주요 제약 조건인 야생지 화재 활동의 증가를 예고합니다. 온난화는 증기압 결핍(VPD)을 증가시키고 산불 시즌을 집합적으로 강화하고 연장하는 산간 지역의 스노우팩을 감소시켜 연료 건조도를 직접적으로 향상시킵니다. 최근 수십 년 동안 미국 서부 일부 지역의 여름 강수량 감소는 화재 시즌을 더욱 증가시켰습니다. 대부분의 기후 예측은 미국 서부에서 F가 증가하고 캘리포니아의 가을에 극단적인 화재의 발생 증가를 촉진하는 더 긴 화재 날씨 시즌을 보여줍니다. 미래 화재의 궤적을 예측하는 데 있어 한 가지 주요 제한 사항은 사용 가능한 연료의 감소가 화재 성장을 제한하는 정도이며, 이는 현대 기후와 화재 관계의 궁극적인 비선형성을 암시합니다. 기후만이 화상 지역의 변화를 주도하는 통계 모델은 엄청난 미래 증가를 암시합니다. 이러한 모델은 미래의 연소를 지원하기에 충분한 연료가 남아 있다고 가정하지만, 증가된 산불 면적이 연료 바이오매스 및 범위, 화재를 운반하는 산림 환경의 능력의 감소를 통해 미래의 연소 면적을 제한하는 화재 연료 피드백을 유발할 수 있다는 강력한 증거가 있습니다. 그리고 나무 재생을 제한할 수 있는 화재 이후 식생 패턴 및 기후의 변경은 우리는 최근 과거에 화재로 인해 수정되었기 때문에 주어진 연도에 산불을 운반할 수 없는 현대 산림 토지의 비율을 나타내는 L이라는 용어를 통해 화재 연료 피드백을 추적합니다. 화재 후 나무 재생 실패로 인한 반영구적인 산림 손실을 통해 최근에 화상을 입은 지역은 때때로 훨씬 더 짧은 시간 규모로 재연소될 수 있습니다. 특히 심각도가 낮은 화재의 경우, 이 경우 L은 최근에 화상을 입은 지역의 비율보다 작을 것입니다. 화재는 또한 화재에 덜 취약한 연결성이 감소된 숲 모자이크를 생성할 수 있습니다. 이 경우 L은 최근에 타버린 면적의 비율을 초과합니다. 연구에 따르면 화재 연료 피드백은 지역 규모21에서 화상 지역의 미래 변화를 완화할 수 있습니다. 그러나 연구는 화재 연료 되먹임과 기후가 전체 미국 서부 산림 지역의 규모에서 미래 화재 활동에 어떻게 영향을 미칠지 또는 화재 연료 되먹임의 지속 시간과 강도의 불확실성에 대한 이러한 예측의 민감도에 영향을 미치는지 평가하지 않았습니다. 여기서 우리는 다양한 화재 연료 피드백을 설명하는 몇 가지 가능한 동적 모델, 식생 피드백을 통합하지 않고 일정한 연료 범위를 가정하는 단기적인 정적 모델을 통합합니다. 미국 서부 산불 지역의 경년 변동성의 예상 변화, 기록적인 2020년 산불 시즌에서 관찰된 것보다 산불 지역이 더 많이 발생할 가능성, 산불 지역이 있을 가능성을 추가로 평가합니다. 1991~2020 중앙값 아래 우리는 2050년으로 산불 지역의 예측을 제한합니다. 2050년 중반 이후의 초목 역학, 인간 행동 및 기후 궤적의 더 큰 불확실성을 인정합니다. 화재 연료 피드백의 광범위한 불확실성을 감안할 때 화재 후 나무 재생 실패, 형태 및 강도를 설명하는 생태 문헌에 따라 화재 연료 피드백의 여러 형태와 강점을 제시합니다. 최근 화재 이력에 의해 부과된 연료 제한 및 가뭄 중 연료 제한 수명의 조절입니다. 

미래의 산불을 예측해 봅니다

미래의 화재를 예측하기 위해 먼저 관측 기간 동안의 기후와화재 관계 모델을 구축하고 모델의 기술을 평가합니다. 현대 위성 관측 기록(1984~2020) 동안 F와 미국 서부 산불 지역의 대수 사이에는 양의 경년 상관 관계(r2 = 0.80)가 있습니다. 이는 US 서부 산림 지역의 불타버린 지역과 건조함 사이에 강한 관계를 발견한 이전 연구의 결과를 확장합니다. 특히, F에 대한 산불 면적의 비선형 응답은 F가 증가할 때마다 이전 증가보다 산불 면적에서 더 큰 응답으로 이어진다는 것을 시사합니다. 1984~1999년에서 2000~2020년 사이 평균 F의 1.0 σ 증가는 연간 산불 면적 총계의 상위 4분위의 4배 증가와 일치했습니다. 외생적 요인을 통해 발생할 수 있는 관계의 비정상성과 미래 조건에 대한 실증적 모델의 적용 가능성을 평가하기 위해 관측 기간 동안 모델의 교차 검증을 수행했습니다. 다양한 데이터 하위 집합(1984~2020, 1984~1999, 2000~2020)을 사용하여 구축된 모델은 통계적으로 구별할 수 없는 회귀 매개변수를 생성합니다. 마찬가지로 데이터 세트의 첫 번째 부분에서 훈련된 모델은 데이터 세트의 두 번째 부분에서 산불 지역을 예측하는 데 능숙했습니다. 이 교차 검증 작업의 결과는 1984~2020년 동안 연료 범위의 변화 또는 인간과 환경 요인의 기타 변화가 거시적 기후와 화재 관계에 큰 영향을 미치지 않았음을 시사합니다. 또한, 이 교차 검증은 이러한 모델이 단기 예측 유틸리티를 제공할 수 있음을 시사합니다. 기후 모델은 향후 30년 동안 연료 건조의 강력한 인위적 증가를 예상합니다. 30개 기후 모델에 의해 만들어진 예측에서 평균을 낸 F는 1991~2020년에 비해 2021~2050년에 0.66σ 증가합니다(CMIP6 모델의 +0.45~+0.80σ 사분위수 범위). 이는 주로 온난화로 인한 증발 수요 증가 때문입니다. 연료 범위의 변화가 없다고 가정하면, 우리의 정적 모델은 1991~2020년 동안 관찰된 것과 비교하여 2021~2050년 동안 평균 연간 산불 면적에서 두 배(30-모델 중앙값 107% 증가)를 산출합니다. 2021~2050년 누적 산불 면적은 현대 삼림 면적의 35%에 해당합니다. 상당한 모델간 변동이 있지만, 30개 모델 중 26개 모델에 의해 만들어진 기후 예측은 산불 지역의 최소 50% 증가로 이어집니다. 또한 연간 산불 지역의 사분위수 범위가 2배 증가하고 기록적인 2020년 시즌을 초과할 확률이 3배 증가함을 보여줍니다. 그러나 몇 년 동안 화재 활동이 잠잠했던 기간도 반쯤 정기적으로 발생할 것으로 예상됩니다. 2021년에서 2050년 사이의 약 3분의 1은 1991년에서 2020년 사이에 관찰된 연간 산불 면적 중앙값보다 더 적은 산불 면적을 가질 것으로 예상됩니다. 우리의 동적 모델은 과거 화재로 인해 연소할 수 없는 지역 L이 20세기에 걸쳐 감소했음을 시사하며, 잘 문서화된 화재 적자와 화재로 인한 식민지 이전 기준선에서 미국 서부 산림 전역의 산림 바이오매스 증가를 뒷받침합니다. L의 이러한 감소는 F에 대한 현대 산불 지역의 민감도를 높였습니다. 그러나 우리 모델은 최근 산불 지역의 증가가 L의 20세기 감소를 역전시켰음을 시사합니다. 광범위한 피드백 강도와 지속 시간을 포함하는 동적 모델은 산불 지역의 예상 증가 규모를 약간만 감소시킵니다. 약하고 중간 정도의 화재 연료 피드백을 갖는 동적 모델은 정적 모델에 의해 예측된 107% 증가와 비교하여 평균 연간 산불 면적이 각각 82~90% 및 63~75% 증가하는 것을 보여줍니다. 가장 강력한 불과 연료 음의 되먹임이 있는 동적 모델은 1991~2020년 관측과 비교하여 2021-2050년 동안 산불 지역이 46% 증가합니다. 산불 면적의 예상 증가는 L 증가를 촉진하여, 화상을 입을 수 있는 총 산림 면적을 점점 더 제한합니다. 동적 모델은 또한 정적 모델에 의해 예측된 것보다 작은 변화이기는 하지만 산불 지역의 연도별 변동성이 증가하고 2020년 화재 시즌을 초과하는 연도의 확률 증가를 보여줍니다. 마지막으로 미래 화재 통계에 대한 동적 산불 식생 피드백의 상대적 효과는 피드백, 매개변수 값 및 건조도 F를 측정하는 데 사용되는 지수 형태의 선택에 상대적으로 둔감합니다. 예를 들어, 약한 산불 피드백을 가정하는 L의 공식화는 다양한 대체 모델 매개변수화 및 입력에 걸쳐 정적 모델의 예측에 비해 미래의 산불 지역이 14~19% 감소합니다.