DOI: https://doi.org/10.1038/s41558-024-02140-w
تاريخ النشر: 2024-10-21
المؤلف: Chantelle Burton وآخرون
الموضوع الرئيسي: آثار الحرائق على النظم البيئية
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على الزيادة الكبيرة في متوسط درجة الحرارة العالمية، التي ارتفعت بمقدار 1.2 درجة مئوية فوق مستويات ما قبل الصناعة، وعلاقتها بتغير أنظمة الحرائق في جميع أنحاء العالم. ومن الجدير بالذكر أن مناطق مثل كاليفورنيا، وسيرادو البرازيل، وكندا، وسيبيريا قد شهدت حرائق أكبر وأكثر تكرارًا، حيث تمثل موجة الحر السيبيري في عام 2020 أحداث الحرائق الشديدة المرتبطة بشكل متزايد بتغير المناخ. وعلى العكس من ذلك، شهدت بعض المناطق انخفاضًا في نشاط الحرائق بسبب تغييرات استخدام الأراضي وكبح الحرائق، مما أدى إلى انخفاض عام في المساحة المحترقة عالميًا. تتعقد مسألة نسب التغيرات في المساحة المحترقة إلى تغير المناخ بسبب تداخل عوامل مختلفة، بما في ذلك أحوال الطقس المتعلقة بالحرائق، وتوافر الوقود، وإدارة الأراضي، والأنشطة البشرية.
تشدد الورقة على الحاجة إلى فهم شامل لكيفية تأثير تغير المناخ على أنظمة الحرائق، حيث لا يزال المساهمة الإجمالية لتغير المناخ في أنماط الحرائق العالمية الحالية غير محددة. بينما يشير تقرير الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC AR6) إلى زيادة محتملة في أحوال الطقس المتعلقة بالحرائق بسبب تغير المناخ الناتج عن الأنشطة البشرية، تبرز دراسات أخرى انخفاضًا في إجمالي المساحة المحترقة نتيجة تغييرات استخدام الأراضي. يقترح المؤلفون استخدام إطار عمل “نسبة التأثير” لفصل آثار تغير المناخ عن العوامل الأخرى، باستخدام محاكاة تاريخية مع نماذج ديناميكية للنباتات والحرائق لتقييم المساهمات النسبية للتغيرات المناخية الملحوظة والعوامل البشرية في التغيرات التاريخية للمساحة المحترقة. تهدف هذه التحليلات إلى توضيح العلاقة بين تغير المناخ وديناميات الحرائق، خاصة خلال الفترة التاريخية الحديثة من 2003 إلى 2019.
الطرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون طرق التقييم المستخدمة لتقييم أداء سبعة نماذج للحرائق في محاكاة التغيرات في المساحة المحترقة من 2003 إلى 2019. المقياس الرئيسي المستخدم للتقييم هو الخطأ المتوسط المعياري (NME)، وبالتحديد NME 1 وNME 3، والتي يوصى بها إطار عمل تقييم FireMIP لمقارنة المتغيرات غير الطبيعية مثل المساحة المحترقة. يقوم NME 1 بت quantifying الفرق المطلق المتوسط الموزون حسب المساحة بين المساحات المحترقة المرصودة والمحاكاة، مع تطبيعها حسب متوسط التغير في الملاحظات. تزيل هذه الطريقة بشكل فعال التحيز المتوسط والتباين المطلق، مما يسمح بتقييم مركز على قدرات النماذج في محاكاة المناطق ذات مستويات متفاوتة من المساحة المحترقة.
بالإضافة إلى ذلك، يقدم المؤلفون مقياس “NME الزمني” (NME_t)، الذي يقيم أداء النماذج على مر الزمن من خلال جمع البيانات المكانية لكل منطقة وحساب NME على سلسلة الزمن الناتجة. يهدف هذا المقياس إلى عكس قدرة النماذج على تمثيل التباينات الإقليمية في المساحة المحترقة المتأثرة بتغيرات المناخ. يتضمن التقييم أيضًا نموذجًا فارغًا تم إعادة عيّنته عشوائيًا للمقارنة ويستخدم تحليل توزيع الاحتمالات وتحليل الكوانتيل-كوانتيل لتقييم قدرة النماذج على إعادة إنتاج التوزيع الزمني للمساحات المحترقة، بما في ذلك القيم المنخفضة والمتوسطة والقصوى. بشكل عام، تشير درجات NME المنخفضة إلى تطابق أقرب بين الملاحظات والمحاكاة، مما يوفر إطارًا شاملاً لتقييم النماذج.
النتائج
تشير نتائج التقييم إلى أنه على الرغم من عدم تحقيق أي نموذج واحد توافقًا مثاليًا مع البيانات المرصودة، إلا أن مجموعة النماذج تلتقط بشكل جماعي أنماطًا مكانية كبيرة وشذوذات زمنية نسبية عبر معظم المناطق التي حددتها الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC). ومن الجدير بالذكر أن عدة نماذج تمثل بشكل فعال معظم الاتجاهات الإقليمية. ومع ذلك، تظهر النماذج أداءً دون المستوى الأمثل في مناطق معينة، لا سيما شبه الجزيرة العربية (ARP)، وغرب ووسط أوروبا (WCE)، وجنوب غرب أمريكا الجنوبية (SWS)، وجنوب أستراليا (SAU)، ونيوزيلندا (NZ).
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التأثير الكبير لتغير المناخ على أنماط المساحة المحترقة العالمية، حيث تكشف عن زيادة بنسبة 15.8% في المساحة المحترقة من 2003 إلى 2019 بسبب تغير المناخ، إلى جانب ارتفاع بنسبة 22% في احتمال تجربة مساحة محترقة فوق المتوسط خلال هذه الفترة. تستخدم الدراسة نهج مجموعة نماذج متعددة مرجحة لتقييم التباينات الإقليمية، محددة زيادات كبيرة في المساحة المحترقة عبر مناطق مختلفة، لا سيما في شمال أستراليا، وجنوب شرق أمريكا الجنوبية، وغرب سيبيريا، وغرب أمريكا الشمالية، حيث تتراوح الزيادات بين 14.9% و28.9%. تؤكد النتائج أنه بينما ساهمت القوى البشرية المباشرة (DHF) في انخفاض عالمي في المساحة المحترقة بنسبة 19.1%، فإن آثارها المخففة أقل وضوحًا خلال الأشهر ذات النشاط الحراري العالي، حيث يصبح تأثير تغير المناخ أكثر هيمنة.
تشير الأبحاث أيضًا إلى اتجاه مقلق: تسارع مساهمة تغير المناخ في المساحة المحترقة، مع زيادة عالمية قدرها 0.22% سنويًا. هذا الاتجاه ملحوظ بشكل خاص في وسط أستراليا، حيث تصل النسبة إلى 3.04% سنويًا. تؤكد الدراسة على الحاجة الملحة لتقليل انبعاثات غازات الدفيئة واستراتيجيات إدارة الحرائق الفعالة للتخفيف من الآثار المتزايدة لتغير المناخ على ديناميات الحرائق، والأنظمة البيئية، وسبل عيش البشر. تشير النتائج إلى أنه بينما كانت العوامل الاجتماعية والاقتصادية تاريخيًا قد خففت من آثار تغير المناخ على المساحة المحترقة، فإن القوة المتزايدة لإشارة تغير المناخ قد تؤدي إلى تأثيرات حرائق أكثر شدة في المستقبل، مما يتطلب نهجًا مزدوجًا من التخفيف والتكيف في ممارسات إدارة الأراضي والحرائق.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41558-024-02140-w
Publication Date: 2024-10-21
Author(s): Chantelle Burton et al.
Primary Topic: Fire effects on ecosystems
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant increase in global mean temperature, which has risen by 1.2°C above pre-industrial levels, and its correlation with changing fire regimes worldwide. Notably, regions such as California, Brazil’s Cerrado, Canada, and Siberia have experienced larger and more frequent fires, with the 2020 Siberian heatwave exemplifying the extreme fire events increasingly linked to climate change. Conversely, some areas have seen reduced fire activity due to land-use changes and fire suppression, leading to an overall decline in global burned area. The complexity of attributing changes in burned area to climate change is underscored by the interplay of various factors, including fire weather, fuel availability, land management, and human activities.
The paper emphasizes the need for a comprehensive understanding of how climate change influences fire regimes, as the overall contribution of climate change to current global fire patterns remains unquantified. While the IPCC AR6 indicates a likely increase in fire weather due to anthropogenic climate change, other studies highlight a decline in total burned area driven by land-use changes. The authors propose using an ‘impact attribution’ framework to disentangle the effects of climate change from other drivers, employing historical simulations with dynamic fire-vegetation models to assess the relative contributions of observed climate changes and human factors to historical burned area changes. This analysis aims to clarify the relationship between climate change and fire dynamics, particularly during the recent historical period from 2003 to 2019.
Methods
In this section, the authors outline the evaluation methods employed to assess the performance of seven fire models in simulating burned area changes from 2003 to 2019. The primary metric used for evaluation is the Normalised Mean Error (NME), specifically NME 1 and NME 3, which are recommended by the FireMIP benchmarking framework for comparing non-normal variables like burned area. NME 1 quantifies the area-weighted absolute mean difference between observed and simulated burned areas, normalized by the mean variation in observations. This approach effectively removes mean bias and absolute variance, allowing for a focused assessment of the models’ abilities to simulate regions with varying levels of burned area.
Additionally, the authors introduce a ‘temporal NME’ (NME_t) metric, which evaluates the models’ performance over time by summing spatial data per region and calculating NME on the resulting time series. This metric aims to reflect the models’ capacity to represent regional variations in burned area influenced by changing climate conditions. The evaluation also incorporates a randomly-resampled null model for comparison and employs probability distribution and quantile-quantile analysis to assess the models’ ability to reproduce the temporal distribution of burned areas, including low, average, and extreme values. Overall, lower NME scores indicate a closer match between observations and simulations, providing a comprehensive framework for model assessment.
Results
The evaluation results indicate that while no single model achieves perfect alignment with observed data, the ensemble of models collectively captures significant spatial patterns and relative temporal anomalies across most regions identified by the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC). Notably, multiple models effectively represent the majority of regional trends. However, the models exhibit suboptimal performance in specific areas, particularly the Arabian Peninsula (ARP), West and Central Europe (WCE), South-West South America (SWS), South Australia (SAU), and New Zealand (NZ).
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the significant impact of climate change on global burned area patterns, revealing a 15.8% increase in burned area from 2003 to 2019 due to climate change, alongside a 22% rise in the probability of experiencing above-average burned area during this period. The study employs a weighted multi-model ensemble approach to assess regional variations, identifying substantial increases in burned area across various regions, particularly in Northern Australia, South-Eastern South America, West Siberia, and Western North America, where increases range from 14.9% to 28.9%. The findings underscore that while direct human forcings (DHF) have contributed to a global decrease in burned area by 19.1%, their mitigating effects are less pronounced during months of higher fire activity, where climate change’s influence becomes more dominant.
The research also indicates a concerning trend: the contribution of climate change to burned area is accelerating, with a global increase of 0.22% per year. This trend is particularly pronounced in Central Australia, where the rate reaches 3.04% per year. The study emphasizes the need for urgent greenhouse gas emission reductions and effective fire management strategies to mitigate the escalating impacts of climate change on fire dynamics, ecosystems, and human livelihoods. The results suggest that while socio-economic factors have historically moderated the effects of climate change on burned area, the increasing strength of the climate change signal may lead to more severe fire impacts in the future, necessitating a dual approach of mitigation and adaptation in land and fire management practices.