2018年11月,美国加利福尼亚州经历了历史上最严重的山火,其中北部山火“坎普”过火面积超过620平方公里,造成85人死亡,近300人失联。随后该地区又遭遇了暴雨。山火原本是自然过程的一部分,但是有研究发现,在全球气候变化的背景下,频繁山火过后,森林生态系统的恢复能力降低。加州的气候条件也将为山火发生创造有利条件。在这样严峻的形势下,科学家呼吁建立全球性的山火监测系统,实时收集数据,从而有效应对。
山火原本是自然过程的一部分,适当山火会促进森林代谢(例如枯落物养分的归还),也会促进一些物种的生存和更新以及一些松科植物种子的萌发。所以,由于其特有的生态效益和功能,适当的山火是有益的,所导致的生态系统破坏可以迅速恢复。树木更新能力是判断山火过后森林生态系统恢复能力的重要表征。树木更新成功与否主要取决于温度和干旱胁迫对树木苗期和幼树期的影响。
有研究发现,山火和山火过后的干旱气候交互作用效应会降低针叶林的再生长能力,可能会减缓森林生态系统恢复能力,进而会逐渐导致森林生态系统向耐受力强的灌木和草地生态系统或者优势树种转变。
在全球升温、干旱和极端天气影响下,增加的山火活动事件与这些因素交互作用给生态系统影响带来了的极大不确定性。近些年,有些科学家发现,在气候变化的背景下,频繁山火过后,森林生态系统的恢复能力降低。
Stevens-Rumann等对近几十年美国洛杉矶山脉52起山火事件1485样点的数据进行了分析,并以山火后树木更新能力作为森林恢复的关键表征,探索了气候变化下山火过后影响树木更新能力的主要因素,以及树木更新失败的影响机制。
这项研究发现,相比20世纪,在21世纪山火过后树木更新能力显著降低,而且不利的环境条件会延长林木的更新,或使森林类型向低密度的森林或非森林覆盖植被类型转变。
在研究的时间段内,年内气候条件呈更加温暖和干旱的趋势。其中,相比1985~1999年期间,2000~2015期间年内降水缺乏十分明显,这不利于山火过后树木再生长,进而降低了苗木的密度和树木更新的成功率。Stevens-Rumann等也认为,主要气候因素变化造成森林生态系统密度和范围的降低,这对当前和未来森林生态系统服务功能会产生重要的影响。
UCLA气候科学家预测,在本世纪末,加州将经历更多数量的极端降水和极端干旱的季节性天气。例如,经历了2012-2016年多年干旱,加州在2016-2017年冬季期间迅速经历极端降水事件,并发生了洪涝灾害。根据专家预测,加州年内降水变化未来可能还会呈现相似的变化,即年内的大部分降水主要集中于当年12月至次年3月期间。加州地区属于地中海气候区,生态系统极易受到极端干旱和极端降水天气之间急剧转换的影响。
这样的降水模式变化将使加州冬季变得更加湿润,其它季节更加干燥,这无疑将为未来山火发生创造了有利的条件。
在气候变化的背景下,如何了解和应对山火发生成为当前亟待解决的焦点问题。David Bowman认为,如果让人类在易发生山火区域附近生活,就需要一个全球系统实时收集山火动态变化的数据,这样才能做出有效的应对策略。卫星图片应用为研究和了解山火活动提供了有利的支持。
卫星图片分析表明,过去18年山火活动导致烧毁森林总面积已经降低,然而实际上,这主要是由于人为将部分易燃森林用地改为农田用地所造成的。另外,云层和森林的冠层也会遮挡山火,导致卫星图片上的不易识别,这说明预测山火的活动需要大量现场数据和气象数据配合。当前,可以提供山火活动数据的国家极少,而且可提供的数据的年份极为有限,这也成为当前山火研究所面临的重大挑战。
因此David Bowman认为,倡导全球性监测对理解山火影响机制和减少山火的损害极为重要。