パイロジオグラフィー

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パイロジオグラフィーは、山火事の過去、現在、および予測される分布に関する研究です原野火災は、気候、植生、地形、および着火源の特定の条件下で発生し、独自の生物地理学、または空間と時間のパターンを持っています。[1] [2]この用語の最も初期の公開された証拠は 1990 年代半ばにあるようであり、その意味は主に火災のマッピングに関連していた[3] [4]現在のパイロジオグラフィーの理解は、2000 年代に生物地理学火災生態学、火災の発生、植生被覆、および気候の地球規模のデータセットの利用可能性によって促進されます。パイロジオグラフィーはまた、生物学、地球物理学的環境、および火に対する社会および文化的影響の分岐点に置かれています。[5]

パイロジオグラフィーは、生態学的ニッチ概念のフレームワークを使用して、火の環境制御を評価することがよくあります。火災活動を促進するために環境要因がどのように相互作用するかを調べることにより、パイロ地理学者は、新しい条件下で予想される火災の挙動を予測できます。パイロジオグラフィック研究は、世界中のさまざまな地域の土地管理政策に貢献し、情報を提供しています。

火災の空間パターンとその主な制御: 植生の種類、気候、発火
2008年の火災パターン
緑の季節サイクル (NDVI インデックス)。
1995 年 4 月から 2003 年 2 月までの落雷/km2/年

コンセプト

パイロジオグラフィ フレームワーク

パイロジオグラフィーで使用されるフレームワークの下には、世界中の火災体制を制御する 3 つの基本的なカテゴリがあります。消費可能なリソース、点火、大気条件です。3 つの要因のそれぞれは、空間と時間によって変化し、さまざまな火災体制の種類を引き起こし、作成します。火は、これら 3 つの要素が交差した結果です。

  • 消費資源- この用語は、山火事で燃料源として消費される植生を指します。植生の種類によって、生産性、構造、および可燃性が異なる可能性があり、その変動性によってさまざまな種類の火災の挙動や強度が生じます。
  • 点火- 火は、点火源の利用可能性によって部分的に制御されます。火災の主な着火源には、自然と人為の 2 つがあります。これら 2 つの情報源の重要性は、地域によって異なります。
    • 自然発火: 自然発火の主な形態は稲妻ですが、他の発火源 (火山活動など) によって火災が発生する場合もあります。[6]
    • 人為的着火: 人間は、意図的または非意図的に火災を引き起こします。
  • 大気条件- 気象条件は、地域が火災を助長するかどうかを判断できます。高温、乾燥、および/または風の強い天候は火災の可能性を高めますが、湿った寒冷条件は火災の発生確率を低下させる可能性があります。

時間と空間にわたってこのフレームワークを調べて定量化することにより、パイロ地理学者は、異なる地域または期間における火災体制の違いを調べることができます。

火の変数

2021 年 7 月、カリフォルニア州ロサンゼルス近郊のタンブルウィード火災で燃えた大量のブラシ

火災が発生するには、いくつかの変数を満たす必要があり、そのすべてが自然要因と人的要因の両方に影響されます。各変数の空間的および時間的特性により、グローバルな火災の挙動はモデル化する複雑で流動的なシステムであり、気候や植生だけでは予測できません。

風速

風速は、延焼速度の原動力であり、火災が風景の中を移動する速さです。場所の季節、天候、地形、土地被覆の影響を受けます。風速は、人為的な気候変動や土地利用の変化による人間活動の影響を受けます。

燃料の連続性

燃料の連続性は、燃料ベッド内の燃料粒子の分布であり、燃焼と拡散を維持する火の能力に影響を与えます。地形の種類、水域の存在、季節性、植生の種類/年齢の影響を受けます。継続性に対する人間の影響には、人為的な燃料遮断 (道路、消火戦術)、生息地の分断化、種の移動、および土地管理方法 (パッチ バーン、「スラッシュ アンド バーン」など) が含まれます。

燃料搭載量

燃料負荷は、単位面積あたりの利用可能な燃料の量です。燃焼時に単位面積あたりに発生する熱エネルギー量で定義することもできます。自然の影響には、植生の種類/被覆、自然撹乱の存在 (昆虫の発生、風害など)、草食性、土壌肥沃度、および季節性が含まれます。人間の影響には、放牧、伐採、抑制戦術、燃料処理 (予防措置)、および森林伐採や農業開発などの土地利用の変化が含まれます。

燃料水分

燃料の水分は、燃料内の水の量の尺度であり、その燃料の乾燥重量のパーセントとして表されます。燃料の水分は、風の活動、季節、降雨量、相対湿度、気温、および土壌水分の影響を受けます。人間の影響には、人為的な気候変動や土地管理活動 (伐採、放牧、野焼き) が含まれます。[7]

点火

着火は、自然または人為的のいずれかです。自然発火は一般に落雷に限定されますが、火山活動やその他の発生源が観察されています。人為的な火災には、意図的なもの (放火、燃料管理方法) と非意図的なものがあります。着火に影響を与える自然要因には、稲妻、火山、季節性などがあります。人間の影響には、人口規模、土地管理、道路網、放火などがあります。

方法論

パイロジオグラファーは、火の分布を研究するためにさまざまな方法を使用します。宇宙全体で火災を研究するために、パイロ地理学者は火災活動の空間データを使用します。これは、観測、衛星画像、火災の歴史的証拠など、いくつかの形式で提供される場合があります。[6]フィールドとしてのパイロジオグラフィーの出現は、衛星画像の利用可能性と密接に関連しています。衛星データが広く利用できるようになった 1970 年代後半以降、火災活動の季節的および地理的パターンが調査されるようになり、この分野の発展につながりました。

火災観測データ

火災発生の観測は、パイロジオグラフィーにおける重要なデータです。火災の発生に関する情報は、歴史的および現在のさまざまな情報源から入手できます。歴史的な火災観測データは、年輪年代学 (年輪の火災記録) またはその他の書面による歴史的記録から得られることがよくあります。現代の火災観測は衛星で行われることが多く、航空写真を使用して、科学者は火災の活動と燃えた地域のサイズを調べることができます。どちらの形式の火災観測データも、火災の分布を調べるために重要です。

空間分布モデル

空間分布モデルは、火災と環境要因の間の経験的関係を説明するために、パイロジオグラフィーで使用されます。これらのモデルを構築して実行するために使用される統計手法は多数あります。ほとんどのモデルは、さまざまな独立変数 (この場合は、地形や降水量などの空間環境勾配) と比較したマッピングされた火災観測で構成されています。これらの 2 つのコンポーネントを組み合わせることで、仮説を評価したり、仮説に異議を唱えたりするために使用できる火災確率の統計モデルが生成されます。使用される変数には、純一次生産性などのものが含まれます(NPP)、年間降水量、気温または土壌水分。モデルは、火災観測データが不完全または偏っている可能性のある地域全体で使用できるため、パイロジオグラフィーにとって特に重要です。信頼性の高いモデルを使用して、データや観測がほとんどない地域の状況を予測または予測できます。[8]

気候と山火事の関係

おそらく、パイロジオグラフィーにおける最も重要で包括的な関係は、焼失面積と純一次生産性との間の関係です。[7] [9]

正味一次生産性が低い場所では、火が燃えるのに必要な火の変数が存在しません。たとえば、砂漠は乾燥した気候のため NPP が非常に低く、火災を維持するのに十分な燃料負荷が蓄積されません。

一方、正味一次生産性が非常に高い地域は、一般に、熱帯の多湿の気候パターンによって制約されます。これは、一次生産性が非常に高い 熱帯雨林などの場所で見られますが、燃料を乾燥させるために必要な気象条件は存在しません.

それは、正味一次生産性が中間レベルであり、定期的に火災が発生する燃料負荷を維持する季節的パターンを持つ気候を持つ地域です。熱帯のサバンナは、これらの条件の明確な例であり、高温多湿の生育期の後に乾燥期が続き、燃料が乾燥して火災が発生します。これらのサバンナは、地球上で最も広範囲に広がる可燃性環境です。

NPP と焼失面積との関係の例は、米国西部で見られます。ここでは、NPP が高い密集した針葉樹林では、林立を取り替える火災がまれに発生し、より乾燥した松林とチャパラルの低木地帯では、平均して 10 年間隔で火災が発生し、草原の低木地帯では火災が発生します。 、少なくとも歴史的に、数十年以上の間隔で。

火災の拡大に対する人間の影響

密集した森林 (例えば、熱帯雨林) では、土地利用の変化と森林伐採により、森林のキャノピーが開き、湿度と地表燃料の燃料水分が減少し、さもなければ稲妻の少ない乾燥した時期に対象を絞った点火が行われるため、山火事のリスクが急激に増加します。これは、大規模な森林伐採と土地利用の変化により、広大な熱帯雨林の景観が変化し、火災に対して脆弱になったアマゾン盆地とインドネシアで明確に実証されています. [10]熱帯雨林では、森林の喪失、断片化、および火災の間の正のフィードバック ループがますます火災を助長する条件を提供するため、火災の発生がはるかに頻繁になっています。大規模な森林伐採により、アマゾンの降水量は最大で 20% 減少する可能性があると推定されています。[11]

侵入種はまた、燃料の種類と燃料負荷の変化に劇的な影響を与える可能性があり、それによって火の量が増減します。

パイロジオグラフィーの応用

リスク管理

パイロジオグラフィーは、火災が発生しやすい地域での開発努力と景観管理を知らせるためにも使用されます。頻繁にまたは激しく燃える地域 (カリフォルニア州の一部など) への郊外や近隣の拡大は、住宅所有者がその地域で広がるまたは始まる山火事のリスクの増大に直面することを意味します。パイロジオグラフィーを使用して、地主やコミュニティを教育または知らせるために、火災危険のマップを作成できます。これらのマップは、どの地域が最も激しい火事になりやすいかを示している可能性があります。土地所有者と開発者は、その情報を使用して、避難戦略を計画したり、特定の地域での建物を避けることができます。火災のリスクを軽減できるその他のポリシーがあります。[12]

土地管理

パイロ地理法による火災分布のモデル化は、土地管理に情報を提供するのに役立ちます。火災の分布モデルは、実際の土地管理慣行を評価するために使用され、特定の慣行 (燃料の処理や除去など) が効果的に機能しているか、予測どおりに機能しているかを判断するために使用できます。この一例は、カリフォルニア州のセントラル バレー北部にあります。この地域では、農業のために 1 世紀以上にわたって火災が抑制されてきましたが、空間分布モデルによると、過去には火災がより頻繁に発生していた可能性があります。土地管理者、土地所有者、政策立案者は、鎮火によってその地域の火災の自然発生頻度が変化したこと (したがって、おそらく景観が変化したこと) を知ることで、現在進行中の自然回復の取り組みを知らせることができます。[8]

他分野との関係

古生態学

地域の火災履歴を再構築することは、その気候条件と生態系を決定するのに非常に役立ちます。過去の火災体制に関する知識は、地球化学、年輪分析、木炭、文書、考古学から得られます。[13]各データ ソースには長所と短所があります。古生態学の目的で、湖と土壌コアのサンプルからの木炭データは、数千年前の情報を提供し、植生と気候に対する火災体制の関係に基づいて正確な気候の再構築を可能にします。[14]木炭は、最初にコアサンプルの堆積物から抽出または洗浄する必要があります。それを皿にのせて顕微鏡で数えます。堆積層の木炭数がグラフにプロットされ、いつ、どの程度の強度で火災が発生したかが示されます。炭が最も多く見られる最高峰は、より激しい火に対応します。異なる生態系は、気候要因と存在する植生の種類により、火災の影響を受けやすくなります. 存在する火と植生の間のこの関係は、発見された木炭の量と種類に基づいて、当時の気候について推測するために使用されます。植生の種類が異なれば、異なる木炭が残ります。古生態学者の仕事は、存在する木炭の量と種類を数えて決定することです。[15]これらのカウントは、後で他のデータ ソースと組み合わせて調査および分析されます。これにより、遠い過去の気候を再現するための代理として火を使用することができます。火災の影響は、着火時の損失などのプロセスを使用して見ることができます土壌化学を分析して、火災の結果としてのミネラルと炭素の割合の変化を判断します。履歴データにより、火災の発生源または原因が明らかになる場合があります。花粉データは、火災の前後に存在する植物種に関する情報を提供します。火災によって誘発された土壌の磁気に対する感受性は、記録された歴史[16]よりも前の火災体制の特徴を明らかにし、土壌形成時の火災体制への洞察を提供します。これらのプロキシはすべて、調査対象地域のエコシステムの構築に役立ちます。

考古学

火は、 40 万年から 30 万年前の間に、多くのHominina集団にとって通常の技術になりました。人間は何十万年もの間、火と関わりを持ってきました。人間は、発火源を提供するよりも多くの方法でパイロジオグラフィック フレームワークに影響を与えます。私たちの行動や行動は、植生、気候を変化させ、雷の発火を抑制し、火災の体制に大きな影響を与える可能性があります。[17]

も参照

参考文献

  1. ^ Krawchuk MA、Moritz MA、Parisien MA、Van Dorn J、Hayhoe K (2009 年 4 月). 「地球規模のパイロジオグラフィー:山火事の現在および将来の分布」 . プロスワン4 (4): e5102。Bibcode : 2009PLoSO...4.5102K . ドイ: 10.1371/journal.pone.0005102 . PMC  2662419 . PMID  19352494
  2. ^ Krawchuk MA、Moritz MA (2014 年 7 月). 「燃焼の問題: 環境変化の評価を知らせるための地球規模の火災データの統計分析」. 環境測定学25 (6): 472–481. ドイ: 10.1002/env.2287 . ISSN 1180-4009S2CID 117838440 .  
  3. ^ サニコフ SN (1994). 「エゾマツの自然再生の進化的パイロエコロジーとパイロジオグラフィー」 . 森林火災研究の議事録: 961–968.
  4. ^ ユル SR (1999 年 6 月)。Gottfried GJ、Eskew LG、Curtin CG、Edminster CB (編)。「グレーター ボーダーランズにおけるリモート センシング火災研究」(PDF) . マルパイ国境地帯における統合研究、土地管理、および生態系保護に向けて: 会議の概要。USDA 森林局議事録: 88–92。RMRS-P-10。
  5. ^ Bowman DM、O'Brien JA、Goldammer JG (2013 年 10 月). 「パイロジオグラフィーと持続可能な火災管理のための世界的な探求」 . 環境と資源の年次レビュー38 (1): 57–80. ドイ: 10.1146/annurev-environ-082212-134049 . ISSN 1543-5938 
  6. ^ a b Tobin M (2013 年 6 月 5 日)。「山火事発火の傾向: 人間対雷 - EcoWest」 . エコウエスト201712月1日閲覧。
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  9. ^ Krawchuk MA、Moritz MA (2011 年 1 月). 「グローバルな火災活動の制約は、リソースの勾配によって異なります」. エコロジー92 (1): 121–132. ドイ: 10.1890/09-1843.1 . PMID 21560682 
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  16. ^ Jordanova、Neli、編。(2017)。「第 8 章 - さまざまな土壌タイプの特性評価のための土壌磁性の識別力」 . 土壌磁気アカデミックプレス。pp.349–365。ドイ: 10.1016/B978-0-12-809239-2.00008-5 . ISBN 978-0-12-809239-2.
  17. ^ Roos CI, Bowman DM, Balch JK, Artaxo P, Bond WJ, Cochrane M, et al. (2014 年 4 月)。「パイロジオグラフィー、歴史的生態学、および火の体制の人間的側面」 . 生物地理学のジャーナル41 (4): 833–836. ドイ: 10.1111/jbi.12285 . ISSN 1365-2699S2CID 83822229 .