大兴安岭林区火动态对气候变化的响应与适应性研究

Forest fire is the dominant disturbance regime in boreal forests in Daxing'anling region, and would be changed because of climate change. This project will use satellite remote sensing and ground survey methods to study the relationship between fire regime and climate change. The study will reveal the mechanism of the response of the fire regime to climate change for the region. A scientific assessment of fire risk for Daxing'anling region would be made under future climate scenarios. The research results of fuel accumulation process after fire and the increments of fire danger in the future would provide a scientific basis for adaptation technologies of fuel and fire management. . The study will focus on the dynamic changes of forest fire in past 50 years. The spatial distribution of fire scars for the region would be made base on satellite remote sensing data and forest fire documents. A fire dynamic model will be established base on the analysis of climate, vegetation, fire management capability, fire regime, and interaction of them. According to the regional climate model simulation results, the future fire regime will be predict for different climate scenarios and several scales of temperature increments for climate warming. The fuel management technologies for adaptation to the future climate will be proposed based on the analysis of fuel accumulated process and future fire regime increments. .The expected outcomes will provide maps of forest fires spatial distribution during 1986-2011 for Daxing'anling region, fuel map, fire dynamic models driven by climate, future fire regime under several climate scenarios, and fuel management techniques for climate adaptation.

本项目将针对大兴安岭林区火动态变化，利用卫星遥感、地面调查和统计分析方法，研究火动态与气候变化的关系，揭示火动态对气候变化的响应机制，科学评估该区域未来多气候情境下的森林火灾风险，为制定和实施林火管理适应技术提供科学依据。重点研究过去50年林火动态变化特征，基于多资源卫星遥感数据和林火档案分析林火空间分布格局，结合气候、火险、可燃物、林火管理能力等信息，建立气候-干扰-火动态模型，分析气候、植被和人为管理与火动态的相互作用规律；根据区域气候模型模拟结果，预测未来不同气候情景多增温尺度下的林火动态；基于可燃物变化和对未来林火动态增量的分析，提出可燃物管理适应技术。预期结果包括：提供大兴安岭林区1986-2011年林火空间分布图；可燃物分布图；气候-林火动态模型；未来多气候情景下林火动态增量变化；定量描述可燃物管理适应技术。

围绕“气候变化对大兴安岭林火的影响”这一科学问题，研究过去的气候、森林火险和林火动态的变化，预测未来不同气候情景下的森林火险变化。基于林火发生与蔓延机理，构建森林燃烧概率模型，定量评估气候变化对未来森林燃烧概率和火行为的影响。利用卫星遥感数据（1986-2011年）研究了大兴安岭林区历史过火区的空间分布格局，过火区主要分布在研究区北部和东部，火循环周期为75年。研究区的年过火面积与森林火险指数DMC（腐殖质湿度码）、ISI（初始蔓延速度）和FWI（火天气指数）存在显著的相关关系，FWI系统组分指数对森林火灾过火面积有较好的指示作用。根据气象观测数据和区域气候模型预测数据，分析了1961-2050年森林火险天气的变化。与基准时段（1971~2000）相比，四种气候情景（RCP2.6，RCP4.5，RCP6.0，RCP8.5）下2021~2050年研究区年均气温将增加2.02~2.65℃，年降水量增加25.4~40.3 mm。2021~2050年森林火险将增加显著，RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下森林火灾危险指数（SSR）将分别增加5.5%、16.2%、15.1%和17.2%，火险期长度分别增加3.3、5.6、5.6和5.7天。根据森林燃烧概率模型模拟了不同时段的林火动态变化，定量评估气候变化对大兴安岭地区林火动态的影响。与基准时段相比，2021~2050年RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5气候情景下燃烧概率平均增幅分别为-6.21%，7.71%，7.80% 和19.48%，燃烧概率增幅较大的区域主要分布在中南部。火烧强度、蔓延速度和树冠火比率都呈现小幅增加。通过对过火区可燃物载量与结构的调查和卫星遥感数据分析，研究了火后植被与可燃物的变化规律。火后6年草本可燃物载量增加，落叶层可燃物载量减少。火后NDVI总体呈上升趋势，并呈现明显的年际波动。森林重度火烧区的NDVI在火后第2年达到最低，轻度火烧区6年后NDVI基本恢复到火前水平。过火区dNDVI的变化约25%是由气象因子引起的，其他主要源于植被变化。