Assessing global change impacts on fire regimes in Mediterranean ecosystems

Abstract

Els règims d’incendis estan canviant o s’espera que ho facin sota la influència del canvi global, amb impactes potencialment adversos per als ecosistemes i la societat. L’objectiu principal d’aquesta tesis és incrementar el coneixement que tenim sobre els processos que influencien les dinàmiques del foc a gran escala, i integrar-los en eines de modelització que ens ajudin a predir els impactes del canvi global amb la intenció de dissenyar plans estratègics de gestió. L’aproximació que s’ha seguit es basa en desxifrar els mecanismes que governen diferents tipologies de patrons de propagació del foc i avaluar el dinamisme en l’activitat dels incendis. Un cop identificats, s’integren tots aquests factors en una eina de modelització del paisatge la qual permet estimar els impactes del futur canvi climàtic i de diferents estratègies de gestió sobre el règim d’incendis. Totes aquestes qüestions es testen a Catalunya, una regió Mediterrània (~32,000 km2) densament poblada i que afronta un període de gran incertesa davant del canvi global. Els resultats d’aquesta tesis proporcionen noves evidències dels processos subjacents que governen la dinàmica dels incendis a Catalunya. Amb l’ús de patrons de propagació d’incendis, una classificació àmpliament utilitzada en el món operatiu de l’extinció, he promogut un canvi de paradigma de com els processos ambientals són integrats en les avaluacions de paisatge, ja que els patrons de propagació de foc permeten explicar els mecanismes del règim d’incendis que operen a escala de paisatge. He trobat que la seva ocurrència i propagació depenen de diferents factors ambientals, i que els canvis futurs impactaran de manera idiosincràtica als diferents incendis. L’increment en l’acumulació de combustible degut a l’abandonament rural i unes temperatures més altes, han promogut en els anys 90 l’aparició de nous incendis ‘convectius’, caracteritzats per comportaments extrems. No obstant, els bombers han pogut controlar en l’última dècada els incendis associats a situacions càlides i seques, però no als associats a situacions de vent, fet que ha de servir com a base pels futurs plans de gestió. A més, en aquesta tesis també demostro que el paper de la meteorologia en l’activitat dels incendis és dinàmic: els incendis del passat poden crear períodes de temps on el principal factor limitant per a l’ocurrència d’incendis és la manca de combustible. Si es redueixen els incendis amb l’extinció, allò que realment s’està fent és dependre cada vegada més de fenòmens meteorològics altament incerts. Mitjançant l’anàlisi de les condicions climàtiques futures a Catalunya, també he trobat unes condicions climàtiques noves que podran induir a incendis extrems. Finalment, demostro que l’aplicació de plans de cremes prescrites amb quantitats raonables (15,000 ha/any) pot contrarestar els impactes negatius del foc associats al canvi climàtic i mantenir estats ecològics pre-definits. La gestió dels incendis, doncs, ha de canviar de l’era de l’extinció a l’era de la gestió del règim. Aquesta tesis proporciona evidències quantitatives per a aplicar polítiques de gestió d’incendis eficaces, les quals poden portar-nos cap a una coexistència sostenible amb el foc.

Fire regimes are changing or are expected to do so under global change, with potentially adverse impacts on ecosystems and societies. The main objective of this thesis is to gain a better understanding on the processes influencing fire dynamics at large scales, and to integrate them in modelling tools that help us to predict global change impacts and eventually design strategic management plans. The approach followed is based on disentangling the mechanisms driving different fire spread patterns and assessing the dynamism in fire activity. Then, I integrate these drivers in a landscape modelling tool that allows us to estimate the impact of future climate and fire management strategies on fire regimes. All these questions are tested in Catalonia, a highly dense populated Mediterranean region (~32,000 km2) that deals with a period of high uncertainty in the face of global change. The results of this thesis provide new evidence of the underpinning processes that drive wildfire dynamics in Catalonia. By using fire spread patterns, a common classification used by operational services, I have promoted a paradigm shift in how environmental processes are being integrated in landscape assessments, since fire spread patterns unravel fire regime mechanisms operating at these scales. I have found that they rely upon different environmental and anthropic factors, and that future changes will impact the different fires in idiosyncratic manners. Increasing fuel accumulation due to rural abandonment and hotter temperatures has promoted in the 90s the emergence of new ‘convective’ fires, characterized by extreme behaviors. However, fire suppression in the last decade has managed to control wildfires occurring under hot and dry situations, but not under windy ones, which provides key insights into how future planning needs to be conceived. In addition, this thesis also identifies the dynamic role of weather on fire regimes; past fires create time periods in which fuel-limitation becomes the main fire driver. Fire suppression is thus pushing the system towards weather-dependent, highly uncertain conditions. By analyzing future climate conditions in Catalonia, I have also found that novel climates may induce extreme wildfires. Finally, I show that the application of prescribed burning plans under reasonable efforts (~15,000 ha/year) can offset negative fire effects associated with climate change and maintain desired ecological states. All these results reveal that climate change, land-use changes, forest abandonment and fire suppression are simultaneously modifying fire regimes in Catalonia towards a critical situation, and that strategic management plans are needed to override extreme fire impacts associated with climate change. Fire management should shift from a ‘fire suppression’ era to a ‘fire regime management’ era. This thesis provides quantitative evidence to apply efficient science-based fire management policies that may eventually lead to a sustainable coexistence with fire.