The management of fire complexity at the edge of criticality

Abstract

Fire regimes are changing under the influence of global change. On the European continent, landscape memory in the 21st century is dominated by an accumulation of forest fuel and irrupted by a progressive climatic forcing that generates a latitudinal and altitudinal escalation of wildfire generations. Catalonia, and especially the mountain areas, is located within these pyro-climatic niches where the gradients of productivity-aridity are in a situation of remarkable vulnerability. Fires in these impact areas are expected to play an ecological role of renewal with no precedents in recent history, at the expense of a high socio-ecological severity in the short-medium term, though.

In the first block, the thesis analyses the probability distributions of burned areas at different space-time scales in order to better understand the statistical nature of fires in Catalonia in recent history. In line with other existing publications, the analysis demonstrates the positive impact of the fire prevention and extinction system, with a significant reduction of the potential of large fires since the beginning of the 21st century. At the same time, the analysis also shows an arched back effect in the middle range of the probability distributions, as well as a more sustained correlation in the lower range of fires, since there is a better field data collection. The analysis focuses on different space-time aggregates in Catalonia, paying special attention to the Pyrenees region.

In the second block, the research effort focuses on the synthesis of a case study. Knowledge of basic research is used, previously available tools for modelling the dynamics of the landscape are adapted, and new parameters are proposed such as the ecological fire flow. Although the case study responds to a demand from the government of Aran to promote a program of prescribed burns, it is above all an explicit proposal of the Catalan Fire and Rescue Services to prototype fire management in the Pyrenees including the lessons of the community of experts as well as the concerns of public and private managers in a context of global change. The synthesis consists in integrating tactical expertise and scientific knowledge to provide a technically viable alternative (project design and project management) which in turn offers an Aran-sized modelling tool capable of integrating succession dynamics, fire regime, climatic scenarios and different alternatives of response / management, as well as of quantifying the impacts on key environmental vectors such as habitat diversity and effects on protective forests, among others.

The thesis demonstrates the potential benefit of positive fire selection from the statistical analysis of the historical fire regime (the hammer effect) and the virtual experimentation (MEDFIRE Aran). On this basis, it proposes a framework of action (the pyro-sustainability) specifically adapted to the size of Aran territory which allows to deploy strategies for both the extinction and reduction of the high severity, and the use prescribed in formed burns and fire management in pre-agreed and pre-planned spaces. The general aim here is to break with the paradox of extinction and to align the resilience of the landscape with the changing climatic conditions in the medium-long term. Many scientific contributions conclude the need to change from the era of extinction to the era of regime management. The thesis precisely provides an effective methodology for sustainable coexistence with fire, applicable to the Pyrenees and other mountain massifs, which would prevent these large biodiversity pools from being left to the chance of extreme weather.

Els règims de foc estant canviant sota la influència del canvi global. En el continent europeu, la memòria de paisatge en ple segle XXI està dominada per una acumulació del combustible forestal, i irrompuda per un forçament climàtic progressiu que genera un escalada latitudinal i altitudinal de les generacions d’incendi. Catalunya, i especialment les zones de muntanya, està dins d’aquests nínxols piro-climàtics on els gradients de productivitat-aridesa estan en una situació notablement vulnerable. Els incendis en aquestes zones d’impacte es preveu juguin un paper ecològic de renovació sense precedents en la història recent, a costa però d’una alta severitat socioecològica a curt-mig termini. En un primer bloc, la tesi analitza les distribucions de probabilitat d’àrees cremades a diferents escales espai-temps per tal de conèixer millor la naturalesa estadística dels incendis de Catalunya en la història recent. En la línia d’altres publicacions ja existents, l’anàlisi demostra la incidència positiva del sistema de prevenció i extinció d’incendis, havent reduït significativament el potencial dels grans incendis des de l’inici del segle XXI. Alhora, demostra també com es produeix un arqueig en les distribucions de probabilitat en la franja mitja, així com també una correlació més sostinguda en la franja baixa d’incendis. L’anàlisi es centra en diferents agregats espai-temps de Catalunya, i posa una atenció especial als Pirineus per ser la zona on es preveu una alteració major dels nínxols piro-climàtics i d’escalada de generacions d’incendi. En un segon bloc, l’esforç de recerca se centra en la síntesi d’un cas d’estudi. S’aprofiten coneixements de la recerca bàsica, s’adapten eines ja disponibles de modelització de la dinàmica del paisatge, i es proposen nous paràmetres com el cabal ecològic de foc. El cas d’estudi respon a una demanda del govern de l’Aran per impulsar un programa de cremes prescrites però sobretot, és una proposta explícita del Cos de Bombers de la Generalitat per prototipar la gestió d’incendis en massissos de muntanya incloent els aprenentatges de la comunitat d’experts, així com les inquietuds dels gestors públics i privats en un context de canvi global. La síntesi consisteix en integrar expertesa tàctica i coneixement científic per proveir una alternativa tècnicament viable, oferint també una eina de modelització a mida de l’Aran capaç d’integrar dinàmiques de successió, règim d’incendis, escenaris climàtics i diferents alternatives de resposta/gestió així com capaç de quantificar impactes sobre vectors ambientals clau com la diversitat d’hàbitats, l’afectació de boscos protectors, entre altres. La tesi demostra el benefici potencial de la selecció positiva del foc a partir de l’anàlisi estadístic del règim d’incendis històric (the hammer effect) i de l’experimentació virtual (MEDFIRE Aran). A partir d’això proposa un marc d’acció (la piro-sostenibilitat) dissenyat a mida de l’Aran, capaç de desplegar estratègies tant per l’extinció i reducció de l’alta severitat, com també per a l’ús prescrit en format cremes i de gestió d’incendis en espais pre-consensuats i pre-planificats, tot plegat amb l’objectiu de trencar amb la paradoxa de l’extinció i alinear a mig-llarg termini la resiliència del paisatge davant les condicions climàtiques canviants. Són nombroses les aportacions científiques que conclouen la necessitat de canviar de l’era de l’extinció a l’era de la gestió del règim, i en aquest sentit la tesi proporciona precisament una metodologia efectiva per la coexistència sostenible amb el foc, fent-la adaptable a escala Pirineus i en altres massissos de muntanya, i evitant d’aquesta manera deixar aquests grans espais de biodiversitat abocats a l’atzar de la meteorologia extrema.