研究，一部分的特别功能美国俄勒冈州易火景观的适应:政策、管理、野火和社会网络的相互作用

美国俄勒冈州中部模拟野火、森林管理和森林演替的时空动态

• 摘要
• 简介
• 方法
  • 研究区域
  • 想象的概述
  • 植被演替
  • 野火
  • 森林管理分配器
  • 仿真设计
  • 分析输出
• 结果
  • 燃烧区域分析
  • 火灾事件分析
  • 治疗目标和可获得性
• 讨论
  • 模型的局限性
• 结论
• 对本文的回应
• 致谢
• 文献引用

介绍

在过去30年里，美国西部观察到火灾数量、燃烧面积和火灾季节的长度急剧增加，而在20世纪中后期的大部分时间里，火灾活动较低(Littell等人2009年，Jolly等人2015年，Westerling 2016年)。先前的研究表明，近期火灾活动的增加与气候之间存在耦合(Littell等人2009年，Marlon等人2012年，Abatzoglou和Kolden 2013年，Westerling 2016年);然而，对于太平洋西北地区(PNW)生物质燃烧的长期历史记录表明，气候本身不能解释燃烧面积的时间变化(Heyerdahl等人2002年，Hessl等人2004年，Marlon等人2012年)。在对火灾活动缺乏强有力的气候控制的情况下，对烧毁面积随时间波动的一个常见解释是人为引起的土地覆盖变化。Heyerdahl等人(2002)解释说，20世纪前几十年燃烧面积的减少是由于欧洲定居时期家养牲畜数量的增加，导致燃料低而稀疏的结果。在这一时期之后，20世纪30年代末出台了强有力的灭火政策，禁止在适合防火的景观上生火，这一政策至今仍有效。因此，最近太平洋西北部火灾活动的增加可能是人类活动造成的燃料积累的结果，加上干旱和温暖期的开始(Mote 2003, Brown et al. 2004, Westerling et al. 2006, Jolly et al. 2015)，这与气候变化影响的开始(Abatzoglou et al. 2014)是同步的。beplay竞技尽管火灾数量和烧毁面积有所增加，但火灾严重程度的当代趋势以及它们与历史趋势的对比仍然是一个有争议的主题(Hessburg等人，2005年，2007年，Noss等人，2006年，Miller等人，2009年，Odion等人，2014年，2016年，Sherriff等人，2014年，Baker 2015年，Stevens等，2016年)。减少火灾严重程度是恢复计划的目标之一(美国国会2003年)，但如果该目标是根据有偏见的历史基线估计的，恢复目标可能无法实现。抛开高烈度火灾在美国西部历史火灾制度中的相对作用，太平洋西北部的无火森林现在有相对较高的燃料负载(Hessburg等人2005年，Thompson和Spies 2009年，Merschel等人2014年)。 This means that holding all other factors constant, these forests are more likely to burn with high severity than in the past, even if they only burn under severe weather conditions (Weatherspoon et al. 1992). Moreover, under most modeling scenarios of future greenhouse emissions and projected climate impacts, the likelihood of severe fire weather is expected to increase, as is burned area and fire severity (Littell et al. 2009, Spracklen et al. 2009, Halofsky et al. 2014一个,Stavros et al. 2014)。

过去30年(威斯特林2016年)燃烧面积的增加在美国西部国家森林地区尤其明显，那里的大片易火景观与不断扩大的荒地城市界面(WUI)并存，联邦土地管理部门限制了一些地区的燃料管理，以保护生物多样性和其他便利设施(Williams 2013, Ager et al. 2014)一个,North et al. 2015)。WUI的扩大和易受火灾影响的高价值资源的增加导致了景观野火风险的增加。

野火损失的威胁日益严重，导致美国出台了一些新的联邦政策，并扩大了在公共和私人土地上的森林和燃料管理项目的投资。然而，理解这些方案在缓解大型、高严重程度火灾方面的有效性是困难的，因为野火的蔓延是一个复杂的非线性空间过程，超出了单个林分的空间尺度(Peters等，2004年，Slocum等，2010年)。当野火与野火相交时，孤立的林分尺度处理可能是有效的，但考虑到野火的随机成分(点燃和蔓延)，必须对相当大比例的景观进行处理，才能有效地在景观尺度上减少火灾蔓延和火灾行为(Agee和Skinner 2005年)。从林分到景观层面的尺度处理一直是许多研究的重点，研究了各种空间优化景观燃料处理安排的方法，以最小化扩散速度和火灾行为(Finney 2001, 2007, Parisien等人，2007,Schmidt等人，2008)，最大限度地保护栖息地(Ager等人，2010)，并分析森林恢复计划的权衡(Vogler等人，2015)。但是，相对较少的研究涉及长期燃料管理战略的困难和更大的问题。在燃料管理设计中加入时间是至关重要的，因为处理有一个生命周期，这是由植被演替决定的。此外，处理工作经常在同一块土地上连续数年完成，这突出了考虑燃料处理效果的空间和时间维度的建模工作的重要性。许多研究人员将时间动力学纳入火灾发生的时空预测模拟研究(Collins等人，2011年，Syphard等人，2011年)、森林动力学(Strom和Fulé 2007年，Gustafson等人，2010年)和碳封存(Loudermilk等人，2014年)。其他模拟研究测试了假设情景，评估了燃料处理的经济效率(Taylor et al. 2013)，并预测了气候变化对火灾活动和森林组成的潜在影响(Scheller和Mladenoff 2005, Halofsky et al. 2014)beplay竞技一个,Yospin et al. 2015)。尽管进行了这些研究，但由于关于森林演替动态和燃料处理效应的模型、景观条件、校准和假设存在很大差异，无法得出明确的模式和结论。

在本研究中，我们使用了新开发的Envision (Bolte et al. 2007)，一个基于主体的景观建模系统和广泛使用的最小旅行时间火灾传播算法(Finney 2002)，分析了一个大型多所有权景观的长期燃料管理动态。本研究是“森林、人、火”项目的一部分，该项目关注俄勒冈州中部耦合的社会和生态系统的相互作用、动态和适应(Spies等人，2014年)。Spies等人(2017)分析了替代森林管理政策对描述野火、森林结构、生物多样性和木材生产的指标的影响。在本文中，我们研究了替代燃料管理方案如何影响野火的空间和时间模式。具体来说，我们研究了联邦土地上不同强度的燃料管理在(1)未来燃烧面积和(2)未来起火引发大火的概率方面的比较。我们假设，在不减少燃料的情况下，在当前的点火和火灾天气模式下，由于燃料积累，预计在50年的模拟中，燃烧面积和发生大火的概率将会增加。我们基于观察到的过去三十年太平洋西北地区燃烧面积的增加支持这一假设，这被归因于气候和土地覆盖变化导致景观同质性和更高的燃料负荷，这有利于野火的发展(Perry等人，2011年，Hessburg等人，2016年，Westerling 2016年)。相反，在旨在减少燃料负荷的积极管理下，燃烧面积(以及发生大火的概率)应保持不变或随着时间的推移而减少，在处理强度较高的情况下，减少幅度会更高。

方法

研究区域

研究区域覆盖了美国俄勒冈州中部喀斯喀特东部约120万公顷的森林和山地土地。植被类型从喀斯喀特海拔较高的高山针叶林到湿润的混交林、干燥的混交林、黑松(松果体contorta)及黄松(西黄松)森林、西杜松(Juniperus occidentalis)，最后是研究区最东端的干旱土地(图1A)。潮湿的混合针叶林大多是大冷杉(冷杉属茅)、白杉木(冷杉属concolor)、花旗松(Pseudotsuga menziesii)、黄松及西部落叶松(落叶松属occidentalis)，而干杂针叶松除包括黑松、恩格曼云杉(云杉engelmannii)、香雪松(Calocedrus decurrens)、糖松(松果体lambertiana)及西白松(松果体monticola)．非植被区域、城市中心、水体和道路占研究区域的8%。

研究区域包括由美国林务局(USFS, 58%，其中大部分与Deschutes国家森林[DNF]相对应)、土地管理局(BLM, 3%)、温泉部落(21%)、私人森林公司(6%)和家庭森林土地所有者(4%)管理的土地。国家土地包括吉尔克里斯特国家森林，只占2%的景观。拥有面积小于2.5公顷的屋主占研究面积的7%(图1B)。

1992年至2013年期间，研究区域每年发生372起火灾(42%由闪电引起，大部分在夏季)，每年烧毁11423公顷土地(Short 2015)。最近的大火包括2003年的民旅馆综合体(36,733公顷)，2012年的Pole Creek(10,844公顷)和2013年的Sunnyside Turnoff(21,448公顷)。

想象的概述

我们使用Envision (Bolte et al. 2007)在景观尺度上模拟森林管理、演替和野火的相互作用。Envision是一个基于主体的空间显式模型，模拟驱动景观变化的主要生物物理和社会过程(图A1.1)。Envision的代理人是土地所有者，他们对自己管理的区域有目标，并对景观采取行动以实现这些目标。代理人的行动，包括森林和燃料管理受到森林政策和景观条件的限制。在这项研究中，代理人代表了研究区域的主要土地所有者:联邦土地管理者、温泉部落和私人森林公司。Envision还包括模拟自主景观变化过程的子模型:野火、森林演替和人口增长。这些过程是独立于主体的，但会影响景观条件，从而影响主体通过管理活动实现其景观目标的能力。

Envision以每年的时间步长和1 - 10公顷的个体决策单元(IDUs)的空间尺度运行。每个IDU在描述景观条件和与不同因素有关的量化资源生产(例如木材生产、生物多样性、烧毁地区)的生态和社会属性方面具有独特的特征。在每一个时间步中，主体做出决策，自主过程运行，IDU的生态特征因野火、森林管理和植被演替而变化。这些变化反映在景观条件中，并反馈到接下来的时间步长中。我们将根据下面的具体研究需要描述Envision的特定子模型。

植被演替

Envision中的植被演替是在综合景观评估项目(ILAP, Halofsky等，2014年)下，利用现有的状态和过渡模拟模型(STSM)对亚利桑那州、新墨西哥州、俄勒冈州和华盛顿州的所有主要高地植被类型进行模拟的b)．利用植被动态开发工具(VDDT)和专家意见(Hemstrom等人，2004,2007)，在Envision中实现了ILAP模型。stsm是经验模拟模型，其中植被被划分为结构阶段，定义为主要覆盖类型、直径级别、冠层覆盖和森林分层的标准化组合。在Envision中，IDU植被状态的变化是演替规则的函数，发生的是确定性和概率性。确定性转变发生在经过一定时间后，没有受到干扰，典型地反映了STSM中基于年龄的演替。概率过渡具有相关的发生概率，与年龄无关，并由平行的植被生长过程，如自然更新和林下层发育。在模拟植被演替中纳入概率过渡，可以生成每个IDU状态的预测结果分布。概率转换也可以用于模拟干扰过程，如昆虫、野火或森林管理。然而，在这项工作中，由于干扰导致的植被状态变化遵循确定性方法，通过野火和森林管理子模型实现。有关森林演替模型的更多细节，请参见Spies等人(2017)。

野火

我们为Envision建立了一个野火子模型，该模型结合了统计火灾预测模型和最小旅行时间算法(MTT, Finney 2002)，以模拟火灾生长和模拟火灾行为。这里对野火子模型进行了总结，并在Preisler等人(2004)、Preisler和Ager(2013)和Ager等人(2014)中进行了详细描述b)．在每年的时间步中，时空点火预测模型对给定的点火次数进行采样，作为位置、日、日能量释放分量(ERC)的函数。该模型是基于历史(1992-2009年)、空间和时间火灾点燃模式和相关火灾规模开发的。与每次点火相关的天气条件是基于点火日的ERC值。对于任何给定的ERC值，风速是从烧毁面积大于500公顷的天的阵风速度的历史分布(1992-2009年，Lava Butte远程自动气象站，raw)中采样。风向是从基于日的同一Lave Butte raw数据的历史阵风方向中采样。MTT算法需要每次点火的燃烧周期，这是基于特定于研究区域的校准过程中形成的燃烧周期和火灾大小之间的经验关系。

每个时间步(火灾季节)结束时的野火输出包括受火灾影响的idu的模拟火灾周长和预测火焰长度。通过比较模拟火焰长度与定义地表火灾、混合严重火灾和替换立地火灾的火焰长度阈值，在IDU水平上计算野火的严重程度。这些阈值是通过森林植被模拟器(FVS;2002年)和消防和燃料扩展(FFE)。具体而言，选择树木列表来代表森林演替子模型中的每一种主要植被状态，然后用FVS-FFE进行模拟，以确定与30 cm间隔(最高4.5 m)的火焰长度相关的基区死亡率。低严重程度(地表火灾)对应的是基部区域死亡率低于20%，混合严重程度为20-79%，高严重程度(林分替代火灾)对应的是80%或更高的树木死亡率。

通过IDU森林和燃料结构的变化，火灾效应被延续到下一个模拟时间步。如果IDU植被状态的任何属性，例如分层或冠层覆盖因火灾而发生变化，这将引发IDU植被状态的变化。这是通常情况下的立场替换火力。火灾建模变量、冠层覆盖和燃料模型被更新，以反映新的火灾后植被状态。然而，低强度的火灾会减少下层植被的燃料，而不会改变IDU植被等级。在这些情况下，只有IDU的燃料模型被更新，以反映下层燃料结构的变化。扰动后的燃料模型一直持续到一个新的扰动发生或经过10年，之后燃料恢复到扰动前的基线(表A2.1和A2.2)。过渡到扰动前燃料模型的时机是基于专家意见，在某些情况下是根据立地水平模型(Hemstrom等，2004年)。

森林管理分配器

在Envision中通过子模型模拟森林管理活动，该子模型基于特定于每个管理行动和参与者的一组区域目标、约束和偏好，在整个景观中分布处理(表A3.1和表A3.2)。区域目标根据每年治疗的最大面积和补丁大小定义了经理的目标。约束条件定义了可以为管理选择的位置和条件，偏好权重定义了所选位置内的优先级。约束的一个例子是将机械减薄限制在胸围高度为> 25 cm的森林IDUs，偏好的一个例子是优先处理野生-城市界面。满足约束条件的个体决策单位(idu)根据其偏好权重得到评分，然后进行排名并选择治疗。将得分最高的IDU作为搜索算法的空间内核，聚合邻近的(同样满足约束条件的)IDU，形成一个处理补丁。选择内核idu并将其扩展为补丁直至最大补丁大小的过程一直执行，直到满足年度面积目标或约束抑制了进一步活动。

与野火子模型类似，治理行动对IDU植被状态的影响取决于干扰前状态和管理行动类型。如果处理引起了状态描述符的变化，那么它就触发了过渡到新的植被状态。例如，间伐使森林层数从多层减少到单层，触发了一种新的后处理植被状态。只影响地面燃料(如燃料咀嚼)的管理行动导致燃料模型持续5年的变化，之后燃料模型恢复到扰动前的基线状态(表A2.1和表A2.2)。

在联邦土地上，森林管理活动分配给指定进行积极管理的地区。这些可处理区域是根据森林规划文件和与联邦森林管理人员关于DNF的讨论确定的。可处理的面积相当于大约54%的联邦土地，不包括高海拔森林、国会指定的荒野地区、为保护北方斑点猫头鹰(思occidentalis caurina)，以及其他因斜坡陡峭(约30%)及缺乏道路而被USFS列为不宜兴建的土地(图A4.1A)。由其他所有者管理的林地被认为是可处理的。表1显示了与每个土地所有者相关的管理行动。表A3.1和表A3.2分别显示了基于物种和林分条件的约束，以及用于在可处理区域内选择和排序合格idu的偏好权重。限制条件和偏好权重旨在模拟每个土地所有者目前的管理做法，并以DNF土地管理计划(USFS 1990)、联邦管理人员和研究地区其他相关所有权管理人员提供的信息为基础。

仿真设计

我们测试了四种管理场景，这些场景为联邦土地上的燃料管理建立了不同的区域目标，也就是说，对于所有场景，部落和企业森林的管理保持在当前水平:

1. 当前管理:实现联邦、部落和公司森林的当前区域目标。
2. 现行管理加倍:联邦土地在现行管理下每年处理的总面积加倍(所有处理行动处理的面积之和)。
3. 现行管理的三倍:联邦土地在现行管理下每年处理的总面积增加两倍(所有处理行动处理的面积之和)。
4. 无管理:对联邦土地实行无管理，对部落和公司森林实行现行的管理水平。

除了无管理场景之外，所有主动管理场景都共享相同的约束和首选项集，只是在年度区域目标方面有所不同。年度面积目标分配如下:50%用于机械细化，30%用于燃料咀嚼，20%用于规定的燃烧。目前的管理代表了现状，相当于每年8500公顷的目标，每年2.1%的可处理联邦土地处理率，相当于所有联邦土地的1.1%和0.7%的研究区域。在两倍和三倍当前管理方案中，每年的可处理土地面积目标分别为4.2%(17000公顷)和6.3%(25500公顷)。

初始植被状态是从梯度最近邻(GNN)数据集识别的，并基于2006年(Ohmann et al. 2011)。DNF的燃料模型是从DNF燃料模型层获得的，所有其他位置的燃料模型都是基于LANDFIRE (Rollins 2009)绘制的燃料模型。最初的景观更新到2012年，以反映2006年至2012年期间的干扰和植被演替(图A4.1B)。使用燃烧严重程度监测趋势(MTBS)火灾周长和火灾严重程度分类工具(USFS和USGS 2009年)更新了2006年至2012年之间的野火。同一时期的森林管理更新，在当前管理方案下对景观进行了处理(图A4.1B)。

基于经验测试，我们进行了15个重复，每个重复50年，表明土地所有者的烧焦面积百分比稳定在15个重复左右。重复表示可选的和等可能的火灾情景，模拟研究地区野火活动的历史变化。

分析输出

燃烧区域分析

我们计算了联邦林区(不包括干旱区和杜松区)火灾严重程度等级的平均烧毁面积和标准误差。我们拟合了一个线性模型，该模型使用年份作为解释变量，以确定在年度烧毁面积的时间序列中是否存在时间线性趋势。为了比较不同场景下的总体烧伤面积，我们使用了两两版的Kruskal-Wallis非参数检验(alpha = 0.05)。Kruskal-Wallis统计数据用于检测在联邦土地、SILVIS WUI、荒野和老区的所有可能的管理方案组合之间的总体烧伤面积差异。根据DNF土地和资源管理计划(USFS 1990)定义荒野区和原生林斑块，根据Radeloff等人(2005)的WUI定义划定SILVIS WUI。SILVIS WUI与联邦WUI不同，后者被用作优先考虑联邦土地上的机械处理。联邦WUI层通常由当地联邦土地管理者根据当地社区野火保护计划(CWPPs)中描述的边界定义。我们选择使用SILVIS WUI来评估森林管理在WUI中的影响，因为它被研究人员广泛接受，有完整的文档，在美国各地保持一致，这使我们能够与其他研究进行比较。所有分析均使用MatLab R2015a (Mathworks 2015，http://www.mathworks.com)．

火灾事件分析

我们使用与单个火灾周长相关的火灾大小来计算条件概率，p在给定点火装置的情况下，对一定规模的火灾进行处理。四种不同火灾规模类别(> 200 ha、> 500 ha、> 1000 ha和> 10,000 ha)的概率使用逻辑回归估算，ERC、燃烧期、风速和管理场景作为解释变量。在模型中有解释变量，可以在模型中所有其他变量保持不变的情况下，对处理方案进行比较。我们还计算了概率的变化(p/ (1 -p])在当前、两倍和三倍当前管理情景下发生一定规模火灾的概率，而在无管理情景下发生相同火灾的概率。所有分析均使用R统计软件(R Core Team 2014)进行。

治疗目标和治疗可用性

我们在每个模拟年报告研究区域治疗目标的实现百分比。为了量化需要治疗的区域的时间演变，我们计算了年度治疗可用性，即在每个模拟年年底满足治疗分配约束的区域。处理有效性描述了干扰和景观上植被生长的平衡。每年，管理和野火(取决于它们的位置和严重程度)减少了适合处理的区域池，而植被演替增加了新的区域。因此，治疗目标反映了管理者计划每年治疗的面积，而治疗可用性则代表了在资源无限的情况下，潜在可治疗的面积。

结果

燃烧区域分析

在考虑的所有场景中，联邦林区的大多数野火(70%)被划分为高严重程度(替换树木)(图A5.1)，所有火灾严重级别的模拟重复之间有相当大的变化(图A5.2)。在高烈度火灾占主导地位的情况下，所有进一步的结果都是指树木替代火灾所烧毁的面积。在任何管理情景下，林地平均燃烧面积均无显著的时间趋势(上升或下降)(图2和表A5.3中的相关参数)。然而，从50年期间的总体烧伤面积差异可以看出，所有主动管理方案的烧伤面积都低于没有管理的情况(表2)。在联邦土地(图3A)上，与没有管理的情况相比，当前、双重和三次管理方案的烧伤面积在50年期间分别减少了25%、36%和40%(表2)。注意，当前管理方案和增加管理方案之间的烧伤面积差异无统计学意义(表A5.4)。在土地指定中，由于管理，原生区的烧毁面积减少最多:在当前、双重和三次管理情景下分别减少了31%、51%和61%(图3C，表2)。然而，这不是荒野(图3B)或SILVIS WUI(图3D)的情况，在没有管理和任何主动管理情景下，烧毁面积只有非常小的差异(表2)。

火灾事件分析

在没有管理的情况下，在所有模拟重复中，超过200公顷的火灾占总烧毁面积的92%。特大火灾(>万公顷)占总烧毁面积的36%，在50年的时间里，1000次点火中有5次发生(表3)。与没有管理的情景相比，所有主动管理的情景都有效地降低了所有规模类别的火灾几率(图4);然而，在非常大的火灾中，减少幅度最大。在目前的管理下，发生特大火灾的几率约为0.60比1(减少40%)，而在双重和三重情况下(图4D)，发生特大火灾的几率约为0.30比1(减少70%)。由于置信区间重叠，两种情况和三种情况之间的差异仅略有显著性。在50年的时间里，我们的模型估计发生特大火灾的概率从没有管理下的千分之五下降到目前管理下的千分之三。在双重管理和三重管理的情况下，发生特大火灾的概率为1.5 / 1000，在这两种情况下，检测到的概率没有统计学差异。

治疗目标和可获得性

在目前的管理下，整个模拟期间达到了年度细化处理目标(> 90%)(图5A)。在双重和三重管理情景下，每年的年度目标都完全实现，直到第20年和第15年，之后的年度目标分别达到40%和20%。总的来说，在50年的时间里，机械疏伐处理的总面积在各方案中相似:2.1x10⁵目前管理下的Ha vs 2.4 × 10⁵双/三电流管理场景下的Ha。在目前的管理下，机械间伐的可用性略微减少，在大约15/10年后，在两倍/三倍情景下进一步减少，即在几乎同一时间观察到目标满足百分比的急剧下降(图6A)。

在当前和双电流管理场景的整个模拟期间，咀嚼的年度目标都达到了。在三重当前管理情景下，年度目标大约每5年在100%和50%之间波动(图5B)。在所有管理方案下，咀嚼治疗的可用性略有降低(图6B)。不足为奇的是，在没有管理的情况下(图6A和6B中的红线)，两种机械处理的有效性都随着时间的推移而增加。

在过去的50年里，所有管理方案的规定消防的年度面积目标基本都达到了(图5C)。然而，与观察到的机械处理相反，所有主动管理方案随着时间的推移导致了更高的景观可用性(图6C，黑色、绿色和蓝色线)。只有在不进行管理的情况下(图6C，红线)，我们才观察到在50年期间，符合规定生火条件的地区显著减少。

讨论

在我们的无管理情景下模拟的野火在50年期间没有导致燃烧面积的增加，因此与我们最初的假设相矛盾。然而，在过去的50年里，燃料在森林中不断积累，可用于稀释和咀嚼，也就是说，不包括在荒野中的森林。事实上，在景观尺度上，重型森林木材燃料模型增加了10%(草-灌木燃料模型相应减少)，单位面积燃料负荷相应增加。我们没有观察到燃烧面积同时增加的事实表明，植被演替增加的燃料负荷并没有转化为更快的蔓延速度，而是由相对快速蔓延的草-灌木模型转化为蔓延速度适中的重木材凋落物模型(例如，低负荷紧凑的针叶树凋落物模型;Scott和Burgan 2005)。这种转变伴随着林冠盖度的增加，从而降低了林下风速和传播速率。其他燃料模式的比例在一段时间内保持不变，表明大多数景观要么处于稳定的演替状态，要么在超过50年的时间框架内发生了植被结构变化导致的过渡。

在模拟森林和燃料管理的场景中，我们假设处理面积的积累将导致燃烧面积的下降趋势。总的来说，包含某些管理级别的场景消耗的面积更少。这并不令人惊讶，因为只要在处理有效期间，在相对有利的天气条件下，在处理区域内发生点火，处理就能够阻止随后的火灾蔓延(Strom和Fulé 2007)。我们观察到，在整个模拟期间发生更多(和更大)火灾的年份，烧毁面积的减少幅度更高。这与Syphard等人(2011)和Loudermilk等人(2014)的研究结果一致，他们发现在恶劣的火灾天气下，燃料处理在降低火灾严重程度和隔离森林碳方面更有效，因为火灾和处理之间的交叉增加了。

管理还降低了发生特大火灾的可能性(> 1万公顷)，当处理面积增加一倍或两倍时，这种效果会相应增加。然而，在双重和三重管理方案下，机械处理的年增长率仅在模拟的前20年达到。在整个50年期间，由于处理分配受到可获得的适当植被条件的限制，各种设想中森林砍伐的实际数量非常相似。目前的管理可以逐步但缓慢地解决疏伐所针对的非常具体的结构条件的积压:多层、封闭冠层林分。然而，适合疏伐的区域只占景观的一小部分(初始条件下为13%)，因此大部分景观仍未得到处理(Hampton et al. 2011, North et al. 2015)。允许在更开阔和/或更小直径的林分进行间伐，将增加处理的有效性，从而在更长时间内维持较高的目标。扩大对间伐的结构性限制的缺点是，如果增加的林分每公顷处理的面积减少，则会损害支持处理成本的收入。

与机械处理相反，在所有主动管理场景下，适合指定火力的区域都增加了，只有在无管理场景下，适合指定火力的区域减少了(红线，图6C)。我们将这种减少解释为林分(演替)密度增加的结果，这些林分不适合将规定的火作为恢复序列的第一个行动。这两种管理行动之间适合处理的面积的相反趋势可能是疏伐和规定的火法之间不成比例的处理率的结果，每年分别处理约4400公顷和1300公顷(目前的管理)。在保持其他因素不变的情况下，间伐增加了单层、开放树冠林分的数量，从而增加了符合规定防火条件的面积。这些林分在减薄后的几年里处于可以安全燃烧的状态，以减少有害的表面燃料，这在我们的模型中已经考虑到了(Collins et al. 2011)。我们建议，以目前的速度(和目前的空间分配规则)，规定的火不够频繁，不能充分利用景观上实施的疏伐量。这一结果强调了处理目标的充分平衡的必要性，特别是对于协调一致的处理，例如，当机械稀释之后应该使用规定的火。

管理的效果在指定的旧增长地区尤为明显，与没有管理的情况相比，这些地区的燃烧明显减少。原始森林保护区分布在小而分散的土地分配中，相对远离经常发生火灾的地区，并嵌入在大面积的管理森林中，因此受益于处理地区产生的保护。模拟(Ager et al. 2010, Stephens et al. 2014)和实际火灾(Finney et al. 2005)都见证了燃料管理的这些“场外”效益，并补充了现场直接产生的处理效益(Reinhardt et al. 2008)。

与以往的增长储备相比，在所有情景下燃烧的WUI数量都是相似的。WUI占据了大片的土地，大部分集中在经常着火的地区，只有部分在可治疗的地区，因此它经历了更高的野火风险。这些差异突出了燃料管理项目的有效性是如何受到景观背景、保护重点以及如何衡量管理行动的有效性的影响的(Ager et al. 2013)。在本研究中，我们基于燃烧面积的变化评估了处理效果，但燃料和森林管理项目可能利用其他管理目标(以及相关的成功措施)，如森林恢复、生物多样性保护或经济回报。然而，多个目标和优先事项可能导致冲突的治疗分配。例如，减少烧伤面积/严重程度的治疗可能意味着治疗无法提供经济回报的地区，而将治疗限制在管理可自行支付费用的地区，可能对烧伤面积/严重程度的影响甚微。此外，在景观尺度上，燃料处理的结果也由与处理目标无关的变量决定，如与火源和管理区域的接近程度。这突出了模拟方法的优势，该方法能够建模空间分配规则如何随时间影响治疗效果(Ager等人，2014年一个)．

尽管在我们的模拟和近几十年见证了大型火灾，但美国西部的野火赤字不断增加;与历史火灾活动相比，生物质燃烧较低，与当前气候不平衡(Marlon等人2012年，Parks等人2015年)。我们的火灾模型是用最近的火灾历史数据(1992年至2009年)进行校准的，并纳入了火灾的时空模式和火灾大小，这是有效的野火抑制政策的直接结果。精心设计的燃料管理方案，结合适当的抑制可以保护社区免受野火的伤害(Collins等人，2010年，North等人，2012年)。然而，在WUI不断扩大、人为引燃增加和未来气候变暖的情况下，仅依靠机械处理来解决目前的野火赤字将会带来一个具有挑战性的管理局面。允许明显更多的法定火灾(以及为了资源利益而进行的野外火灾管理，这在本研究中没有建模)将有助于形成更有弹性的景观。然而，空气质量法规，以及安全和责任方面的担忧，加上在一个世纪的防火后禁止的燃料负荷，往往限制了增加火灾数量的努力(Miller 2002)。

模型的局限性

Envision将STSM与野火和森林管理子模型联系起来，因此，它继承了这些模型的局限性。stsm代表了当今对给定生态环境下植被动态的理解，因此依赖于现有的知识和数据。这意味着STSM产生的唯一可能的结果是模型中包含的状态和转换所定义的结果。为了克服这些限制，用户建模了更短的时间周期(Halofsky et al. 2014)一个)或依赖动态植被模型向stsm报告未来可能的植被状况(Kerns et al. 2011)。Envision中的STSM包括数十个植被状态和它们之间的几种可能的转换，可能的转换的总数为数千。这是模型捕获从火、继承和管理的交互中产生的不同行为的能力的一个强烈指示。此外，Halofsky等人(2014一个)发现，在气候变化情景下，俄勒冈州中部森林潜在植被类型面积的预测变化与目前的情况没有太大的差异，至少要到40-60年之后。beplay竞技考虑到我们研究中模拟的50年周期，并基于Halofsky等人(2014一个)，我们相信在展望STSM中无法得到的潜在植被变化不会严重限制我们的结果。

火灾子模型中使用的MTT算法已经在科学和操作环境中得到了广泛的测试和验证。然而，假定给定点火点的燃料湿度、风速和风向不变，这种方法存在已知的局限性(Finney 2002)。火灾模型是基于经验的，因此它反映了过去20年的抑制能力、气候和燃料条件之间的相互作用。模拟当代的火灾状况到未来隐含的假设是，这种相互作用将保持不变。然而，在未来气候变暖的情况下，由于火灾天气恶劣和火灾季节较长，灭火效果可能会降低。

我们的结果高估了高严重火灾的比例，我们认为这是本分析中使用的火焰长度阈值的函数(见Spies等人，2017年)。进一步的工作将使用MTBS火灾严重程度数据来校准火焰长度阈值，以便建模的火灾严重程度与历史数据相匹配。

结论

我们的建模结果表明，在50年的时间里，与没有管理的情况相比，目前联邦土地上的森林管理政策将导致燃烧面积减少25%。我们的结果还表明，在一些联邦景观中，对适宜条件可用性的限制限制了处理面积。在该模拟的前20年里，机械处理只能实现电流水平的两倍和三倍，燃烧面积减少了40%，同时起火引发火灾>万公顷的可能性减少了三倍。然而，尽管管理减少了烧伤面积，但我们没有观察到烧伤面积随时间的推移有减少的趋势。这表明，尽管森林和燃料管理是保护高价值资源的一项可行战略，但鉴于目前的景观条件和管理限制，它可能无法累积地改变当代的火灾状况。

以目前的速度，无论是野火还是管理，都没有频繁到足以减少燃料的规模和程度，并持续一段时间。这将要求管理和野火的数量和/或分布发生重大变化，以便对景观层面的燃料产生影响，从而对未来的野火产生影响。研究结果表明，增加森林管理数量在近期内是有效的，但受现有治理分配指导方针的限制。需要进一步的工作来评估在什么水平上消防和管理相互作用，以规范燃料的长期可用性。在WUI中未能减少燃烧面积加强了了解空间环境(如斑块大小、到火源的距离和到管理土地的距离)如何影响燃料管理项目减少高价值资源火灾风险的能力的需要。未来的工作还应侧重于分析未来气候变化下森林和燃料管理项目的绩效，并探索可选的管理政策，从现行政策到提高处理率和减少限制的分配规则。beplay竞技

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