Wissenschaftler entwickeln Methode zur saisonalen Vorhersage von Waldbränden im Westen der USA

Laut einer experimentellen Vorhersagemethode, die von Wissenschaftlern des National Center for Atmospheric Research (NCAR) entwickelt wurde, wird die Waldbrandsaison in diesem Sommer im Westen wahrscheinlich schwerer als der Durchschnitt, aber nicht so verheerend wie der Beinahe-Rekord des letzten Jahres.

Die neue Methode, die in einer Peer-Review-Studie detailliert beschrieben wird, analysiert Niederschlag, Temperaturen, Dürre und andere Klimabedingungen im Winter und Frühling, um das Ausmaß der Waldbrände im Westen der Vereinigten Staaten im folgenden Sommer vorherzusagen. Das Forschungsteam entwickelte die Methode, indem es Techniken des maschinellen Lernens auf Beobachtungen jeder Waldbrandsaison seit 1984 anwendete, als aktuelle Satellitenmessungen von Bränden erstmals verfügbar wurden.

Obwohl Wissenschaftler bereits wussten, dass die Klimabedingungen im Frühling und Sommer das Brandrisiko beeinflussen, zeigt die neue Studie, dass das Klima in weiten Teilen des Westens sogar mehrere Monate vor der Hauptbrandsaison eine wichtige Rolle bei der Vorbereitung der Flammen spielt.

„Was unsere Forschung zeigt, ist, dass das Klima des vorangegangenen Winters und Frühlings über 50 % der Schwankungen von Jahr zu Jahr und den Gesamttrend der Brandaktivität im Sommer erklären kann“, sagte NCAR-Wissenschaftler Ronnie Abolafia-Rosenzweig, der Hauptautor der Studie lernen. „Dies gibt uns die Möglichkeit, die Brandaktivität vorherzusagen, bevor die Brandsaison im Sommer beginnt.“

Die Wissenschaftler wendeten ihre Forschungsmethode auf die kommende Brandsaison an und prognostizierten, dass Brände in diesem Sommer 1,9 bis 5,3 Millionen Morgen im Westen verbrennen werden, wobei 3,8 Millionen Morgen die wahrscheinlichste Gesamtzahl sind. Obwohl dies weit unter dem Rekordwert von 8,7 Millionen Morgen lag, der im Jahr 2020 verbrannt wurde, würde dies die achtgrößte verbrannte Fläche seit 1984 darstellen, Teil eines langfristigen Trends weit verbreiteter Feuersbrünste.

Die Wissenschaftler betonten, dass ihre Vorhersage derzeit nur zu Forschungszwecken dient. Sie sagten jedoch, dass ihre Methode, sobald sie weiter getestet und verbessert wurde, dazu beitragen könnte, den Feuerwehrbehörden in Zukunft eine Anleitung zu geben. Es liefert explizitere Informationen als aktuelle saisonale Vorhersagen, die eine vergleichsweise milde oder zerstörerische Waldbrandsaison voraussetzen können, ohne vorherzusagen, wie viele Hektar wahrscheinlich brennen werden.

„Diese Informationen können für Feuerwehren äußerst nützlich sein, wenn sie Ressourcen zuweisen und sich auf die kommende Brandsaison vorbereiten“, sagte Abolafia-Rosenzweig.

Abolafia-Rosenzweig und seine Co-Autoren beschreiben die Vorhersagemethode in einer neuen Studie in Umweltforschungsbriefe.

Ein anhaltender Einfluss

Da sich Waldbrände in weiten Teilen des Westens immer weiter ausbreiten, wollte das NCAR-Team sehen, ob die klimatischen Bedingungen zu Beginn des Jahres Hinweise auf das Ausmaß der Brände im Sommer geben können, wenn die Feuersaison ihren Höhepunkt erreicht.

Die Wissenschaftler wandten sich Ensembles verallgemeinerter additiver statistischer Modelle zu, die weit verbreitete maschinelle Lernwerkzeuge sind, die dabei helfen, komplexe Beziehungen aufzudecken – in diesem Fall die Entsprechung zwischen den Klimabedingungen von November bis Mai und dem Ausmaß der verbrannten Gebiete im darauffolgenden Juni bis September. Sie analysierten jedes Jahr seit 1984 und konzentrierten sich dabei auf Regionen im Westen, die von der Schneedecke als Wasserquelle abhängig sind.

Das Forschungsteam fand heraus, dass sich die Lufttrockenheit (Dampfdruckdefizit) im untersten Teil der Atmosphäre im Winter und Frühjahr besonders stark auf Brände im Sommer auswirkt. Diese Trockenheit beeinflusst die Schneemenge, die fällt, und wird wiederum durch Schnee auf dem Boden beeinflusst, der schließlich Feuchtigkeit an die darüber liegende Luft abgibt. Das Ausmaß der Schneedecke im April ist besonders bedeutend, da sie sowohl den Boden als auch die Luft befeuchtet, wenn sie in den wärmeren Monaten schmilzt.

„Wir haben festgestellt, dass die Schneedecke im April einen anhaltenden Einfluss auf das Land und die Atmosphäre während des Sommers hat“, sagte Abolafia-Rosenzweig. „Wenn Sie im April eine große Schneedecke haben, dauert es länger, bis sie schmilzt, und es gibt eine anhaltendere Feuchtigkeitsübertragung vom Land in die Atmosphäre vom späten Frühling bis zum Sommer. Aber im Falle einer geringeren Schneedecke haben Sie beides eine trockenere Landoberfläche und eine trockenere Atmosphäre im Sommer, was zu günstigeren Bedingungen für die Ausbreitung von Bränden führt.“

Die Wissenschaftler untersuchten auch eine Reihe zusätzlicher Klimavariablen, darunter Niederschlag, Temperatur, Bodenfeuchtigkeit, Evapotranspiration und Dürreindizes, und untersuchten, wie jede Variable zu verschiedenen Jahreszeiten das Ausmaß von Sommerbränden beeinflusst.

Sie kamen zu dem Schluss, dass die Winter- und Frühlingsklimabedingungen verwendet werden können, um bis zu 53 % der jährlichen Schwankungen in sommerlich verbrannten Gebieten vorherzusagen. Berücksichtigt man zusätzlich sommerliche Klimabedingungen wie Niederschlag und Lufttrockenheit, erhöht sich die erklärte Variabilität auf 69 %.

Die Studie befasste sich auch mit den Gesamtauswirkungen des Klimawandels auf die Feueraktivität im Westen. Da Waldbrände seit 1984 allmählich an Größe zugenommen haben, zeigte die Modellierung des Forschungsteams, dass Klimavariablen wie steigende Temperaturen und anhaltende Dürren 83 % dieses Anstiegs erklären können.

Die diesjährige experimentelle Vorhersage – die den gesamten Westen umfasst, nicht nur schneeabhängige Regionen – zeigt, dass Brände in diesem Sommer 38 % mehr westliche Länder verbrennen werden als im Durchschnitt seit 1984. Die Vorhersage schließt keine Brände in der Vorsaison vor Juni ein, wie z wie die weit verbreiteten Flammen, die New Mexico in diesem Frühjahr verwüstet haben, noch schätzt sie, wie es verschiedenen westlichen Regionen ergehen wird. In Zukunft könnten die Wissenschaftler solche Details jedoch hinzufügen.

„Unser Plan ist es, lokale Klimavariablen wie Winde einzubeziehen, damit wir die spezifischen Brandbedingungen auf Bundesstaats- oder sogar Bezirksebene kennen können“, sagte NCAR-Wissenschaftler Cenlin He, ein Co-Autor der Studie. „Dies wird es für Interessengruppen und Brandschutzmanager wertvoller machen, damit sie die Brandaktivität für bestimmte Regionen im Westen vorhersehen können.“