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Comparing effects of fire modeling methods on simulated fire patterns and succession: a case study in the Missouri Ozarks

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Abstract:

We compared four fire spread simulation methods (completely random, dynamic percolation, size-based minimum travel time algorithm, and duration-based minimum travel time algorithm) and two fire occurrence simulation methods (Poisson fire frequency model and hierarchical fire frequency model) using a two-way factorial design. We examined these treatment effects on simulated forest succession dynamics and fire patterns including fire frequency, size, burned area, and shape complexity of burned patches. The comparison was carried out using a forest landscape model (LANDIS) for a surface fire regime in the Missouri Ozark Highlands. Results showed that incorporation of fuel into fire occurrence modeling significantly changed simulated dynamics of fire frequency and area burned. The duration-based minimum travel time algorithm produced the highest variability in fire size, and the dynamic percolation method produced the most irregular burned patch shapes. We also found that various fire modeling methods greatly affected temporal fire patterns in the short term, but such effects were less prominent in the long term. The simulated temporal changes in landscape-level species abundances were similar for different fire modeling methods, suggesting that a complex fire modeling method may not be necessary for examining coarse-scale vegetation dynamics.

Nous avons comparé quatre méthodes de simulation de la propagation du feu (complètement aléatoire, percolation dynamique, algorithme du temps minimum de propagation basé sur la dimension et algorithme du temps minimum de propagation basé sur la durée) et deux méthodes de simulation de l’occurrence des feux (modèle de fréquence des feux de Poisson et modèle hiérarchique de fréquence des feux) à l’aide d’un plan factoriel à deux facteurs. Nous avons étudiés les effets de ces traitements sur la dynamique simulée de la succession forestière et le comportement des feux, incluant la fréquence des feux, leur dimension, la superficie brûlée et la complexité de la forme des parcelles brûlées. La comparaison a été effectuée à l’aide du modèle de paysage forestier (LANDIS) pour un régime de feux de surface sur les hautes terres des monts Ozark au Missouri. Les résultats montrent que l’introduction des combustibles dans la modélisation de l’occurrence des feux modifie de façon significative la dynamique simulée de la fréquence des feux et des superficies brûlées. L’algorithme du temps minimum de propagation basé sur la durée a produit la plus forte variation dans la dimension des feux et la méthode de percolation dynamique a produit les formes des parcelles brûlées les plus irrégulières. Nous avons aussi observé que différentes méthodes de modélisation des feux ont grandement affecté le patron temporel des feux à court terme mais ces effets étaient moins marqués à long terme. Les changements temporels simulés dans l’abondance des espèces à l’échelle du paysage étaient semblables avec différentes méthodes de modélisation des feux, ce qui porte à croire qu’une méthode complexe de modélisation des feux n’est peut-être pas nécessaire pour étudier la dynamique de la végétation à une échelle grossière.

Document Type: Research Article

Publication date: 2008-06-01

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