?

Log in

No account? Create an account

Pueyo et al., 2010
covtoc
basil_yakimov
Pueyo S., Graça P.M.L.A., Barbosa R.I., Cots R., Cardona E., Fearnside P.M. Testing for criticality in ecosystem dynamics: the case of Amazonian rainforest and savanna fire // Ecology Letters. 2010. 13(7): 793-802.

Статья с потрясающим набором ключевых слов (тут тебе и фракталы, и перколяция, и самоорганизованная критичность, и степенное распределение), но довольно бедным содержанием.

Авторы представили данные по пожарам в бассейне Амазонки в двух различных биотопах: бразильской саванне и боливийском тропическом лесу. Удалось найти два хороших снимка, на которых были идентифицированы оставшиеся от пожаров гари (scars).

Исходным пунктом для изысканий явилась ранее проанализированная в работе [Pueyo, 2007] модель лесного пожара. В поведении этой модели авторы выделили два режима: перколяционный и самоорганизованной критичности (далее – СОК). В перколяционном режиме все зависит от вероятности возгорания p. По мере роста этой вероятности растет число пожаров и соответственно их размер. По достижении порога перколяции пожар приобретает глобальный характер и в этот момент (на пороге перколяции) наблюдается масштабная инвариантность. За порогом перколяции в действие вступает эффект рефрактерности, который авторы связывают с накоплением топлива и называют экологической памятью. Это и есть режим СОК, когда пожары возникают постоянно, но не перколируют бесконечно, потому как натыкаются на уже выгоревшие и пока еще рефрактерные участки. В этом режиме масштабная инвариантность наблюдается всегда.

Помимо масштабной инвариантности рассматриваются еще два дифференцирующих режимы параметра: чувствительность к внешним условиям (якобы в перколяционном режиме при плавном изменении условий, то есть вероятности возгорания, будет резкий скачок, соответствующий достижению порога перколяции, а в режиме СОК таких резких скачков быть не должно) и необходимость экологической памяти (здесь имеется в виду, что для СОК эта самая просто обязательна).

Исходя из априорных представлений выдвигается гипотеза, что пожарный режим в лесу может соответствовать перколяционному, а в саванне – СОК. Эта гипотеза проверяется на основе указанных трех критериев.
Масштабная инвариантность к большому сожалению изучается не путем фрактального анализа, а через построение распределения гаревых участков по размеру. В случае инвариантности это распределение должно иметь степенную форму. В обоих случаях эмпирически построенное распределение выглядит степенным на малых масштабах и постепенно заваливается на больших. Эффект заваливания объясняется тем, что на больших масштабах выгоревшие участки соответствуют не единичному пожару, а нескольким слившимся. В обоснование такого объяснения приводятся кой-какие модельные данные. В любом случае вывод о том, что хотя бы в неком диапазоне масштабов (для саванны: от 1/3 до 40 га) наблюдается масштабная инвариантность, выглядит вполне убедительным.
Зависимость от внешних условий изучается путем сопоставления метеорологических данных по осадкам в соответствующих местностях и спутниковых данных по числу горячих точек (hotspots), что можно интерпретировать как общую интенсивность пожаров. В обоих случаях резких скачков не обнаружено, однако упоминается случай масштабного пожара в тропическом лесу в Бразилии, когда после длительной экстремальной засухи явно имело место перколяционное событие.

Эффект экологической памяти изучался только для саванны по полевым данным о повторяемости пожаров год от года. Анализ показал отсутствие зависимости вероятности возгорания в текущем году от того, сгорел ли участок в прошлом. Вывод этот полностью соответствует эмпирическим сведениям о том, что в ходе влажного сезона саванна практически полностью восстанавливается.

Таким образом, делается вывод о том, что для саванны ни один из двух модельных режимов не соответствует эмпирике. Масштабная инвариантность есть, но нет эффекта памяти, необходимого для режима СОК, а для перколяционного режима не наблюдается сильных скачков при изменении внешних условий. В отношении тропического леса авторы считают, что перколяционный режим дает корректное, но частичное объяснение пожаров.

Главным общим выводом является следующее утверждение: в случае природных пожаров масштабная инвариантность не является индикатором СОК, что часто предполагается многими исследователями.

На мой взгляд, этот вывод выглядит слишком генерализованным, поскольку для СОК фактически постулируется обязательность эффекта рефрактерности. Но эта посылка проистекает из анализа одной частной модели, помимо которой могут и быть другие. В общем-то, классической СОК для пожарного режима в саванне предположить сложно, поскольку там пожарная активность носит строго сезонный характер, а классические модели «пожарной» СОК вполне себе непрерывные.