Prescribed burning mitigates the severity of subsequent wildfires in Mediterranean shrublands

Abstract

Background

Prescribed  burning (PB) is becoming relevant in fuel reduction and thus fire hazard abatement in fire-prone ecosystems of southern Europe. Yet, empirical evidence on the effectiveness of this practice to mitigate wildfire severity in Mediterranean shrublands is non-existent, despite being the focus of PB efforts in this region. Here, we intended to quantify the protective effect of PB treatment units (2005–2021) to subsequent wildfire severity in shrublands across mainland Portugal, as well as the relative contribution and complex interactions between drivers of wildfire severity in PB-treated areas and untreated neighboring counterparts through Random Forest regression. We leveraged cloud-computing remote sensing data processing in Google Earth Engine to estimate fire severity (PB and wildfire) as the Relativized Burn Ratio (RBR) using Landsat data catalog.

Results

PB treatment was particularly effective at mitigating wildfire severity at the first PB-wildfire encounter in shrublands, with a mean reduction of around 24% in RBR units. Fuel age (i.e., time since prescribed burning) in PB-wildfire intersection areas overwhelmed to a large extent the effect of fire weather, burning probability, and PB severity. The mitigating effect of PB on wildfire severity persisted for a fuel age of around 5 years. However, this effect decreased with increasingly adverse fire weather conditions, such that variation in wildfire severity was somewhat insensitive to fuel age under extreme fire weather. Similarly, the lowest wildfire severity experienced in sites with high burning probability, along with the interaction effect observed between burning probability and fuel age, suggest that repeated PB treatments may be useful in controlling fuel accumulation and mitigating wildfire severity. The relative contribution of fire weather in explaining wildfire severity was exceedingly high in untreated areas, doubling that of the other variables in the model in the absence of PB treatment variables.

Conclusions

Our results suggest that the implementation of PB treatments at intervals of less than 5 years is of paramount importance to control fuel build-up and fire hazard under extreme fire weather in productive Mediterranean shrublands. Further research on this topic is warranted in other shrublands worldwide, namely in Mediterranean-type climate regions.

Resumen

Antecedentes

Las quemas prescritas (PB) se han tornado relevantes en la reducción de combustibles y por lo tanto en la disminución del riesgo de incendios en ecosistemas proclives al fuego.  Así todo, la evidencia empírica sobre la efectividad de esta práctica para mitigar la severidad del fuego en matorrales de ecosistemas del Mediterráneo es inexistente, a pesar de ser el foco de los esfuerzos de las PB en la región. En este trabajo, intentamos cuantificar el efecto protector en unidades de tratamientos de PB (2005-2021) sobre la severidad subsecuente de incendios en matorrales a lo largo del centro de Portugal, como así también, la contribución relativa e interacciones complejas entre los factores conducentes a la severidad del fuego en áreas tratadas con PB y aquellas vecinas sin tratar (PB y No tratadas), a través de regresión Random Forest. Utilizamos la capacidad de procesamiento de sensores remotos en Google Earth Engine para estimar tanto la severidad del fuego (en PB y áreas no tratadas ) como la Ratio Relativa de Quemado (Relativized Burn Ratio, RBR) usando los datos del catálogo de Landsat.

Results

Los tratamientos de PB fueron efectivos para mitigar los efectos de severidad del fuego en las primeras interacciones de PB con áreas incendiadas no tratadas, con una reducción media de alrededor del 24% en unidades de RBR.   La edad del combustible (i.e. el tiempo transcurrido desde la PB) en la intersección PB-incendio superó en gran medida los efectos de la meteorología del incendio, la probabilidad de quema, y la severidad de la PB.  El efecto mitigador de la PB en la severidad de los incendios persistió en el combustible por unos 5 años luego de la PB.  Desde luego, este efecto decreció con el incremento de condiciones adversas en la meteorología del incendio, tal como que la variación en la severidad del incendio fue no sensible a la edad del combustible bajo condiciones meteorológicas extremas.  Similarmente, las severidades más bajas experimentadas en sitios con alta probabilidad de quema, junto con los efectos de las interacciones observadas entre probabilidad de quema y la edad del combustible, sugiere que la repetición de los tratamientos de PB puede ser útil para controlar la acumulación de combustible y mitigar la severidad de los incendios.  La contribución relativa de las condiciones meteorológicas en la severidad del fuego fue notablemente alta en áreas no tratadas, duplicando el efecto de otras variables del modelo en ausencia de las variables de las PB.

Conclusiones

Nuestros Resultados sugieren que la implementación de tratamientos de PB a intervalos menores de 5 años es de una alta importancia para controlar la acumulación de combustible y reducir el riesgo de incendios bajo eventos meteorológicos extremos en matorrales de ecosistemas Mediterráneos. Más investigaciones en este tema deben garantizarse en otros matorrales del mundo, fundamentalmente en aquellos que se desarrollan bajo climas de tipo  Mediterráneo.