Exceptionally high summer mean temperatures predict tundra fire activity, with stronger responses at greater previous-year leaf area index​

De Arctische toendra is een uitgestrekt, boomloos landschap waar de grond het grootste deel van het jaar bevroren blijft, wat een unieke gemeenschap van laagblijvende planten zoals mossen, korstmossen en struiken ondersteunt. Eeuwenlang werd deze regio als te koud en te nat beschouwd om frequente branden te ondersteunen, maar naarmate de planeet opwarmt, verandert het klimaat daar sneller dan bijna overal anders op aarde. Wanneer temperaturen stijgen, kan de lucht meer vocht vasthouden, waardoor de vegetatie uitdroogt en het waarschijnlijker wordt dat er brand ontstaat als er een vonk optreedt. Wetenschappers vermoedden al lang dat deze opwarmingstrends de toendra in een brandgevoelige omgeving zouden kunnen veranderen, maar het exacte recept voor deze branden bleef onduidelijk. Het is moeilijk te weten of de hitte zelf de belangrijkste drijfveer is, of dat de hoeveelheid plantengroei van het voorgaande jaar, de frequentie van blikseminslagen, of de hoeveelheid regen een belangrijkere rol speelt bij het bepalen van wanneer en waar een brand zal ontstaan en hoe groot deze zal worden.

Om deze complexe relaties te ontrafelen, onderzochten onderzoekers twee decennia aan gegevens, van 2001 tot 2020, waarbij ze naar brandactiviteit over de gehele toendra-biome keken. Ze verdeelden de regio in kleine rastercellen en volgden hoeveel koolstof er door branden werd vrijgegeven en hoeveel land er elk jaar afbrandde. Door deze brandverslagen te vergelijken met negen verschillende omgevingsfactoren, waaronder temperatuur, neerslag, wind en de dichtheid van plantenbladeren, probeerde het team de sterkste signalen te vinden. Ze gebruikten een methode waarbij jaren werden gegroepeerd in categorieën op basis van hoe vaak bepaalde omstandigheden voorkwamen, waardoor ze konden zien hoe het brandgedrag veranderde wanneer de omstandigheden verschoven van koel en nat naar heet en droog. Deze aanpak hielp hen om de invloed van het directe weer te scheiden van de blijvende effecten van het landschap zelf.

De analyse onthulde dat de krachtigste voorspeller van de brandactiviteit in de toendra simpelweg hoe heet de zomer was. Wanneer de zomertemperaturen de hoogste niveaus bereikten, schoot de brandactiviteit omhoog, met name in regio's zoals Alaska en Rusland. Nauwlettend gevolgd door temperatuur was de droogte van de lucht, gemeten aan de hand van hoeveel vocht de atmosfeer uit de planten trok. De studie vond dat deze twee factoren — hitte en atmosferische droogte — de sterkste verbinding hadden met zowel de hoeveelheid verbrand land als de vrijgekomen koolstof. Hoewel een standaard weersindex die wordt gebruikt om brandgevaar in bossen te voorspellen, hielp bij het verklaren van de omvang van de verbrande gebieden, was het de ruwe zomertemperatuur die de algemene trend over de gehele biome aanstuurde.

Cruciaal was dat het onderzoek aantoonde dat de geschiedenis van het landschap er net zo toe doet als het huidige weer. De hoeveelheid groene, bladrijke vegetatie die in het jaar vóór een brand aanwezig was, was een belangrijke factor. Wanneer het voorgaande jaar een overvloedige plantengroei had gehad, werd de toendra veel gevoeliger voor hitte. In deze gebieden leidde een hete zomer tot een evenredig grote toename in de brandactiviteit. Dit suggereert dat een warm jaar gevolgd door een jaar van weelderige groei een perfecte storm creëert: de extra planten leveren meer brandstof, en de hitte droogt die brandstof uit, waardoor het klaar is om te ontbranden. De studie vond ook dat bliksem, dat de vonk levert die nodig is om branden in deze afgelegen gebieden te starten, deze relatie versterkte. Hevige regenval werkte echter als een rem en verzwakte de link tussen hitte en brand, terwijl de windsnelheid geen consistent, reproduceerbaar effect op de uitkomst liet zien.

De onderzoekers observeerden dat de heetste zomers, die steeds gebruikelijker worden, de neiging hebben om ruimtelijk samen te vallen met de gebieden waar branden het meest intens zijn. Dit betekent dat naarmate de Arctische regio verder opwarmt, de omstandigheden die deze grootschalige branden triggeren niet alleen iets waarschijnlijker worden, maar met toenemende frequentie in dezelfde gebieden voorkomen. De bevindingen wijzen erop dat de toendra niet op een constante, lineaire manier op warmte reageert. In plaats daarvan creëert de combinatie van recordbrekende zomertemperaturen en de brandstof geleverd door de plantengroei van voorgaande jaren een feedbackloop waarbij de brandactiviteit scherp kan stijgen. Naarmate het klimaat verschuift naar deze bovenlimieten van temperatuur, kan de toendra te maken krijgen met brandgebeurtenissen die veel heviger zijn dan wat in het verleden is gezien, gedreven door de eenvoudige, krachtige interactie van hitte, droogte en de achtergebleven vegetatie.