Effect of increased fire activity on global warming in the boreal forest

Forest fires are an important disturbance in the boreal forest. They are influenced by climate, weather, topography, vegetation, surface deposits, and human activities. In return, forest fires affect the climate through emission of gases and aerosols, and changes in surface albedo, soil processes, and vegetation dynamics. The net effect of these factors is not yet well established but seems to have caused a negative feedback on climate during the 20th century. However, an increase in boreal forest fires is predicted by the end of the 21st century, possibly changing the effect of fires on climate change to a positive feedback that would exacerbate global warming. This review presents (1) an overview of fire regimes and vegetation succession in boreal forests; (2) the effects on climate of combustion emissions and post-fire changes in ecosystem functioning; (3) the effects of fire regime variations on climate, especially on carbon stock and surface albedo; (4) an integrative approach of fire effects on climate dynamics; and (5) the implications of increased fire activity on global warming by calculating the radiative forcing of several factors by 2100 in the boreal region, before discussing the results and exposing the limits of the data at hand. Generally, losses of carbon from forest fires in the boreal region will increase in the future and their effect on the carbon stock (0.37 W/[m.sup.2]/decade) will be greater than the effect of fire on surface albedo (-0.09 W/[m.sup.2]/decade). The net effect of aerosol emissions from boreal fires will likely cause a positive feedback on global warming. This review emphasizes the importance of feedbacks between fires and climate in the boreal forest. It presents limitations and uncertainties to be addressed in future studies, particularly with regards to the effect of C[O.sub.2] fertilization on forest productivity, which could offset or mitigate the effect of fire. Key words: fire, radiative forcing, carbon cycle, surface albedo, carbonaceous aerosols. Les feux de foret constituent une importante perturbation en foret boreale. Le climat, la temperature, la topographie, la vegetation, les depots de surface et les activites humaines representent autant de facteurs pouvant les influencer. A l'inverse, les feux de foret affectent le climat par l'emission de gaz et d'aerosols et modifient l'albedo de surface, les processus edaphiques et la dynamique de la vegetation. On ne connait pas encore tres bien l'effet net de ces facteurs, mais ils semblent avoir exerce une retroaction negative sur le climat au cours du XXe siecle. Cependant, on predit une augmentation des feux de foret vers la fin du XXIe siecle susceptible de modifier leurs effets sur le climat vers une retroaction positive capable d'exacerber rechauffement planetaire. Cette synthese presente (1) une revue d'ensemble des regimes des feux et de la succession de la vegetation en forets boreales, (2) les effets sur le climat des emissions de combustion et des changements du fonctionnement des ecosystemes apres feu, (3) les effets des variations du regime de feu sur le climat, particulierement sur les changements de stock de carbone et d'albedo de surface, (4) une approche integree des effets des feux sur la dynamique du climat et (5) l'implication de l'augmentation de l'activite des feux sur le rechauffement planetaire en calculant le forcage radiatif de plusieurs facteurs vers 2100 en region boreale, avant de discuter les resultats et d'exposer les limites des donnees. Generalement, les pertes en carbone occasionnees par les feux de foret en region boreale augmenteront dans le futur et leur effet sur les stocks de carbone (0,37 W/[m.sup.2]/decennie) sera plus grand que l'effet du feu sur l'albedo de surface (-0,09 W/[m.sup.2]/decennie). L'effet net des emissions d'aerosols venant des feux en foret boreale causera vraisemblablement une retroaction positive sur le rechauffement planetaire. Cette synthese met l'accent sur l'importance des retroactions entre les feux et le climat en foret boreale. Elle presente les limites et les incertitudes a aborder dans les prochaines etudes, surtout en relation avec les effets de la fertilisation par le C[O.sub.2] sur la productivite forestiere, laquelle pourrait contrebalancer ou attenuer les effets du feu. [Traduit par la Redaction] Mots-cles: feu, forcage radiatif, cycle du carbone, albedo de surface, aerosols carbones.
Introduction Boreal ecosystems store large amounts of carbon in plant biomass, as well as in soils and peatlands (Apps et al. 1993; Pan et al. 2011). They play an important [...]