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

We compared four fire spread simulation methods (completely random, dynamic percolation, size-based mini- mum 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 sur- face 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 algo- rithm 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. Resume´ : Nous avons comparequatre methodes de simulation de la propagation du feu (completement aleatoire, percolation dynamique, algorithme du temps minimum de propagation basesur la dimension et algorithme du temps minimum de propa- gation basesur la duree) et deux methodes de simulation de l'occurrence des feux (modele de frequence des feux de Poisson et modele hierarchique de frequence des feux) al'aide d'un plan factoriel adeux facteurs. Nous avons etudies les effets de ces traitements sur la dynamique simulee de la succession forestiere et le comportement des feux, incluant la frequence des feux, leur dimension, la superficie brulee et la complexitede la forme des parcelles brulees. La comparaison a eteeffectuee al'aide du modele de paysage forestier (LANDIS) pour un regime de feux de surface sur les hautes terres des monts Ozark au Missouri. Les resultats montrent que l'introduction des combustibles dans la modelisation de l'occurrence des feux modi- fie de facon significative la dynamique simulee de la frequence des feux et des superficies brulees. L'algorithme du temps minimum de propagation basesur la duree a produit la plus forte variation dans la dimension des feux et la methode de per- colation dynamique a produit les formes des parcelles brulees les plus irregulieres. Nous avons aussi observeque differentes methodes de modelisation des feux ont grandement affectele patron temporel des feux acourt terme mais ces effets etaient moins marquesalong terme. Les changements temporels simules dans l'abondance des especes a l'echelle du paysage etaient semblables avec differentes methodes de modelisation des feux, ce qui porte a croire qu'une methode complexe de modelisation des feux n'est peut-etre pas necessaire pour etudier la dynamique de la vegetation a une echelle grossiere. (Traduit par la Redaction)