Biomass burning and resulting fire regimes are major drivers of vegetation changes and of ecosystem dynamics. Understanding past fire dynamics and their relationship to these factors is thus a key factor in preserving and managing present biodiversity and ecosystem functions. Unfortunately, our understanding of the disturbance dynamics of past fires is incomplete, and many open questions exist relevant to these concepts and the related methods. In this paper we describe the present status of the fire-regime concept, discuss the notion of the fire continuum and related proxies, and review the most important existing approaches for reconstructing fire history at centennial to millennial scales. We conclude with a short discussion of selected directions for future research that may lead to a better understanding of past fire-regime dynamics. In particular, we suggest that emphasis should be laid on (1) discriminating natural from anthropogenic fire-regime types, (2) improving combined analysis of fire and vegetation reconstructions to study long-term fire ecology, and (3) overcoming problems in defining temporal and spatial scales of reference, which would allow better use of past records to gain important insights for landscape, fire and forest management.

Abstract Human activity has fundamentally altered wildfire on Earth, creating serious consequences for human health, global biodiversity, and climate change. However, it remains difficult to predict fire interactions with land use, management, and climate change, representing a serious knowledge gap and vulnerability. We used expert assessment to combine opinions about past and future fire regimes from 98 wildfire researchers. We asked for quantitative and qualitative assessments of the frequency, type, and implications of fire regime change from the beginning of the Holocene through the year 2300. Respondents indicated that direct human activity was already influencing wildfires locally since at least ~ 12,000 years BP, though natural climate variability remained the dominant driver of fire regime until around 5000 years BP. Responses showed a ten-fold increase in the rate of wildfire regime change during the last 250 years compared with the rest of the Holocene, corresponding first with the intensification and extensification of land use and later with anthropogenic climate change. Looking to the future, fire regimes were predicted to intensify, with increases in fire frequency, severity, and/or size in all biomes except grassland ecosystems. Fire regime showed quite different climate sensitivities across biomes, but the likelihood of fire regime change increased with higher greenhouse gas emission scenarios for all biomes. Biodiversity, carbon storage, and other ecosystem services were predicted to decrease for most biomes under higher emission scenarios. We present recommendations for adaptation and mitigation under emerging fire regimes, concluding that management options are seriously constrained under higher emission scenarios.