Vigilando los incendios forestales desde el espacio

Las limitaciones de los sistemas de modelado de propagación de incendios forestales y el uso generalizado de sus resultados en las decisiones de gestión de incendios hacen que la evaluación de los resultados de simulaciones de incendios sea crucial para la calibración y mejora del modelo. Este estudio propone un marco de evaluación de simulaciones de crecimiento de incendios utilizando datos de incendios activos por satélite.


Los incendios forestales en la cuenca mediterránea, son frecuentes y tienen grandes impactos ambientales y socioeconómicos. Las proyecciones del clima futuro apuntan a un aumento en la frecuencia y severidad de las olas de calor, de tal manera que es probable un aumento en el número y extensión de incendios forestales. Por lo tanto, los impactos de los incendios forestales y los recursos necesarios para manejarlos también deberían aumentar en el futuro.

Los modelos de propagación de incendios forestales se usan a menudo para entender las relaciones entrelazadas entre el fuego, la topografía, el combustible y el clima. En la mayoría de los casos, los sistemas de modelado de propagación de incendios se utilizan para apoyar las decisiones de manejo de combustibles e incendios sin una evaluación adecuada de sus resultados. En consecuencia, la falta de información sistemática sobre la calidad de las predicciones de propagación de incendios puede tener un impacto considerable en esas decisiones.

El potencial de los datos de incendios activos de satélites se puede aplicar en la evaluación de simulaciones de crecimiento de incendios, aunque esto requiere un enfoque que pueda ser aplicado objetivamente a un número comprensivo de grandes incendios forestales; utiliza métricas capaces de evaluar dinámicas de simulación; y no se basa en la recolección de perímetros de área de quemado de referencia.

En base a estas necesidades, este estudio propone un enfoque exploratorio para cuantificar las discrepancias espaciales y temporales entre el crecimiento simulado del fuego y las series temporales de observaciones de los incendios activos por satélite.

El estudio se realizó en Portugal, uno de los países de Europa más afectados por los incendios forestales. Se seleccionaron nueve grandes incendios que se produjeron en el centro-sur del país  (Fig. 1).

Fig. 1. Localización de nueve grandes incendios que ocurrieron entre 2003 y 2012. Los fuegos se codifican como: CasteloBranco1 (CBR1); CasteloBranco2 (CBR2); Covilhã1 (COV1); Covilhã2 (COV2); Monchique1 (MCQ1); Monchique2 (MCQ2); Monchique3 (MCQ3); Loulé (LL); Y Tavira (TAV).

Aprovechando la tecnología en la lucha contra los incendios forestales

El FARSITE, uno de los sistemas de simulación de propagación del fuego más difundido, predice el comportamiento del fuego en terrenos espacialmente heterogéneos y los paisajes de combustibles, bajo condiciones meteorológicas variables basándose en un modelo semi-empírico de propagación del fuego que se centra en modelos de combustible basados ​​en Rothermel, humedad de los combustibles muertos y superficie quemada en los árboles. El crecimiento del fuego superficial se simula como una propagación de onda elíptica basada en el principio de Huygens para modelar la expansión de un frente de fuego poligonal a través del tiempo. FARSITE incorpora capas raster de topografía y combustibles, así como datos meteorológicos (temperatura, precipitación, humedad relativa, viento y nubosidad).

Se utilizaron datos de incendios activos de satélites para determinar las fechas de inicio y fin del incendio, por lo tanto, la duración del evento de incendio, determinar el lugar o lugares de ignición y evaluar las discrepancias temporales y espaciales entre las observaciones del fuego activo y el crecimiento simulado del fuego.

Se utilizaron datos de fuego activo del producto de localización de incendios de MODIS, que combina las bandas infrarrojas medias y térmicas para detectar incendios que se queman en el momento del paso superior, proporcionando información sobre la ubicación, fecha, y el tiempo de los incendios activos detectados.

Pasando la ITV a los modelos actuales

La cuantificación de las discrepancias espacio-temporales de las simulaciones de crecimiento del fuego se basó en dos nuevas medidas: la Discrepancia Espacial (SpD) y la Discrepancia Espacial Relativa Normalizada (NRSpD). El SpD proporciona información sobre cuán distante está el crecimiento del fuego simulado de los incendios activos detectados en un paso superior del satélite y puede integrarse para la longitud total del fuego individual. El NRSpD es una medida relativa útil para comparar simulaciones de incendios de diferentes tamaños y duraciones y para comparar intervalos de tiempo del mismo incendio.

Se analizaron cómo algunas de las limitaciones reconocidas pueden afectar potencialmente las medidas propuestas de discrepancia en el crecimiento de incendios derivadas de los satélites, centrándose en dos cuestiones principales: subestimación de la actividad de los incendios y resolución espacial. Los incendios que arden bajo cubierta de nubes persistentes y densos humos de humo son difíciles de detectar. Sin embargo, la detección puede ser posible si la capa de nubes o humo es delgada.

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A la luz algunas discrepancias

Se realizaron simulaciones de crecimiento del fuego y se compararon sus estimaciones con la posición de los incendios activos por satélite durante los mismos períodos de tiempo (Fig. 2). Tres estudios del caso (COV2, TAV y LL) mostraron una correspondencia espacial y temporal razonable entre los incendios activos observados y las correspondientes simulaciones de crecimiento del fuego. La simulación del COV2 cubrió casi todo el perímetro del fuego, mientras que se arrastra ligeramente detrás comparado con las posiciones de fuego activas del satélite. De manera similar, para los estudios de caso TAV y LL, las simulaciones de crecimiento de fuego superaron la progresión activa del fuego denotando una ligera sobreestimación del modelo.

Fig. 2. Para cada estudio de caso, las simulaciones detectadas de Fuego MODIS (izquierda) y de crecimiento del fuego (derecha) se muestran en la misma escala temporal. El crecimiento del fuego está representado por incrementos de tiempo transcurridos del 10% desde el inicio hasta la fecha de finalización del evento. También se muestran los perímetros de cicatrices quemadas cargadas para cada estudio de caso.

Mientras que la Fig.2 muestra la distribución temporal de los incendios activos y el crecimiento del fuego simulado a lo largo de cada intervalo de tiempo transcurrido, la cuantificación de la discrepancia espacial entre ambas fuentes de datos para cada posición activa de fuego se muestra en la Fig. 3. Existen principalmente dos clases de valores de discrepancia espacial representados en la Fig. 3: observaciones con SpD inferior a 1 km y valores de NRSpD entre -0,2 y 0,2 (aquellos con el mejor acuerdo espacial); Y las observaciones con SpD N1-2 km, que corresponden a las observaciones con un fuerte retraso de la simulación de crecimiento de fuego (NRSpD valores inferiores a -0,4). La información combinada de las Figs. 2 y 3 muestra un patrón general de discrepancias crecientes con el tiempo transcurrido desde la ignición. La discrepancia espacial para la mayoría de los incendios activos es inferior a 1 km, lo que denota un buen acuerdo espacial entre la simulación y los datos de fuego activo.

Fig 3. La Discrepancia Espacial (SpD, a la izquierda) y la Relación Normalizada Discrepancia Espacial (NRSpD, a la derecha) medidas mapeadas para cada estudio de caso. Los perímetros de cicatriz quemados también están superpuestos (líneas negras).

En general, el crecimiento del fuego simulado es consistentemente subestimado (NRSpD b 0) cuando se compara con los datos de incendios activos por satélite.

Aún hay cosas que mejorar

Para la mayoría de los estudios de caso, el crecimiento del fuego se produjo durante el 50-70% inicial del tiempo de duración del fuego, un patrón no seguido por las simulaciones. Las simulaciones de crecimiento del fuego se retrasaron para la mayoría de los estudios de caso cuando se compararon con las posiciones de fuego activas por satélite (Fig. 2).

En general, los valores de SpD son grandes y los valores de NRSpD cercanos a -1, lo que significa que las simulaciones subestimaron el crecimiento del fuego con grandes discrepancias espaciales (N1-2 km). También hay una gran variabilidad en las medidas de discrepancia espacial a lo largo del tiempo transcurrido desde la ignición .

La subestimación potencial de la actividad de incendios debido a la nubosidad y las columnas de humo es un problema que afecta a las detecciones térmicas de todos los sensores, no sólo MODIS.

El esquema de evaluación basado en satélites propuesto es aplicable a cualquier otro conjunto de datos térmicos por satélite o aerotransportado.

La fusión de conjuntos de datos de fuego activos existentes de sensores existentes y/o próximos, con resoluciones espaciales y temporales mejoradas aumentará la aplicabilidad de datos de incendios activos por satélite para evaluar simulaciones de crecimiento de fuego.  En este contexto, los datos de fuego activo VIIRS tienen un potencial notable debido a su mayor resolución espacial, menor deformación de la huella y mayores tasas de detección, en comparación con los datos MODIS, particularmente para los incendios de pequeña y baja intensidad.

En general, este estudio propone un enfoque de evaluación sistemática y es un primer intento de mostrar el potencial de utilizar datos de fuego a través de MODIS para evaluar simulaciones de propagación de incendios.

Además, el enfoque también puede ampliarse para evaluar otros procesos de expansión tales como por ejemplo inundaciones, mortalidad de la vegetación y derrames de petróleo.


Fuente: Ana C.L. Sá , Akli Benali, Paulo M. Fernandes, RenataM.S. Pinto, Ricardo M. Trigo, Michele Salis, Ana Russo, Sonia Jerez, Pedro M.M. Soares,Wilfrid Schroeder, JoséM.C. Pereira. Evaluating fire growth simulations using satellite active fire data

Foto principal: Foto de satélite de Google Earth en la zona portuguesa entre Alentejo y Algarve

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