Statistical models to forecast summer burned area in Portugal based on meteorological indices of fire danger
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| Data de Publicação: | 2013 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10451/10475 |
Resumo: | Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013 |
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Statistical models to forecast summer burned area in Portugal based on meteorological indices of fire dangerFogos florestaisEventos extremosCondições meteorológicas e climatéricasModelos estatísticosModelo de prevenção de fogos florestaisTeses de mestrado - 2013Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013Nos últimos anos, os incêndios florestais têm vindo a cativar a atenção da comunidade científica, procurando os investigadores identificar os principais fatores que controlam estes eventos, que têm vindo a tornar-se cada vez mais extremos. No contexto europeu a zona Mediterrânica assume especial relevância na medida em que representa cerca de 85% de toda a área ardida na Europa. Só em Portugal Continental, segundo estatísticas oficiais, arderam cerca de 3 468 986 há no período de1980 a 2011, uma área que é equivalente a 3/5 de toda a floresta portuguesa, sendo que no final deste período foi quando se registou um maior aumento destes valores, que teme-se que continuem a aumentar. Os incêndios em Portugal, tal como em toda a Europa mediterrânica, são um fenómeno natural relacionado com mecanismos meteorológicos, atividade antropogénica e condições da vegetação que se traduzem na quantidade de combustível disponível. Mesmo que as ações do homem, como a migração do interior para o litoral com o consequente abandono das terras, numa escala global, sejam responsáveis por grande parte da ignição dos fogos, diferentes estudos apontam as condições meteorológicas e climáticas como grandes responsáveis pelo aumento das áreas ardidas, na medida em que o clima em Portugal é caracterizado por invernos chuvosos e fracos seguidos de verões muito quentes e secos que induzem um stress elevado na vegetação quando chega o verão, época de ocorrência da maioria dos fogos. Tem-se assim que, caso não estejam reunidas as condições necessárias para todas as diferentes etapas presentes num incêndio, rápida e facilmente este será apagado. Assim, por exemplo, a precipitação e a temperatura são dois fatores importantes na primavera na medida em que condicionam a quantidade de combustível existente para arder, o vento e a precipitação são de extrema importância para o desenvolvimento e extinção do fogo e a temperatura é crucial para a ignição deste. Diversos estudos apontam, ainda, que, para Portugal, os dois fatores que controlam a variabilidade interanual da área ardida são os relacionados com a ocorrência de longos períodos de seca sem precipitação na pré-época de incêndios e de dias de elevada temperatura, associados a ondas de calor no verão, durante o período mais favorável à ocorrência de incêndios florestais. Com o presente trabalho pretende-se ter uma melhor compreensão da contribuição dos diversos fatores meteorológicos para a inter-variabilidade anual de área ardida em Agosto numa região central de Portugal. Os fatores meteorológicos são, normalmente, caracterizados a partir de sistemas de avaliação do risco de incêndio, os quais normalmente dependem de índices provenientes de parâmetros meteorológicos. No presente estudo recorre-se ao denominado Daily Severety Rating (DSR), uma componente do Canadian Forest Fire Danger Rating System (CFFDRS). Este índice será utilizado para caracterizar a pré-época de incêndio, respetivamente em termos de stress térmico e stress hídrico da vegetação, bem como constituirá um indicador de condições meteorológicas extremas que ocorrem nos meses de verão. O presente estudo foi motivado pelo projeto de licenciatura da autora, subordinado título “Vegetation stress and summer fire activity in Portugal’. Este trabalho teve como objetivo principal o de avaliar a importância da informação proveniente de meios de deteção remota para a monitorização do stress da vegetação durante a pré-época de incêndios, tendo-se demonstrado que esta informação específica pode contribuir para a construção de cenários de severidade para as épocas de incêndio que imediatamente se seguem (Nunes, 2012). Procedeu-se a uma análise dos ciclos de temperatura, ao nível da superfície do solo bem como condições fenológicas da vegetação para determinados anos separados em classes caracterizadas por valores muito elevados ou muito baixos de área ardida. O stress térmico da vegetação foi analisado usando uma série temporal de compósitos de 10 dias de temperatura de brilho a 10,8 μm, enquanto que o stress hídrico foi caracterizado por uma série temporal de compósitos de 10 dias de dois índices vegetativos, os denominados normalized difference vegetation index (NDVI) e leaf area index (LAI). Os resultados obtidos põem em evidência o papel do stress térmico nos meses de Verão (Julho e Agosto), enquanto o stress hídrico toma um papel mais importante para os meses de Primavera (Abril até Junho). Anos com valores elevados de área ardida mostram-se associados a anomalias positivas de LAI na Primavera e temperatura no Verão, ou seja, mais biomassa na Primavera e mais stress no Verão. Anos com valores mais baixos apresentam um comportamento completamente oposto, mostrando-se associados a anomalias negativas de LAI na Primavera e de temperatura no Verão, ou seja, défice de biomassa e condições desfavoráveis para ignição no Verão. Com base nesta informação, construiu-se um modelo de lógica vaga (modelo verbal) para a severidade dos incêndios no Verão. Devido à relação entre o stress da vegetação com as condições meteorológicas de longo prazo durante Primavera, expressas em termos de temperatura e precipitação, e dada a relação estreita do stress térmico da vegetação com as condições meteorológicas extremas que favorecem a ignição e propagação do fogo, este estudo também colocou em perspetiva a importância de fatores climáticos e meteorológicos quando se pretende avaliar a severidade da época de incêndios (Nunes, et al., 2013). O objetivo do presente estudo é o de proporcionar uma melhor compreensão do papel desempenhado pelas condições meteorológicas durante a pré-época e a época de incêndios, bem como analisar a importância relativa dos seus impactos na inter-variabilidade anual de área ardida. Começa por mostrar-se que os valores logarítmicos decimais de área ardida em Agosto na área em estudo para o período de 1980 a 2011 seguem uma distribuição normal. Seguidamente mostra-se que essa distribuição normal pode ser melhorada incorporando no modelo covariáveis baseadas em dois tipos de valores acumulados de DSR: DSRcum que consiste em valores mensais médios acumulados de DSR de April a Julho e DSR+ que consiste na raiz quadrada da média diária dos quadrados dos desvios climatológicos dos valores diários DSR em Agosto, operando a média apenas sobre os dias com desvio positivo. Derivaram-se assim três diferentes modelos, nomeadamente o modelo de “anomalia climática” que utiliza o DSRcum como co variável, o modelo de “anomalia meteorológica” que utiliza o DSRs como covariável e o modelo “combinado” que utiliza ambos os DSRcum e DSR+ como covariáveis. Mostra-se, em seguida, que o desempenho do modelo de “anomalia meteorológica” apresenta melhores resultados que o modelo de “anomalia climática” e que o desempenho do modelo “combinado” é significativamente melhor do que o dos modelos anteriores. Esta informação é especialmente interessante na medida em que aponta para o facto das condições de pré-época de incêndios não poderem ser ignoradas quando se analisa a variabilidade interanal de área ardida. Os resultados obtidos proporcionam ainda uma perspetiva interessante em relação ao desenvolvimento de modelos estatísticos que antecipem a severidade da época de incêndios, uma ferramenta que poderá ser de importante uso na prevenção e gestão de incêndios. Os três modelos desenvolvidos foram ainda utilizados para definir “perigo de background”, DBG, “perigo meteorológico”, DFW e “perigo combinado”, DCOMB. Os três tipos de perigo de incêndios quantificam respetivamente o acréscimo ou decréscimo da probabilidade de ocorrência de grandes incêndios em Agosto que se pode atribuir a condições meteorológicas na pré-época de incêndios, na época de incêndios ou ambas. Finalmente mostra-se que anos como 1991, 2003 e 2005, caracterizados por atividade muito elevada de incêndios, se encontram associados a níveis elevados de DBG, DFW and DCOMB, enquanto anos como 1988, 1997 e 2008, caracterizados por atividade muito baixa de incêndios, se encontram associados a níveis baixos de DBG, DFW and DCOMB, ficando assim evidenciado os papéis desempenhado pelas condições meteorológicas de pré-época de incêndio, que atuam à escala mensal a sazonal, e pelas condições meteorológicas durante a época de incêndios, que atuam à escala de um a 10 dias.Like in other Mediterranean regions, climate and weather are the major drivers of fire activity in Portugal. The aim of the present study is to assess the role of meteorological factors on the interannual variability of burned area over a region of Central Portugal. The study covers a 32-year period that extends from 1980 to 2011. The study region is dominated by forest and the high percentages of maritime pine, eucalyptus and oak, that are extremely flammable in summer, explain the fact that, although occupying only 18% of the territory of Portugal, the chosen study area is responsible for 43% of the burned area in August during the study period. A normal distribution model is fitted to the 32-year sample of decimal logarithms of monthly burned area during August over the study area. This model is then improved by introducing as covariates two different measures of prevailing meteorological conditions as derived from Daily Severity Rate (DSR), an indicator of meteorological fire danger; DSRcum which consists of cumulated values of monthly means of DSR from April to June and DSR+ which consists of the square root of the mean of the squared daily deviations of DSR in August from the climatology, the average being performed only over days of positive deviation. Three models were accordingly derived; the “climate anomaly” model that uses DSRcum as a covariate; the “weather anomaly” model that uses DSR+ as a covariate; and the “combined” model that uses both DSRcum and DSR+ as covariates. The three models were used to define background fire danger, DBG, fire weather danger, DFW, and combined fire danger, DCOMB, respectively. These three types of danger respectively quantify the increase or decrease in probability of having a large fire in August that is attributed to pre-fire season conditions, to fire season conditions and to both conditions. Results from the “climate anomaly” model put into evidence the role of long-term pre-fire season conditions on the inter-annual variability of burned area. All but one of the 11 cases modeled as of low (high) level of background fire danger belong to the severe (mild) category. However short-term meteorological conditions during August have a key role on inter-annual variability as illustrated by the relatively better performance of the “weather anomaly” model. The two meteorological factors, i.e the “climate anomaly” and the “weather anomaly” have nevertheless to be taken together into account in order to improve modeling of the moderate years. This is demonstrated by the increase in performance of the “combined” model that was mainly due to an increase in the number of moderate years that were modeled as of medium danger.Câmara, Carlos Portugal da, 1957-Repositório da Universidade de LisboaNunes, Sílvia Almeida2014-02-06T14:57:23Z20132013-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/10475TID:201289709enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T15:55:59Zoai:repositorio.ul.pt:10451/10475Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:34:29.283031Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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