An operational system of fire danger rating over Mediterranean Europe

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pinto, Miguel Neves Mota
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/25213
Resumo: Tese de mestrado, Ciências Geofísicas (Meteorologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016
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spelling An operational system of fire danger rating over Mediterranean EuropePerigo de incêndioGestão de fogos florestaisDistribuição de Pareto generalizadaDeteção remotaTeses de mestrado - 2016Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e EnergiaTese de mestrado, Ciências Geofísicas (Meteorologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016Os fogos florestais representam um problema sério à escala global para a sociedade moderna. Em particular, a região mediterrânica é afetada regularmente por grandes fogos com impactos negativos aos níveis ecológico, social e económico. Desde 1990 que a Comissão Europeia tem vindo a implementar diversas ações com vista a atenuar o problema dos fogos na Europa, em especial nos países do Sul, sendo de mencionar a implementação de metodologias que visam estimar o perigo de incêndio. Existem diversos índices para estimar o perigo de incêndio, destacando-se o denominado Fire Weather Index (FWI) que mostrou ser particularmente útil na região mediterrânica. O FWI foi concebido originalmente para as florestas Canadianas e, por isso, necessita de ser calibrado para as características da vegetação e condições meteorológicas presentes na região do Mediterrâneo. Neste estudo procede-se ao desenvolvimento de uma metodologia que permite determinar o perigo de incêndio com base na estimativa de uma probabilidade de excedência de um determinado limiar, previamente definido, de energia diária libertada pelos fogos florestais. Aplica-se o procedimento a uma região da Europa Mediterrânica, delimitada pelos paralelos 35 e 45ºN e pelos meridianos 10ºW e 27.5ºE sobre a qual se define uma malha com a resolução espacial do disco MSG (Meteosat Second Generation), a qual corresponde a cerca de 0.04º em latitude e longitude. Tendo em conta que os dados meteorológicos são referentes às 12h UTC para toda a região, procede-se à sua subdivisão em 5 zonas parcialmente sobrepostas por forma a minimizar as diferenças de fuso horário. Neste estudo utilizam-se dados meteorológicos, dados de coberto vegetal e dados de incêndios florestais. Os dados meteorológicos provêm das reanálises ERA-Interim produzidos pelo Centro Europeu de Previsão do Tempo a Médio Prazo (ECMWF) e consistem em campos diários, com referência às 12h UTC, de temperatura a 2m, temperatura do ponto de orvalho, componentes zonal e meridional do vento a 10m e precipitação acumulada em 24 horas. Estes dados, com resolução de 0.75º, são reprojetados na malha do MSG aplicando-se uma correção topográfica aos dados de temperatura com base na diferença de topografia entre as malhas do modelo do ECMWF e do MSG e considerando um gradiente vertical de temperatura constante de -0.67ºC/100m. Os dados de coberto vegetal provêm da base de dados GLC2000, que contém 22 tipos de vegetação/uso do solo, os quais se agruparam em três categorias mais gerais – floresta, mato e terrenos agrícolas. Os dados de incêndios florestais são um produto desenvolvido pela Satellite Application Facility for Land Surface Analysis (LSA SAF) a partir de observações dos satélites Metosat, cuja exploração é da responsabilidade da EUMETSAT, a agência europeia para a exploração dos satélites meteorológicos. Para cada ocorrência, recorreu-se a informação acerca da potência radiativa libertada, das coordenadas geográficas, da data e hora e ainda do nível de confiança. O FWI é calculado diariamente com base nos dados meteorológicos, calculando-se ainda, para cada dia e para cada pixel, as anomalias FWI* relativamente ao respetivo valor médio calculado para o período de 1979 a 2014. A utilização de anomalias FWI*, em vez do FWI, tem a vantagem de atenuar os efeitos devidos à influência da localização geográfica na classificação do perigo de incêndio. Finalmente, a energia diária libertada pelos eventos de fogo observados em cada pixel e em cada dia é calculada com base nos dados de potência radiativa dos fogos observados remotamente a partir do espaço pelo sensor SEVIRI a bordo dos satélites geostacionários Meteosat. Como a taxa de amostragem dos dados é de 15 minutos, a energia diária é calculada integrando numericamente os valores observados pelo método dos retângulos. De notar que apenas se consideram os fogos cujo nível de confiança atingiu pelo menos 90% durante o respetivo dia. O procedimento desenvolvido consiste em estimar as denominadas probabilidades estática e diária de excedência de um determinado limiar de energia. Para um dado ponto, a probabilidade estática é estimada pela razão entre o número de ocorrências diárias cuja energia libertada exceda um determinado limiar e o número total de ocorrências no interior de uma célula centrada no ponto. A probabilidade estática é então determinada para vários limiares de excedência, desde 45 a 1800 GJ, e permite definir classes de perigo de incêndio com base nos − 1 quantis para um dado limiar de excedência. Escolhese o limiar de excedência de tal forma que a classe atribuída a um dado pixel apresente uma fraca dependência no limiar de excedência escolhido. Assim, analisando graficamente a percentagem de pixéis que não mudam de classe quando se tomam limiares consecutivos, escolheu-se o nível de 810 GJ para definir as classes de perigo, número este que, para cada zona, se escolheu empiricamente com base no número de fogos observado durante o período de estudo e no comportamento e qualidade do ajuste dos modelos estatísticos. Obtiveram-se, assim, cinco classes para as zonas A e D, 4 classes para a zona E, 3 classes para a zona C e duas classes para a zona B. Por sua vez, a probabilidade diária de excedência é estimada para cada zona/classe com base numa distribuição de Pareto Generalizada em que o FWI* é uma covariável do parâmetro de escala, a qual integra os fatores meteorológicos. Combinando a probabilidade estática, que depende apenas da localização geográfica, com a probabilidade diária que tem em conta as condições meteorológicas, obtém-se a uma probabilidade de excedência de determinado nível de energia para um fogo que tenha início em determinado pixel. O racional é que os fogos de pequena dimensão, avaliados através da probabilidade estática, têm uma dependência fraca no estado do tempo, enquanto os grandes fogos dependem fortemente das condições meteorológicas. Uma das vantagens da metodologia proposta é a de que a probabilidade de excedência permite avaliar o perigo de incêndio com os mesmos critérios para toda a área de estudo, o que torna a probabilidade num bom parâmetro para se harmonizar previsões de perigo de incêndio e estudos de gestão florestal. Com efeito, recorrendo ao histórico de episódios de fogo, mostra-se que as frequências de excedência observadas na área em estudo durante o período 2010-2015 estão de acordo com os valores de probabilidade baseados nos modelos desenvolvidos de probabilidades estática e diária de excedência. A existência de uma (pequena) variabilidade entre os diferentes anos analisados sugere que se proceda a refinamentos em trabalhos futuros mediante a utilização de uma amostra mais vasta a fim de aumentar a robustez do método. A probabilidade de excedência definida permite uma avaliação física do perigo de incêndio. No entanto é também importante converter esta informação em classes de perigo orientadas para o utilizador comum. Para tal consideram-se break-points de probabilidade de excedência que devem ser calibrados para cada região de interesse a fim de se avaliar de forma ótima as características regionais dos fogos. Analisando as várias ocorrências distribuídas pelas 5 classes de perigo definidas e para vários níveis de energia em forma de tabela verifica-se que, como esperado, os fogos com maior energia libertada concentram-se nas classes de perigo mais elevadas o que se traduz numa forte indicação de que as condições meteorológicas desempenham um papel determinante no desenvolvimento de grandes incêndios florestais. Verifica-se ainda que as probabilidades de excedência de 900 GJ para as regiões consideradas estão de acordo com os break-points de probabilidade de excedência definidos. Finalmente são apresentados 3 casos de estudo, respetivamente para 8 de agosto, 3 de setembro e 28 de março de 2012. Analisando os campos espaciais de probabilidade de excedência de 900 GJ e das classes de perigo de incêndio e comparando estes campos com a distribuição espacial dos fogos observados e com as características da vegetação do terreno conclui-se que as características espaço temporais dos fogos florestais observados traduzem as condições meteorológicas assim como as condições de seca da vegetação. Finalmente, em apêndice, faz-se uma breve descrição de uma página web desenvolvida para divulgação diária e em tempo real da previsão do perigo de incêndio e da probabilidade de excedência.A methodology is presented to assess fire danger based on the probability of exceedance of prescribed thresholds of daily released energy. The procedure is developed and tested over Mediterranean Europe, defined by latitude circles of 35 and 45ºN and meridians of 10ºW and 27.5ºE, for the period 2010-2015. The procedure involves estimating the so-called static and daily probabilities of exceedance. For a given point, the static probability is estimated by the ratio of the number of daily fire occurrences releasing energy above a given threshold to the total number of occurrences inside a cell centred at the point. The daily probability of exceedance which takes into account meteorological factors by means of the Canadian Fire Weather Index (FWI) is estimated based on a Generalized Pareto distribution with FWI as covariate of the scale parameter. The rationale of the procedure is that small fires, assessed by the static probability, have a weak dependence on weather, whereas the larger fires strongly depend on concurrent meteorological conditions. Probability of exceedance allows evaluating fire danger with the same criteria for all the study area, making it a good parameter to harmonize fire danger forecasts and forest management studies. Probability of exceedance further allows defining a set of 5 classes of fire danger by breaking up levels of probability of exceedance. These levels should be calibrated for each region of interest in order to best evaluate the regional fire characteristics. It is shown that observed frequencies of exceedance over the study area for the period 2010-2015 match with the estimated values of probability based on the developed models for static and daily probabilities of exceedance. Some (small) variability is however found between different years suggesting that refinements can be made in future works by using a larger sample to further increase the robustness of the method.Câmara, Carlos Portugal da, 1957-Repositório da Universidade de LisboaPinto, Miguel Neves Mota2016-12-13T12:33:12Z201620162016-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/25213TID:201340526enginfo: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:RCAAP2023-11-08T16:14:41Zoai:repositorio.ul.pt:10451/25213Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:42:14.615609Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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