Aplicación de datos del mes: Incendios Forestales

Alrededor de 330-431 millones de hectáreas en todo el mundo se ven afectadas por incendios forestales cada año (cf. Giglio et al. 2010). Los incendios forestales son un peligro natural que puede provocar una gran destrucción de las áreas naturales y los medios de vida. A menudo se define como un incendio incontrolado en un área forestal. Las causas de los incendios forestales incluyen rayos, factores ambientales como el clima, el combustible (acumulación de biomasa) y la topografía, o actividades humanas como la quema agrícola y los incendios provocados. Los pequeños incendios forestales son parte del sistema natural y pueden beneficiar al ecosistema al renovar la vegetación. Sin embargo, los incendios forestales que son difíciles de controlar pueden destruir grandes áreas de asentamiento, ecosistemas, vidas humanas y propiedades. Los períodos secos con alta evaporación y baja precipitación persistentes aumentan el riesgo de incendios forestales. La presencia de vientos fuertes hace que sea más difícil aún controlar los incendios forestales e incrementan el daño dramáticamente. Las redes de cooperación internacional tienen como objetivo mejorar la gestión de incendios forestales (e.g. FAO 2006 Fire Management: review of international cooperation) centrándose en la respuesta, la reconstrucción, la prevención y la preparación. Las imágenes satelitales contribuyen a las cuatro fases del ciclo de gestión de riesgos al proporcionar información sobre la ocurrencia de incendios forestales y los factores que pueden generar un alto peligro de incendio.

Contenido

1. ¿Para qué se utiliza la información satelital para incendios forestales?

2. ¿Cómo se mapean los incendios forestales desde el espacio?

    2.1 Preparación de riesgos de incendios forestales

    2.2 Respuesta de riesgo de incendio

3. ¿Cómo puedo acceder a los datos relevantes?

4. ¿Cómo se utilizan los datos para la gestión del riesgo de desastres y la respuesta de emergencia?

    4.1 Estudio de caso de Gestión de Riesgos

    4.2 Estudio de Caso de Respuesta a Emergencias


1. ¿Para qué se utiliza la información satelital para incendios forestales? 

Los incendios forestales pueden destruir grandes áreas en un tiempo relativamente corto y a menudo son difíciles de controlar. La información satelital se utiliza para controlar los incendios forestales y disminuir las consecuencias negativas, como la muerte, los impactos en la salud y los impactos socioeconómicos. Los datos satelitales se utilizan para mapear incendios forestales actuales, áreas quemadas, daños, emisiones, erosión del suelo, regeneración de vegetación y para predecir la probabilidad de incendios forestales (como se puede ver en la figura 1). Esta información respalda el ciclo completo de gestión de desastres, es decir, reconstrucción, mitigación, preparación y respuesta a desastres.

Figura 1. Uso de información satelital para incendios forestales en el ciclo de gestión de desastres. Fuente: Sistema Europeo de Información sobre Incendios Forestales, http://effis.jrc.ec.europa.eu

2. ¿Cómo se mapean los incendios forestales desde el espacio?

Los sensores en satélites pueden medir variables en tierra y en la atmósfera, ambas relacionadas con incendios forestales. Los sensores térmicos miden el calor y se utilizan para detectar puntos calientes de incendio. También se utilizan sensores infrarrojos para detectar emisiones. Los sensores ópticos en el dominio visible e infrarrojo cercano se usan para mapear la cobertura del suelo, identificar áreas quemadas y monitorear la regeneración de la vegetación. Se usa una combinación de diferentes sensores espaciales e in situ para los pronósticos de riesgo.

 

2.1 Preparación para riesgos de incendios forestales

Para aumentar la preparación, es necesario conocer el peligro de incendios futuros. Una mejor preparación da más tiempo para la mitigación de incendios y acciones preventivas. Además, incluye el conocimiento de cuál es la respuesta adecuada a diferentes situaciones de incendios forestales (según la vegetación, el viento, etc.) y cuál es el plan de acción.

Un sistema de alerta temprana mejora la preparación y aumenta el control sobre los incendios forestales. La información satelital puede proporcionar clasificaciones de riesgo de incendio basadas en información sobre la cobertura del suelo, las sequías y las condiciones del combustible. Estas clasificaciones pueden dar una advertencia de 4 a 6 horas antes de que se active el incendio forestal. Con información satelital sobre la precipitación, la temperatura, el viento y la humedad relativa se pueden hacer índices que indican sequedad, disponibilidad de combustible (en forma de basura) y posible propagación del fuego. En la última sección de éste documento se proporciona un estudio de caso que utiliza estos índices para un Sistema de alerta temprana global (Global EWS) para incendios forestales.

Los datos de observación de la Tierra (datos de detección remota) también contribuyen al modelado de incendios forestales. Los datos satelitales se utilizan como entrada para los modelos de incendios forestales o como datos de calibración. Los datos de entrada incluyen datos de precipitación, temperatura o humedad relativa para un momento determinado. La detección de cambios o la información durante un período de tiempo se pueden usar para calibrar un modelo de incendio forestal. Esto se hace comparando la observación de la Tierra con los resultados del modelo. Las combinaciones de modelos y datos satelitales forman herramientas predictivas que apoyan los esfuerzos de preparación y mitigación (por ejemplo, Global EWS).

2.2 Respuesta de peligro de incendio forestal

Una respuesta rápida al peligro comienza con la localización del peligro tan pronto como sea posible. El monitoreo de incendios es una de las principales aplicaciones de la información satelital y tiene como objetivo detectar un incendio forestal tan pronto como comienza. La actividad de incendio actual, también llamada puntos de acceso de incendio, puede ser observada por bandas infrarrojas térmicas en plataformas satelitales como MODIS. Los hotspots se pueden recuperar de la banda MODIS 21,22,31,32 (térmica e infrarroja media) que detecta las diferencias térmicas por pixel. Si un pixel tiene una temperatura significativamente más alta que los pixeles circundantes, es probable que este sea un punto de acceso de incendio. Cuando el sistema de respuesta rápida MODIS detecta y calcula los puntos críticos de incendio, los registra el Sistema de información de incendios para el manejo de recursos (FIRMS) de MODIS. Se guardará información adicional, como latitud y longitud (ubicación del punto central), porcentaje de confianza, fecha de adquisición, hora del paso superior del satélite, nombre del satélite (Terra o Aqua), escaneo y seguimiento (resolución espacial real del pixel escaneado) y la temperatura de brillo (BT) del canal 21 o 22 (en Kelvin). El porcentaje de confianza puede estar entre 0 y 100% y se asignará una de las tres clases de peligro de incendio: confianza baja, confianza nominal o confianza alta (Tanpipat 2009). MODIS no solo controla los puntos calientes de incendio, sino también patrones como cicatrices por quemadura, emisiones de humo o composición y condición de la vegetación. Esta información puede ayudar a hacer predicciones sobre el comportamiento del fuego. Además, el consumo de combustible (basura) combinado con la velocidad de propagación del incendio puede determinar la intensidad del incendio. La energía radiativa del fuego, que se mide mediante sensores satelitales, puede predecir el consumo de combustible y las emisiones. Toda esta información contribuye a los pronósticos de comportamiento del fuego y a una respuesta rápida y precisa.

Otra forma de datos recuperados de imágenes satelitales son los datos de áreas quemadas. Un método para mapear esta área es hacer un compuesto de color falso (combinando la banda roja, infrarroja cercana y verde), posiblemente combinada con un modelo de elevación digital, seguido de una clasificación de cobertura terrestre. En la clasificación de la cobertura del suelo, varias clases de cobertura del suelo se seleccionan como "Regiones de interés", como bosques, áreas urbanas y áreas quemadas. El software podrá distinguir las áreas quemadas en las imágenes satelitales y proporcionar un shapefile o mapa que resalte el área quemada. El mapa con el área quemada se puede utilizar para la evaluación de daños y para apoyar los esfuerzos de reconstrucción.

Las áreas quemadas y la severidad del fuego (severidad de la quemadura) también pueden evaluarse mediante la Relación de Quema Normalizada (Normalized Burn Ratio, NBR por sus siglas en inglés). La fórmula NBR es similar a la NDVI (consulte la aplicación del índice de vegetación). La única diferencia es que el NBR utiliza las bandas de infrarrojo cercano (NIR) e infrarrojo de onda corta (SWIR). La fórmula tiene el siguiente aspecto y se puede utilizar en la calculadora de imágenes o en cualquier software de calculadora de satélites:

La NBR se calcula normalmente para una imagen de satélite antes y después de un incendio forestal. La extensión del área quemada y la gravedad se pueden encontrar al calcular la diferencia entre los valores NBR antes y después del incendio forestal.

Si los valores de dNBR exceden un cierto valor de umbral, esto indica que el área se ha quemado. Para la severidad del fuego hay varios rangos de dNBR. Para evaluar si un área se quema, el valor de umbral debe calcularse o determinarse para hacer una clasificación dNBR. Estos valores de umbral podrían basarse en datos NBR históricos de quemas en la región de interés (utilizando valores medios y desviaciones estándar).

Para los esfuerzos de reconstrucción se utilizan con frecuencia los mapas de regeneración de vegetación, que se crean con el uso de índices de vegetación. Consulte la aplicación de índices de vegetación para obtener más información sobre cómo utilizar esta aplicación  (Link).

3. ¿Cómo puedo acceder a los datos relevantes?

Existen múltiples métodos para mapear incendios forestales y diferentes objetivos, dependiendo de la etapa en el ciclo de gestión de desastres. Por lo tanto, los datos necesarios serán diferentes según la fase de gestión de desastres. La resolución de los datos puede afectar los costos y la frecuencia de tiempo disponible. El portal de conocimiento de UN-SPIDER proporciona diferentes fuentes de datos y explicaciones de los institutos, sensores y accesibilidad de los datos (por ejemplo, la sección "Enlaces y recursos").

Hay varios conjuntos de datos disponibles para la preparación contra incendios forestales, que muestran puntos de acceso o tasas de peligro de incendio para ciertas regiones. Es posible que se necesiten datos adicionales, como la precipitación o el viento, al usar los índices para estimar el riesgo de incendio forestal.

Para el mapa de respuesta/reconstrucción de incendios forestales, hay datos disponibles para el mapeo de áreas quemadas o mapas con áreas quemadas ya localizadas. Los datos satelitales disponibles con una banda NIR y SWIR podrían usarse para calcular la relación NBR o para el mapeo de erosión, emisión, regeneración de vegetación y evaluación de daños.

Preparación / Hotspots

  • EOSDIS Worldview –NASA ofrece opciones para incendios y anomalías térmicas en un mapa del mundo interactivo. Es posible exportar los datos y también se pueden encontrar datos sobre la temperatura o la precipitación (para cálculos de índice). (Enlace)
  • El Sistema Avanzado de Información Sobre Incendios proporciona un mapa interactivo de los puntos de acceso actuales (últimas 48 horas). (Enlace)
  • El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) proporciona datos exportables de MODIS (shapefiles o archivos de base de datos, etc.) para los Estados Unidos. Con incendios detectados durante los últimos 7 días o por año. (Enlace)
  • Como se mencionó en el estudio de caso, GOFC-GOLD desarrolló un sistema de alerta temprana basado en el Índice de Clima de Incendios Forestales (Forest Fire Weather Index, FWI). Estos datos se proporcionan en previsiones de 7 días o mensuales. (Enlace)
  • La NASA tiene datos gratuitos de incendios activos de los últimos 24, 48 o 7 días en archivos shapefile, KML, WMS o de texto. (Enlace)
  • NOAA STAR tiene mapas interactivos con información global (o para la región seleccionada) sobre riesgo de incendio, humedad, sequía y temperatura. La información puede ser exportada para uso propio. (Enlace)
  • Para América del Sur, RedLaTIF ofrece varios mapas de iíxeles de incendio y mapas de riesgo de incendio. (Enlace)
  • El sensor VIIRS coordinado por NOAA, la universidad de Maryland y el servicio forestal de Estados Unidos. Registra incendios activos, que están disponibles en ASCII, KML, png y GeoTIFF.  (Enlace)
  • El pronóstico de riesgo de incendio, área quemada y puntos de acceso por el Sistema de Información de Incendios Forestales Globales de EFFIS también están disponibles aquí. (Enlace) 
  • Los datos de incendios activos de MODIS FIRMS en shapefile, KML, WMS o como mapas se pueden encontrar aquí.

Respuesta / Áreas Quemadas

Datos satelitales primarios (para hotspots, cálculos de área quemada, etc...)

  • La ESA (European Space Agency, Agencia Espacial Europea) tiene datos exportables, estadísticas y datos visualizados disponibles bajo pedido  (Enlace a los datos)
  • USGS proporciona datos satelitales básicos de diferentes sensores y períodos, que podrían usarse para cálculos de áreas quemadas o índices. (Enlace a los datos)
  • USGS también tiene un explorador de distribución de datos de riesgos que también incluye datos de eventos de incendio. Esto podría usarse para calcular áreas quemadas o para evaluar el daño. (Enlace a los datos)
  • Mapmart proporciona imágenes satelitales básicas, pero el servicio tiene costo. (Enlace a los datos)
  • El CNES tiene imágenes del satélite SPOT para uso propio (área quemada, índices). (Enlace a los datos)
  • La base de datos ESDI del Global Land Cover Facility tiene imágenes satelitales y productos disponibles desde varios satélites. Esto podría ser utilizado para el cálculo de índices o aplicaciones con software GIS.  (Enlace a los datos)

Precipitación etc...

  • El Sistema de Índice de Estrés Agrícola (Agricultural Stress Index System, ASIS, ONUAA) para datos de precipitación (Enlace a los datos)
  • FEWSNET-USGS-USAID proporciona datos de precipitación de forma gratuita (Enlace a los datos)

 

4. ¿Cómo se utilizan los datos para la gestión del riesgo de desastres y respuestas de emergencia?

4.1 Estudio de caso de Gestión de Riesgos

Un sistema para la gestión del riesgo de incendios forestales es el Sistema de Alerta Temprana Contra Incendios Forestales (Global Fire Early Warning System for Wildland Fire, EWS-Fire) de Global Observation of Forest Cover y Global Observation of Landcover Dynamics (GOFC-GOLD). El sistema Global EWS Fire System forma parte de la ‘Estrategia para mejorar la cooperación internacional en la gestión de incendios’ por la ONUAA (2006). El sistema Global EWS contra incendios se basa parcialmente en el Índice Meteorológico de Incendios Forestales Canadienses (Canadian Forest fire Weather Index, FWI) de Van Wagner (1987), uno de los sistemas más utilizados. Como muestra la figura 2, el FWI tiene 6 componentes principales: Código de Humedad de Combustible Fino (Fine Fuel Moisture Code, FFMC), Código de Humedad Duff (Duff Moisture Code, DMC), Código de Sequía (Drought Code, DC), Índice de Dispersión Inicial, Índice de Acumulación, y el Índice Meteorológico de Incendio.

Figura 2. Sistema Canadiense de Índice de Clima de Incendios Forestales (FWI). Basado en el diagrama de GOFC-GOLD http://www.fire.uni-freiburg.de/gwfews/overview.html

 

Los códigos de humedad del combustible (índices) toman en cuenta las capas orgánicas profundas del suelo, la materia orgánica de la superficie y la humedad de los combustibles finos (basura muerta). El FFMC representa la basura (combustible) disponible, que puede provocar incendios forestales, aumentar la velocidad de propagación y tiene un papel importante en las predicciones de riesgo de incendios forestales. DMC y DC se pueden usar como un indicador del riesgo de ignición por rayos y para estimar la dificultad de controlar el incendio, respectivamente. El uso de DMC y DC depende del combustible del incendio forestal, y solo es significativo para combustibles con suelo orgánico o basura muerta. El sistema FWI también tiene tres índices para el comportamiento potencial de los incendios forestales: Índice de Propagación Inicial (Initial Spread Index, ISI), Índice de Acumulación (Buildup Index, BUI) y el Índice Meteorológico de Incendios (Fire Weather Index, FWI). El ISI indica la posible propagación del incendio, que depende de las condiciones del viento. El BUI calcula el combustible disponible para el incendio forestal, lo que lleva a una estimación de un posible aumento de la severidad de este. El índice principal es el FWI, que indica la intensidad del fuego y se utiliza como una estimación del riesgo de incendio. El índice FWI también se usa para las clasificaciones diarias de gravedad (Daily Severity Ratings, DSR), que califican la dificultad de controlar los incendios. Un ejemplo de la indicación de clasificación de riesgo para cada índice en el sistema FWI según el departamento de Agricultura y Bosques de Alberta, Canadá, se puede encontrar aquí: http://wildfire.alberta.ca/fire-weather/understanding-fire-weather.aspx

El EWS global puede hacer pronósticos de hasta 7 días. Estas estimaciones también se comparan con los datos del hotspot del incendio de MODIS y pueden proporcionar información global acorde a una escala global consistente. Sin embargo, los índices deben interpretarse de manera diferente por región debido a las diferencias en la vegetación y el clima. Por lo tanto, el siguiente paso es hacer que el EWS global también sea aplicable por región, incluyendo factores regionales como el combustible, clima, políticas y vegetación. En este proceso, los datos de detección remota pueden proporcionar datos históricos para calibrar el EWS global por región.

4.2 Estudio de caso de respuesta de emergencia       

Para tener acceso rápido a imágenes satelitales para responder a incendios forestales, el Centro de Aplicaciones de Teledetección del Servicio Forestal del USDA y el Centro de Estudios Geológicos de Estados Unidos Para la Observación de Recursos de la Tierra y Ciencia han creado un programa de apoyo llamado Respuesta de Emergencia en Áreas Quemadas (Burned Area Emergency Response, BAER). Tan pronto como se producen los incendios forestales, el equipo BAER procesa imágenes satelitales para generar mapas que muestran las áreas quemadas y la gravedad de las quemaduras. También se pueden observar y comprender patrones para apoyar los esfuerzos de mitigación. El equipo de BAER proporciona una Clasificación de Reflectancia del Área Quemada (Burned Area Reflectance Classification, BARC), que muestra la condición del área quemada después del incendio forestal. Esta capa de datos tiene 4 clasificaciones: alta, moderada, baja y sin quemar. La capa de datos BARC es la entrada para generar los mapas de gravedad de las quemaduras y se basa en las diferencias entre los valores de infrarrojo cercano y medio de los canales de satélite. La vegetación previa al fuego se refleja altamente en el infrarrojo cercano, pero no en el infrarrojo medio. Después de un incendio, los valores de reflejo cambiarán debido a que la vegetación se ha quemado: baja reflexión del infrarrojo cercano pero alta reflexión del infrarrojo medio. Este es el mismo principio de la relación NBR mencionada anteriormente. Cuanto más grande sea la diferencia de proporción entre los valores de imágenes pre y post, más probable es que sea un área quemada. En general, el equipo de BAER puede proporcionar esta información y estos mapas en un plazo de 2 días. Estos datos y mapas pueden utilizarse posteriormente para evaluar el riesgo de inundaciones, erosión del suelo o deslaves para proporcionar una respuesta más precisa y eficaz.

Lecturas adicionales: Ejemplo de uso de datos MODIS para ubicaciones de hotspots en Tailandia, de Tanpipat, V., Honda, K. y Nuchaiya, P. (2009).  http://www.mdpi.com/2072-4292/1/4/1043