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Assessing meteorological fire danger over Europe based on a statistical model of satellite-derived fire radiative power

Detalhes bibliográficos
Resumo:	Nos últimos anos, a Europa tem sido afetada por eventos extremos de incêndio, tais como o episódio de Pedrogão Grande, em Portugal no ano de 2017, os incêndios na Suécia em 2018 e, em 2022, os incêndios em Inglaterra e na Alemanha. Acresce que vastas regiões da Europa são afetadas por uma elevada frequência de dias suscetíveis a incêndios e, particularmente no caso do sul da Europa, com uma área ardida elevada. Desta conformidade advém a necessidade de se dispor de um produto que quantifique o perigo meteorológico de incêndio à escala europeia, uma vez que a variabilidade climática explica cerca de um terço da variabilidade interanual da área ardida. A European Forest Fire Information System (EFFIS) utiliza o Fire Weather Index (FWI) para quantificar o nível de perigo meteorológico de incêndio; tratase de um índice do Sistema Canadiano que quantifica o perigo meteorológico de incêndio. Por sua vez, a EUMETSAT Satellite Application Facility for Land Surface Analysis (LSA SAF) dissemina um produto que consiste em mapas diários de perigo de incêndio para a Europa Mediterrânea (Fire Risk Map – FRM). Neste produto, os valores observados de Fire Radiative Power (FRP) são modelados por uma distribuição de Pareto generalizada através de uma abordagem “peaks – over – threshold”, sendo a anomalia do FWI utilizada como covariável dos parâmetros do modelo. Seguindo as abordagens anteriores, o objetivo deste trabalho é o de expandir o produto FRM, presentemente disseminado pela Land SAF para toda a Europa. Assim, considera-se a região delimitada pelos meridianos 35ºN e 72ºN e pelos paralelos 12ºW e os 45.7ºE. No entanto, dada a vasta dimensão da área e a diversidade de regimes e coberto vegetal, procede-se a uma subdivisão em 8 zonas com base no FRP médio e no número de ocorrências de FRP, sendo cada zona ainda subdividida de acordo com três tipos de coberto vegetal (floresta, arbustos e terreno cultivado). No presente trabalho, os registos de FRP provêm do instrumento Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) a bordo dos satélites Aqua e Terra da National Aeronautics and Space Administration (NASA). O coberto vegetal deriva da base de dados GLC2000 (Global Land Cover 2000). Por sua vez, o FWI, resulta das reanálises ERA-5 do centro europeu de previsão de tempo (ECMWF). Cada um dos 24 modelos de FRP (8 regiões × 3 tipos de vegetação) tem por base uma distribução lognormal duplamente truncada com caudas Pareto generalizadas, sendo o FWI uma covariável dos parâmetros da distribuição. O período de calibração extende-se de novembro de 2000 a dezembro de 2021, tendo-se reservado 2022 como período de validação. À semelhança da metodologia seguida pelo produto FRM, ajustaram-se classes de perigo com base na intensidade dos fogos detetados e respetivas probabilidades de excedência de um determinado limiar de potência. As classes são definidas, para cada modelo, tal que 50% dos casos menos intensos estejam associados às classes baixa e moderada e que, relativamente aos fogos intensos 40 a 50% dos casos esteja associado a classes de perigo meteorológico mais elevadas (alta, muito alta e extrema). Estas condições são verificadas para todos os modelos regionais e tipos de coberto, com a exceção do modelo referente à Escandinávia para o terreno cultivado (Modelo 6.c), presume-se que seja devido ao número baixo de ocorrências e à pouca extensão espacial deste tipo de coberto naquela região. O nível de intensidade de um fogo é definido consoante os diferentes percentis de cada modelo, podendo variar significativamente de região para região. Como se trata de um perigo meteorológico, pretende-se ainda que as classes mais elevadas ocorram nos meses de verão alargado e que as classes mais baixas sejam predominantes nos restantes meses. Com este objetivo, não devem ocorrer mais de 35%, 20% e 15% dos casos associados às classes alta, muito alta e extrema, respetivamente, fora do período do verão alargado (Junho – Setembro). Contudo, alguns modelos (Modelos 4.s, 6.c, 7.f, 7.s) não satisfazem estas condições pois o período com um maior número de eventos ou de fogos mais intensos ocorre fora do verão alargado. Os modelos apresentam um bom ajuste, observando-se uma distribuição adequada de fogos de diferentes intensidades para as diferentes classes. Para toda a Europa, aproximadamente 70% dos fogos pouco intensos (abaixo do percentil 50) estão associados às classes baixa e moderada, tanto no período de calibração como no de validação. No que se refere aos fogos intensos (entre o percentil 90 e 95), 53 % (59%) estão associados às classes de perigo mais intenso (alta, muito alta e extrema) no período de calibração (validação). Cerca de 62% e 69% dos fogos muito intensos (acima do percentil 95) estão associados às classes alta, muito alta e extrema, no período de calibração e validação, respetivamente. Estudou-se ainda a distribuição das classes ao longo do ano, quer para todos as células da grelha, quer restringindo aos pixels associados a fogos ativos. Em ambos os casos, observa-se que ocorrem classes mais elevadas no período do verão alargado, sendo, nos restantes meses do ano, as classes baixa e moderada as mais frequentes. De forma a validar os resultados obtidos, comparam-se os resultados obtidos com a abordagem da EFFIS e do produto FRM. A abordagem da EFFIS apresenta resultados semelhantes aos do produto aqui proposto, refletindo o facto de ambos os produtos terem por base o FWI. A maior diferença é uma maior frequência da classe extrema nos meses de verão alargado, no caso do EFFIS. Já o FRM apresenta percentagens relativamente elevadas de ocorrências mais intensas associadas a classes de perigo mais elevados. Contudo, 23% dos casos moderados, de acordo com a classificação de intensidade utilizada, estão associados a uma classe extrema. No que concerne à distribuição anual, no verão alargado, o somatório das percentagens associadas às classes de perigo mais elevado são muito semelhantes. Não obstante, nos restantes meses observa-se uma maior frequência da classe de perigo alta, comparativamente aos resultados obtidos com o produto desenvolvido. Esta diferença pode estar associada à utilização da probabilidade estática pelo produto FRM, a qual sendo fixa ao longo do ano pode inflacionar as probabilidades de excedência em meses com condições atmosféricas não favoráveis à ocorrência de incêndios. Para além da comparação com outros produtos, avaliaram-se mapas de perigo diários com eventos extremos. A análise avalia tanto a distribuição espacial das probabilidades de excedência de determinados limiares de FRP como a das classes de perigo meteorológico de incêndio, de acordo com a localização e intensidade de eventos ocorridos na data em estudo, subdivida em dois níveis de acordo com o percentil 90 do respetivo modelo. Os casos de estudo foram o incêndio de Pedrogão Grande, em 2017, em Portugal que atingiu cerca de 42000 ha; os incêndios na Suécia, em 2018, que na sua totalidade atingiram 23000 ha; e os eventos ocorridos na Inglaterra e na Alemanha em 2022, possivelmente condicionadas por um evento composto (seca e onda de calor) que decorria nesse ano. Tanto estes eventos como os pontos de maior intensidade surgem nos mapas de perigo associados às classes de perigo e probabilidades de excedência mais elevadas. O produto desenvolvido neste trabalho caracteriza de forma adequada o nível de perigo meteorológico de incêndio, que se traduz numa concordância entre a intensidade das ocorrências e os respetivos níveis de perigo meteorológico de incêndio e na distribuição de classes de perigo ao longo do ano, com as classes de maior perigo apresentando uma frequência mais elevada no verão alargado. Todavia, deve notar-se que o perigo estimado respeita apenas às condições meteorológicas, não se tendo em conta outros fatores tais como a probabilidade de ignição e o valor ecológico, socio-económico e humano.
Autores principais:	Oliveira, Mariana da Ponte
Assunto:	Perigo de incêndio Incêndios de vegetação na Europa Potência radiativa de fogo Índice meteorológico de incêndio Distribuição lognormal truncada com caudas Pareto generalizadas Teses de mestrado - 2024
Ano:	2024
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	Nos últimos anos, a Europa tem sido afetada por eventos extremos de incêndio, tais como o episódio de Pedrogão Grande, em Portugal no ano de 2017, os incêndios na Suécia em 2018 e, em 2022, os incêndios em Inglaterra e na Alemanha. Acresce que vastas regiões da Europa são afetadas por uma elevada frequência de dias suscetíveis a incêndios e, particularmente no caso do sul da Europa, com uma área ardida elevada. Desta conformidade advém a necessidade de se dispor de um produto que quantifique o perigo meteorológico de incêndio à escala europeia, uma vez que a variabilidade climática explica cerca de um terço da variabilidade interanual da área ardida. A European Forest Fire Information System (EFFIS) utiliza o Fire Weather Index (FWI) para quantificar o nível de perigo meteorológico de incêndio; tratase de um índice do Sistema Canadiano que quantifica o perigo meteorológico de incêndio. Por sua vez, a EUMETSAT Satellite Application Facility for Land Surface Analysis (LSA SAF) dissemina um produto que consiste em mapas diários de perigo de incêndio para a Europa Mediterrânea (Fire Risk Map – FRM). Neste produto, os valores observados de Fire Radiative Power (FRP) são modelados por uma distribuição de Pareto generalizada através de uma abordagem “peaks – over – threshold”, sendo a anomalia do FWI utilizada como covariável dos parâmetros do modelo. Seguindo as abordagens anteriores, o objetivo deste trabalho é o de expandir o produto FRM, presentemente disseminado pela Land SAF para toda a Europa. Assim, considera-se a região delimitada pelos meridianos 35ºN e 72ºN e pelos paralelos 12ºW e os 45.7ºE. No entanto, dada a vasta dimensão da área e a diversidade de regimes e coberto vegetal, procede-se a uma subdivisão em 8 zonas com base no FRP médio e no número de ocorrências de FRP, sendo cada zona ainda subdividida de acordo com três tipos de coberto vegetal (floresta, arbustos e terreno cultivado). No presente trabalho, os registos de FRP provêm do instrumento Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) a bordo dos satélites Aqua e Terra da National Aeronautics and Space Administration (NASA). O coberto vegetal deriva da base de dados GLC2000 (Global Land Cover 2000). Por sua vez, o FWI, resulta das reanálises ERA-5 do centro europeu de previsão de tempo (ECMWF). Cada um dos 24 modelos de FRP (8 regiões × 3 tipos de vegetação) tem por base uma distribução lognormal duplamente truncada com caudas Pareto generalizadas, sendo o FWI uma covariável dos parâmetros da distribuição. O período de calibração extende-se de novembro de 2000 a dezembro de 2021, tendo-se reservado 2022 como período de validação. À semelhança da metodologia seguida pelo produto FRM, ajustaram-se classes de perigo com base na intensidade dos fogos detetados e respetivas probabilidades de excedência de um determinado limiar de potência. As classes são definidas, para cada modelo, tal que 50% dos casos menos intensos estejam associados às classes baixa e moderada e que, relativamente aos fogos intensos 40 a 50% dos casos esteja associado a classes de perigo meteorológico mais elevadas (alta, muito alta e extrema). Estas condições são verificadas para todos os modelos regionais e tipos de coberto, com a exceção do modelo referente à Escandinávia para o terreno cultivado (Modelo 6.c), presume-se que seja devido ao número baixo de ocorrências e à pouca extensão espacial deste tipo de coberto naquela região. O nível de intensidade de um fogo é definido consoante os diferentes percentis de cada modelo, podendo variar significativamente de região para região. Como se trata de um perigo meteorológico, pretende-se ainda que as classes mais elevadas ocorram nos meses de verão alargado e que as classes mais baixas sejam predominantes nos restantes meses. Com este objetivo, não devem ocorrer mais de 35%, 20% e 15% dos casos associados às classes alta, muito alta e extrema, respetivamente, fora do período do verão alargado (Junho – Setembro). Contudo, alguns modelos (Modelos 4.s, 6.c, 7.f, 7.s) não satisfazem estas condições pois o período com um maior número de eventos ou de fogos mais intensos ocorre fora do verão alargado. Os modelos apresentam um bom ajuste, observando-se uma distribuição adequada de fogos de diferentes intensidades para as diferentes classes. Para toda a Europa, aproximadamente 70% dos fogos pouco intensos (abaixo do percentil 50) estão associados às classes baixa e moderada, tanto no período de calibração como no de validação. No que se refere aos fogos intensos (entre o percentil 90 e 95), 53 % (59%) estão associados às classes de perigo mais intenso (alta, muito alta e extrema) no período de calibração (validação). Cerca de 62% e 69% dos fogos muito intensos (acima do percentil 95) estão associados às classes alta, muito alta e extrema, no período de calibração e validação, respetivamente. Estudou-se ainda a distribuição das classes ao longo do ano, quer para todos as células da grelha, quer restringindo aos pixels associados a fogos ativos. Em ambos os casos, observa-se que ocorrem classes mais elevadas no período do verão alargado, sendo, nos restantes meses do ano, as classes baixa e moderada as mais frequentes. De forma a validar os resultados obtidos, comparam-se os resultados obtidos com a abordagem da EFFIS e do produto FRM. A abordagem da EFFIS apresenta resultados semelhantes aos do produto aqui proposto, refletindo o facto de ambos os produtos terem por base o FWI. A maior diferença é uma maior frequência da classe extrema nos meses de verão alargado, no caso do EFFIS. Já o FRM apresenta percentagens relativamente elevadas de ocorrências mais intensas associadas a classes de perigo mais elevados. Contudo, 23% dos casos moderados, de acordo com a classificação de intensidade utilizada, estão associados a uma classe extrema. No que concerne à distribuição anual, no verão alargado, o somatório das percentagens associadas às classes de perigo mais elevado são muito semelhantes. Não obstante, nos restantes meses observa-se uma maior frequência da classe de perigo alta, comparativamente aos resultados obtidos com o produto desenvolvido. Esta diferença pode estar associada à utilização da probabilidade estática pelo produto FRM, a qual sendo fixa ao longo do ano pode inflacionar as probabilidades de excedência em meses com condições atmosféricas não favoráveis à ocorrência de incêndios. Para além da comparação com outros produtos, avaliaram-se mapas de perigo diários com eventos extremos. A análise avalia tanto a distribuição espacial das probabilidades de excedência de determinados limiares de FRP como a das classes de perigo meteorológico de incêndio, de acordo com a localização e intensidade de eventos ocorridos na data em estudo, subdivida em dois níveis de acordo com o percentil 90 do respetivo modelo. Os casos de estudo foram o incêndio de Pedrogão Grande, em 2017, em Portugal que atingiu cerca de 42000 ha; os incêndios na Suécia, em 2018, que na sua totalidade atingiram 23000 ha; e os eventos ocorridos na Inglaterra e na Alemanha em 2022, possivelmente condicionadas por um evento composto (seca e onda de calor) que decorria nesse ano. Tanto estes eventos como os pontos de maior intensidade surgem nos mapas de perigo associados às classes de perigo e probabilidades de excedência mais elevadas. O produto desenvolvido neste trabalho caracteriza de forma adequada o nível de perigo meteorológico de incêndio, que se traduz numa concordância entre a intensidade das ocorrências e os respetivos níveis de perigo meteorológico de incêndio e na distribuição de classes de perigo ao longo do ano, com as classes de maior perigo apresentando uma frequência mais elevada no verão alargado. Todavia, deve notar-se que o perigo estimado respeita apenas às condições meteorológicas, não se tendo em conta outros fatores tais como a probabilidade de ignição e o valor ecológico, socio-económico e humano.