23
Workshop Novas Tecnologias em Gestão Florestal Sustentável - A gestão do risco de incêndio e a gestão da cadeia de valor, 25-26 Out. 2010, Instituto Superior de Agronomia Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento do fogo para apoio à gestão florestal Paulo M. Fernandes

Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Workshop Novas Tecnologias em Gestão Florestal Sustentável - A gestão do risco de incêndio e a gestão da cadeia de valor, 25-26 Out. 2010, Instituto Superior de Agronomia

Desenvolvimento experimental de modelos

de comportamento do fogo para apoio à

gestão florestal

Paulo M. Fernandes

Page 2: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Esquema

1. O comportamento do fogo e a gestão florestal

2. Predição do comportamento do fogo: aplicações e alternativas

3. Comportamento do fogo: dados de entrada e qualidade da predição

4. Programa experimental em pinhal bravo

5. Conclusão

Page 3: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Aquilo que o fogo faz

Desloca-se, consome combustível, produz calor

O comportamento do fogo e a gestão florestal

Características

Velocidade de propagação, dimensões e geometria da chama,

intensidade, tipo de fogo, fenómenos extremos

Page 4: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

O comportamento do fogo e a gestão florestal

Perigo de incêndio (FAO)

“Avaliação dos factores (fixos e variáveis) do piro-ambiente que

determinam a facilidade de ignição, velocidade de propagação,

dificuldade de controlo e o impacto do fogo”

Combustível

Piro-ambiente

Comportamento

do fogo

A avaliação (modelação) do comportamento do fogo dá uma

base objectiva e quantitativa para formular prescrições de

silvicultura preventiva e de gestão do combustível florestal

Efeitos

do fogo

Page 5: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

O comportamento do fogo e a gestão florestal

É muito escassa a evidência empírica do impacto quantitativo da

silvicultura preventiva no comportamento do fogo

Efeito da desramação

Page 6: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Predição do comportamento do fogo: aplicações

Análise de alternativas de arborização

Planeamento espacial da gestão de

combustíveis: análise de efectividadee optimização

Análise e cartografia do perigo de incêndio

Fogosuperficial

Fogo passivode copas

Fogo activode copas

Selecção entre alternativas de tratamento do combustível

Desenvolvimento de prescrições de silvicultura preventiva

0

4

8

12

16

1 10 19 28 37 46 55

Vel. do vento, km/h

MW

/m

750 arv./ha, Hc=6 m

750 arv./ha, Hc=7.5 m

500 arv./ha, Hc=6 m

500 arv./ha, Hc=7.5 m

5 t/ha, 150 arv./ha, Hc=7.5 m

Planeamento de fogo controlado

Page 7: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Predição do comportamento do fogo: alternativas

Software do USDA Forest Service

Baseado no modelo de propagação do fogo de Rothermel

(1972), que combina o princípio da conservação de

energia com relações empíricas derivadas a partir de

queimas em laboratório

O uso de modelos de combustível confere flexibilidade e

permite aplicação universal

http://www.fire.org

Page 8: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

18 modelos de combustível

descrevem os espaços florestais

de Portugal Continental

Quercus robur

RoS = 0.3688 m/min

Hf = 0.3 m

Eucalyptus globulus

RoS = 0.3846 m/min

Hf = 0.7 m

Pinus pinaster

RoS = 0.3358 m/min

Hf = 0.6 m

Quercus suber

RoS = 0.1844 m/min

Hf = 0.2 m

POCI/AGRI/61164/2004

Predição do comportamento do fogo: alternativas

Page 9: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Descrevem condições naturais

Heterogeneidade ambiental implícita

Utilização fácil

Melhor desempenho

Predição do comportamento do fogo: alternativas

Modelos empíricos

Análise estatística de dados de campo

Limites à amostragem de dados

Não devem ser extrapolados para lá do

intervalo de condições experimentais.

Page 10: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

InputsComportamento

do fogo

?????

Modelos

Comportamento do fogo: input e qualidade da predição

Qualidade das estimativas é mais afectada pelos dados de

entrada do que pelos modelos (garbage in… garbage out)

Conhecer os pressupostos e limitações dos modelos/tecnologias

Page 11: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Exemplo 1

Predição do comportamento de um fogo

experimental de Verão em pinhal bravo:

efeito da opção de selecção do

modelo de combustível

t = 2

t = 3

t = 28 t = 13

Fernandes et al. (2004), Ann. For. Sci.

Comportamento do fogo: input e qualidade da predição

Page 12: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Velocidade de propagação

MAE = 2,0 m/min

MA%E = 95,4%

MBE = -1,5 m/min

Mod. NFFL

MAE = 1,0 m/minMA%E = 54,3%MBE = -0,8 m/min

Mod. Portugal

Comportamento do fogo: input e qualidade da predição

Page 13: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Comprimento da chama

Ocorrência de fogo de copas

Mod. NFFL

Exactidão = 41%

Mod. Portugal

Exactidão = 65%

Mod. NFFL

MAE = 2,7 m

MA%E = 69,2%

MBE = 2,7m

MAE = 1,7 m

MA%E = 43,5%

MBE = 1,7m

Mod. Portugal

Comportamento do fogo: input e qualidade da predição

Page 14: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Exemplo 2 (Fernandes 2009, Can. J. For. Res.)

Simulação do comportamento do fogo para analisar a persistência do

efeito do fogo controlado em pinhal bravo:

erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados

A análise estatística do comportamento dos fogos experimentais (n=36)

mostrou que 10 anos após o tratamento o comprimento da chama era

25% inferior em relação ao pinhal não tratado.

A simulação resultou em comprimentos de chama quase idênticos

para as duas situações.

Comportamento do fogo: input e qualidade da predição

Page 15: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Programa experimental em pinhal bravo

Medição das características de comportamento do fogo e dos seus

efeitos de 1º ordem em fogos de superfície (Novembro – Junho) no

Norte de Portugal em três tipos estruturais de combustível

Declive (o) -6 - 17

Velocidade do vento a 1.7-m (km h-1) 0.5 - 22.0

Temperatura ambiente (oC) 2 - 30

Humidade relativa (%) 24 - 96

Humidade do combustível morto fino (%) 3.7 - 41.7

Humidade da folhada inferior (%) 7.3 - 296.1

Humidade do combustível vivo (%) 82.3 -157.6

Intervalo de condições ambientais

IB=243 kW/m

IB=519 kW/m IB=1250 kW/m

Page 16: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Programa experimental em pinhal bravo

Resultados (modelos)

Probabilidade de propagação do fogo

Características de propagação do fogo

(“contra” e “a favor” do vento/declive)

• Velocidade de propagação

• Altura e comprimento da chama

• Intensidade da frente de chamas

Redução do combustível

fino (por estrato)

Avaliação (pós-fogo) da severidade

Altura de copa dessecada

Fernandes et al. (2008), Can. J. For. Res.; Fernandes et al. (2009), Int. J. Wildland Fire

Page 17: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Avaliação dos modelos

?

Declive <15o

Aplicabilidade

Condições mais secas e ventosas: fogo de copas

Condições de queima suaves conducentes a fogo de intensidade reduzida a moderada

Programa experimental em pinhal bravo

dados de desenvolvimento

dados de avaliação

0

2

4

6

8

10

12

14

Pre

dic

ted

0 2 4 6 8 10 12 14

Observed

O

E

Velocidade de propagação (m/min)

Page 18: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Programa experimental em pinhal bravo

Page 19: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Programa experimental em pinhal bravo

Os resultados reflectem as

condições locais do combustível

e do povoamento

Page 20: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Programa experimental em pinhal bravo

Page 21: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Programa experimental em pinhal bravo

Page 22: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Programa experimental em pinhal bravo

Calibração robusta de modelos de

combustível (Cruz & Fernandes 2008, Int. J. Wildland Fire)

Sistema de modelos PPPY(Cruz et al. 2008, Aust. For.)

Calibração do índice meteorológico

de perigo de incêndio (FWI)

(Palheiro et al. 2006, 5th ICFFR)Análise da longevidade do

efeito do fogo controlado

(Fernandes 2009, Can. J. For. Res.)

Page 23: Desenvolvimento experimental de modelos de comportamento ... · erro associado ao uso de modelos de combustível não calibrados ... Sistema de modelos PPPY (Cruz et al. 2008,

Conclusão

Não usar um modelo como uma caixa negra.

Os dados de entrada são tão importantes quanto os modelos.

Abordagens de modelação diferentes para necessidades e objectivos

diferentes (base física versus base empírica).

Independentemente da opção de modelação do comportamento do

fogo é essencial dispor de dados experimentais ou casos de estudo.

Os modelos actuais são suficientemente sólidos para orientar a

silvicultura preventiva, mas o seu desempenho no desenvolvimento

de prescrições é incerto.

É necessário compreender melhor a modificação do piro-ambiente

causada pela silvicultura preventiva e a gestão de combustíveis, e o

impacto que têm no comportamento e severidade do fogo.