incendios forestales

Sistema de Alerta Temprana de Incendios Forestales en México

María Isabel Cruz López 1

1 Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad

Liga Periférico – Insurgentes Sur 4903, Col. Parques del Pedregal. Tlalpan México D.F

[email protected]

Abstract. La Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad (CONABIO) implementó el programa “Detección de puntos de calor mediante técnicas de percepción remota” en el año de 1999, en respuesta a la situación de emergencia registrada por los incendios forestales de la temporada de 1998. En la cual se registraron 14,445 incendios forestales afectando 849,632 hectáreas en el territorio mexicano (CONAFOR, 2012). Este programa ha evolucionado para convertirse en el Sistema de alerta temprana de incendios forestales.

El sistema consiste de tres componentes asociados con las etapas de manejo de emergencias: antes (alerta temprana), durante (monitoreo de puntos de calor) y después (identificación de áreas quemadas). El sistema es utilizado por la Comisión Nacional Forestal, quien es la institución responsable de la atención de los incendios forestales.

Keywords: Percepción remota, procesamiento de imágenes, incendios forestales, MODIS. 1. Incendios Forestales en México

Cada año miles de hectáreas de vegetación natural son afectadas por los incendios forestales en México, para el año 2011 se afectaron más de 900,000 ha. (CONAFOR, 2012.)

En México se tiene estadísticas continuas de incendios forestales desde el año 1970 figura1.Estas cifras mostraban, hasta el año 2007, dos etapas de comportamiento (Cruz-López, 2008)

• De 1970 a 1985, el número de incendios no sobrepasó los 6,500 por año. • De 1986 a 2007 el número de incendios sobrepasó los 6,000, con excepción de 3 años:

1990, 1992 y 1997 que registraron números muy semejantes a la época anterior. Estos números muestran claramente que la segunda etapa ha presentado oscilaciones mayores e indican una alteración en el régimen del fuego.

Sin embargo con los datos de los últimos tres años y los 11 meses de 2012, se observa una etapa de ciclos de tres años, que se inicia en 2001. Por lo tanto ahora se identifican tres etapas: la primera de 1970 a 1985, la segunda de 1984 1998, y la tercera 1999-2012. Siendo años 1998 y 2011, los que presentaron las temporadas de incendios con mayor número de incendios.

El año 2011 se caracterizó por la presencia de mega-incendios; tan solo el estado de Coahuila concentró el 44% de las áreas afectadas del país, un ejemplo de ello fueron los incendios identificados como El Bonito y El Sabina, ambos sumaron 316,954 ha afectadas, lo que representa el 33 % de las áreas afectadas a escala nacional (CONAFOR, 2012).

Anais XVI Simpósio Brasileiro de Sensoriamento Remoto - SBSR, Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 13 a 18 de abril de 2013, INPE

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Figura 1. Incendios forestales registrados en México

Desde 1999 la CONABIO ha desarrollado el programa para la detección de puntos de

calor mediante técnicas de percepción remota, este programa ha usado imágenes del sensor Advanced Very High resoluction Radiomer (AVHRR) y del Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), las cuales son recibidas operacionalmente en la estación de recepción ubicada en las instalaciones de la CONABIO. Con el objetivo de contribuir en la detección temprana de incendios forestales.

Con la idea de incrementar la información que se proporcionaba en el marco del programa antes mencionado, la CONABIO implementó el Sistema de Alerta temprana como parte del sistema de monitoreo incluyendo información derivada de variables ambientales.

2. Sistema de Alerta temprana

El sistema está conformado por tres componentes asociados a las etapas de la gestión de riesgo: antes (alerta temprana), durante (monitoreo de puntos de calor) y después (identificación de áreas quemadas). Se hace énfasis en la fase preventiva, porque permitirá a las autoridades responsables en la materia, contar con información útil para la toma de decisiones. El sistema genera información en forma operacional para la atención de incendios, usando datos satelitales como insumo principal. Estos son:

a) Imágenes Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) que se reciben en el sistema de recepción ubicado en las instalaciones de la CONABIO, así como en la antena ERIS ubicada en la ciudad de Chetumal, Quintana Roo.

b) b) Imágenes Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) que se obtienen de la página web correspondiente

c) Imágenes Advanced Wide Field Sensor (AWiFS) adquiridas por medio del pago de la licencia.

d) Productos elaborados con imágenes MODIS disponibles en la página web de la National Aeronautics and Space Administration (NASA).


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El sistema procesa los datos de entrada y genera cuatro productos que componen las tres etapas de atención de emergencias:

- Dos productos corresponden a la etapa de alerta (antes del incendio) conformada por el modelo de humedad de combustible muerto y el índice de anomalía de vegetación. Que junto con los puntos de calor se define el peligro de propagación de incendios.

- Un producto para la etapa de monitoreo (durante) corresponde a la detección de puntos de calor.

- Un producto para la identificación de área quemada que corresponde a la fase de evaluación (después del incendio).

2.1 Etapa de Alerta temprana La etapa de alerta temprana se encuentra integrada por dos productos principales genera,

que valoran dos variables importantes en la propagación de incendios forestales: las condiciones de verdor de la vegetación, representado por la anomalía de la vegetación y la humedad en el combustible muerto depositado en la superficie.

a) Anomalía de la vegetación El índice de anomalías de la vegetación es el resultado de la comparación del NDVI actual

con un NDVI estimado para la misma fecha, con base al comportamiento histórico del NDVI usando la técnica de análisis armónico de serie de tiempo (HANTS por sus siglas en inglés (Harmonic Analyses Time Series)), considerando nueve años de información satelital.

La comparación establece si las condiciones de verdor y vigor de la vegetación se encuentran semejantes, por arriba o por debajo del comportamiento histórico. Si el NDVI actual está por debajo del histórico, se considera que la vegetación se encuentra con menor verdor y vigor de lo normal, por lo tanto estaría en peligro de propagarse un incendio una vez que se presente el fuego. El cálculo del NDVI estimado se realiza con base a un análisis de series de tiempo de diez años consecutivos del NVDI. Para elaborar la serie de tiempo son utilizados los compuestos mensuales de índices de vegetación generados por la NASA, con resolución espacial de 1 km. El análisis de la serie de tiempo se realiza con el algoritmo de Harmonic Analysis Time Series (HANTS) desarrollado por Wout Verhoef.

El NDVI actual es un compuesto de diez días de NDVI calculado con las imágenes diurnas diarias que se reciben en el sistema de recepción de la CONABIO. A partir de las imágenes recibidas se genera el producto MOD09 correspondiente a la reflectancia de la superficie, y se calcula el NDVI usando las bandas ubicadas en la región del rojo e infrarrojo cercano, con resolución de 1000 metros.

Para obtener el índice de anomalías de vegetación se aplica una diferencia normalizada con el objetivo de obtener un valor comparable con el tiempo. Los resultados de la diferencia normalizada son de -1 a 1, donde los valores positivos indican que el índice de vegetación actual es más bajo que el estimado (histórico), por lo tanto el peligro de extenderse un fuego es más alto.

b) Modelo de humedad de combustible muerto El modelo de humedad implementado en la CONABIO fue desarrollado por

Conservación Internacional para Bolivia, basado en las ecuaciones de peligro de incendios de los Estados Unidos de América (National Fire Danger Rating System NFDRS ).


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El modelo tiene la finalidad de calcular la humedad del combustible muerto depositado en la superficie. Para ello se modela el flujo de humedad de un día a otro con base a las condiciones atmosféricas, utilizando las siguientes variables:

• tiempo de duración de las precipitaciones • humedad atmosférica relativa • temperatura superficial del suelo • tipo de combustibles por humedad • estimación de la humedad del combustible del día anterior La información para el cálculo de las variables se obtiene de datos satelitales provenientes

del Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM), que se encuentran disponibles en internet e imágenes de satélite MODIS recibidas en la estación de recepción de la CONABIO.

La duración de la precipitación se calcula a partir del producto 3B42RT, obtenido de los datos TRMM. La humedad relativa y la temperatura de la superficie se obtienen a partir del producto de perfiles atmosféricos MOD07 o MYD07 proveniente de los datos MODIS (dependiendo del satélite Terra o Aqua respectivamente). En estos datos la temperatura y humedad se generan en veinte diferentes capas de presión atmosférica, entre la superficie de la Tierra y la parte superior de la atmósfera, bajo condiciones de cielo despejado. De este producto se obtiene el valor de la temperatura a nivel de la superficie, para ello se usa un modelo digital de elevación. Los valores de la temperatura del aire se obtienen de la columna de temperaturas y el valor de punto de rocío de la columna de humedad. Con estos valores y aplicando la ecuación de Tetens-Murray se genera el producto de humedad relativa, con una resolución espacial de 5 Km (Cervera, 2009).

El diseño original del modelo puede calcular la humedad en los tipos de combustibles de 1 hr, 10 hr, 100 h y 100hr, sin embargo debido a la disponibilidad de los datos TRMM se calcula la humedad para los combustibles de 100 hr.

Se aplican las ecuaciones desarrolladas por el servicio forestal de los Estados Unidos de América para el cálculo de la humedad de combustible muerto.

La CONABIO genera el producto de humedad de combustible todos los días a las 6:00 de la mañana. Para evaluar los resultados fueron comparados con información de incendios relevantes de los años 2008 y 2009, registrados en bosques templados, bosques secos, bosques húmedos y áreas secas. El 92 % de los días con ocurrencia de incendios mostraron el 25 % de humedad. El bosque templado mostró mayor variabilidad en la humedad en comparación con los otros tipos de vegetación.

2.2 Monitoreo de puntos de calor

Las imágenes de satélite son el insumo principal para la detección de incendios, sin embargo la cartografía temática es fundamental para caracterizar el sitio y es necesaria para la toma de decisiones, esta información no sería útil sin su distribución y publicación, por lo tanto con la idea de cubrir estas necesidades el programa se integra de cuatro etapas principales:

a) Recepción y pre- procesamiento de las imágenes (MODIS y AVHRR). La CONABIO cuanta con una estación receptora que recibes imágenes MODIS, AVHRR y Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS).

b) Detección de incendios. Para el caso de las imágenes AVHRR se aplicó el algoritmo contextual descrito por Flasse y Ceccato 1996, adecuado para México. Para el caso de MODIS se utiliza el algoritmo MOD14 desarrollado por la Universidad de Maryland.

c) Caracterización del sitio. Con base a la cartografía temática se describe el sitio, proporcionando la siguiente información: posición geográfica, tipo de vegetación, uso del suelo, inclinación del terreno y Área Natural Protegida.


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d) Distribución y publicación de resultados, los productos finales con tablas, shapefiles, archivos KML y mapas de distribución. Los cuales se encuentran disponibles en la página web de la CONABIO.

2.3 Identificación de área quemada Para llevar a cabo acciones de atención después de una emergencia es preciso identificar

la zona afectada, en este caso corresponde a la identificación del área quemada por medio de datos satelitales, que se define como “el área afectada por incendios forestales o quemas, expresada en unidades de área” (Csiszar et al., 2009).

La identificación de área quemada por medio de datos satelitales se basa en la respuesta que tiene la vegetación en diferentes regiones del espectro electromagnético: visible (VIS 0.3 - 0.7 µm), infrarrojo cercano (IRC) (0.7 a 1.3 µm) e infrarrojo de onda corta (Short wave Infrared, SWIR) que se sitúa en 1.3 a 2.5 µm (Key & Benson, 2006), (Chuvieco, 2006), (Csiszar et al., 2009).

La etapa de análisis del impacto de incendios forestales está integrada por la identificación de las áreas quemadas, para ello se desarrolló un programa computacional basado en librería de código abierto.

El programa utiliza diferentes datos de entrenamiento para seleccionar los píxeles de la imagen de satélite denominadas IRS-P6 que representan áreas quemadas y compara los valores con la imagen completa, calcula estadísticas de probabilidad, de esta manera define el área quemada. Es programa está desarrollado en C++ y usa librerías de código abierto.

Paralelo a este desarrollo computacional se estableció un procedimiento para la identificación de áreas quemadas utilizando imágenes de satélite MODIS, con este procedimiento se elaboró un mapa de áreas quemadas de enero a junio de 2012.

Se seleccionaron imágenes para identificar las áreas quemadas, estas imágenes deben de cumplir con los siguientes requisitos: a) cubrir las áreas de interés, b) contar con una imagen de antes y al menos una imagen después de los incendios, c) las imágenes deben coincidir con el satélite que las capturó, ambas deben ser del satélite AQUA o TERRA, para permitir la comparación de las imágenes casi bajo las mismas condiciones de observación. d) se consideró que el ciclo de observación de las imágenes MODIS es de 17 días, por lo tanto la búsqueda se basó en este periodo de tiempo para identificar las imágenes registradas casi a la misma hora.

Se realizó una comparación de los índices espectrales NBR y EVI. Como resultado de esta comparación se generan dos nuevas imágenes con las diferencias de los índices.

La identificación de las áreas quemadas se basa en cuatro principios fundamentales:

• Debe haber existido combustible para generar la combustión, en el tema que nos ocupa es la vegetación, por lo tanto se toma como base el EVI de la imagen antes del incendio como referencia.

• La diferencia del índice espectral NBR debe ser alto, en este caso el umbral aplicado varía dependiendo la fecha de las imágenes.

• El índice espectral NBR debe haber mostrado valores bajos en la imagen correspondiente a la fecha posterior del incendio.

• Se confirman las áreas quemadas identificadas con los puntos de calor. Si dicha área registró al menos un punto de calor se considera como área quemada.

Este método permite realizar un seguimiento del área afectada por los incendios forestales. El mapa resultado fue entregado a personal de la CONAFOR, quien lo revisa actualmente.


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3. Resultados Todos los productos elaborados en el sistema son derivados de datos de sensores remotos

y cubren las tres fases de la atención de emergencias antes (alerta temprana), durante (monitoreo puntos de calor) y después (identificación de área quemada).

Actualmente el sistema se encuentra funcionando con los productos de alerta temprana y monitoreo de puntos de calor en forma operacional y se publican en la página web de la CONABIO. El producto de área quemada se generará conforme la disponibilidad de las imágenes libre de nubes e influencia del humo.

La CONAFOR utiliza diariamente esta información para elaborar el Reporte diario de alerta temprana para incendios forestales.

4. Conclusiones

El sistema de alerta temprana cubre tres etapas de la atención de emergencias: el antes, el durante y después, tratando de proporcionar un conocimiento temprano de las condiciones extremas de peligro de incendios. El sistema cubre con los requerimientos mínimos y factibles de la CONAFOR, conforme a lo establecido en el proyecto.

Sin embargo los productos son factibles de mejorar con otro tipo de información, como la resolución espacial y la periodicidad de publicación, con la idea de cubrir los requerimientos factibles e ideales. Así como la generación de otros productos complementarios e indispensables en el peligro de incendios. Esto se logra con la participación de varias instituciones que generan información de diversa índole.

Así como el año 1998 fue significativo para la atención de incendios en México (Cruz, 2008), con la introducción de sistemas satelitales para la detección temprana y la gestión de incendios forestales, ahora se pretende dar un segundo gran paso: integrar un solo sistema de peligro de incendios para México. Para ello, se cuenta con la participación de las instituciones que han generado información sobre incendios forestales durante los últimos 14 años, así como instituciones de gobierno, académicas y no gubernamentales involucradas en el tema. Agradecimientos

La CONABIO agradece a todas las instituciones y personas que han contribuido para el desarrollo del sistema a los largo de los años. Principalmente a las personas que han participado en el diseño e implementación:

Raúl Jiménez, Michael Schmidt, Rainer Ressl, Silke Ressl, Gerardo López, Erik de Bats Albertus Wickel, Alejandra Cervera, Matthias Schramm, Luis Sánchez, Laura González, Juan Manuel Escamilla y Humberto Muñoa.

4. Referencias Cervera-Taboada A. Implementación de un modelo para estimar la humedad en el combustible muerto, basado en datos de sensores remotos. 2009. Reporte de investigación grado de licenciatura. UNAM. México. CONAFOR Incendios forestales resultados 2011 y programa 2012. Comisión Nacional Forestal. Gerencia de protección contra incendios forestales. Reunión del Grupo Intersecretarial del Programa Nacional de Protección contra Incendios Forestales. Guadalajara, México. Enero 2012. CONAFOR Reporte semanal de resultados de incendios forestales 2012. Comisión Nacional Forestal. Gerencia de protección contra incendios forestales. Reunión del Grupo Intersecretarial del Programa Nacional de Protección contra Incendios Forestales. Guadalajara, México. Noviembre 2012. CONABIO Síntesis ejecutiva del proyecto Sistema integral de alerta temprana, monitoreo e impacto de incendios forestales. México D.F. Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad. Julio 2012. Documento Interno.


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Cruz-López M.I. Implementación de las técnicas de percepción remota para el conocimiento de la biodiversidad en México. 2008. Informe académico por experiencia o práctica profesional grado de Maestría. UNAM. México.

Csiszar I, Arino O, Geraci R, Giglio L, Goldammer J, de Groot W, Justice C, Kondragunta Sh, Prins E, Sessa R, Tansey K Fire Disturbance, Assessment of the status of the development of the standard for the terrestrial Essential Climate Variables. GCOS 68. May 2009. Chuvieco, Emilio. Evaluación de niveles de severidad en los incendios de Galicia (áreas quemadas hasta el 13 de agosto de 2006). Facultad de Geografía, Universidad de Alcalá de Henares. España. 2006. Key C, Benson N. Landscape Assessment (LA) Sampling and Analysis Methods. 2006. USDA Forest Service Gen. Tech. Rep. RMSRS-GTR-164-CD.


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