Proyecto Charter ID 071 Incendios en Bolivia

Proyecto Charter ID 071 Incendios en Bolivia Septiembre/Octubre 2004 Informe técnico M.Sc. Antje Siebert Dr. José D. Lencinas María Fernanda Rios María Cecilia Ciámpoli Lic. Gustavo C. Cabrera Esquel, Diciembre 2004

1. Introducción 1.1. Objetivo Este proyecto fue tomado como caso de estudio, con el objetivo de evaluar los beneficios del Charter para el caso de incendios por parte del Plan Nacional del Manejo de Fuego Argentino. Con ese fin se planteó un trabajo de un mes de una persona medio tiempo con un ayudante. Siendo un proyecto charter con toda la cantidad de datos provistos y la obligación comprendida de la confección de informes a la organización internacional del Charter, en el presente caso se trata de una evaluación general más que de un trabajo en concreto con los respectivos datos espaciales. Por lo tanto, este informe contiene sobre todo recomendaciones e informaciones generales acerca de los distintos tipos de datos. 1.2. Descripción del evento En los días a partir de 13 de Septiembre se produjo un fuerte incremento en la cantidad de focos de incendios y en el área quemada en la selva amazónica boliviana, cercana a Paraguay y Brasil, donde también ocurrió recientemente un fuerte incremento en los incendios (en los alrededores del Rio Xingou). Este incremento estacional de los incendios en la zona no es natural, sino claramente originado por el hombre. Antes de existir asentamientos humanos masivos, y utilización económica de estas áreas, no existía una temporada de incendios en la zona, ahora el fuego puede plantear la amenaza más grande a la supervivencia del ecosistema de Amazonia. La casi inexistencia de fuegos naturales está relacionada con la inexistencia de mecanismos naturales de regeneración de los bosques, no como en otros tipos de bosque donde la existencia natural de incendios forma parte del ciclo de vida de los mismos. R. Lindsay hace una descripción de todo este problema en From Forest to Field http://earthobservatory.nasa.gov/study/amazonfire/, citando a diversos autores y en particular a trabajos realizados en el marco del proyecto: The Large-scale Biosphere- Atmosphere Experiment in Amazonia. Este artículo se resume a continuación: Contrariamente a lo que se puede suponer en primera instancia, los suelos de esta área de la selva son pobres. La selva se desarrolla y mantiene reciclando los nutrientes en un complejo ecosistema de árboles, plantas, animales, hongos y bacterias, más que aprovechando una reserva de los mismos en su suelo. Las temporadas secas son sobrellevadas porque los árboles pueden tomar humedad de hasta unos 20 m de profundidad. El uso de estos suelos pobres para agricultura no es factible sin el uso de fertilizantes, pero debido a su elevado costo se utiliza el método de quemar el bosque para así incorporar los nutrientes presentes en las cenizas al suelo. Esta solución económica da resultados rápidamente perecederos, las parcelas taladas y quemadas solo serán aptas para agricultura por unas pocas temporadas hasta que el suelo queda nuevamente pobre. 2

Así es que periódicamente nuevas parcelas son cortadas y quemadas, los árboles quemados o quemándose se derrumban encendiendo el suelo con poca humedad superficial, permitiendo a su vez que el sol tropical aporte calor al suelo (debido a la falta de la cobertura de árboles), el humo cubre el área inhibiendo la formación de nubes. La inhibición de formación de nubes no solo disminuye la posibilidad de lluvias, sino que también disminuye el albedo, permitiendo que la radiación directa del sol alcance el suelo en mayor proporción. La suma de estos hechos favorece que frecuentemente estos fuegos salgan de control. En los bosques en los que naturalmente existen incendios la inflamabilidad después de un incendio decae fuertemente porque la quema es casi total. En el amazonas esto no es así. Normalmente los primeros fuegos son débiles y bajos, matando plantas y árboles, pero no consumiéndolos o quemándolos, por lo que queda como remanente una gran cantidad de combustible. Cuando los árboles muertos caen, producen agujeros en la cobertura que permiten que el sol alcance el suelo por lo que aumenta la inflamabilidad. En similar condición se encuentran los bosques maderados selectivamente. Estos bosques empobrecidos pueden ser vulnerables a grandes incendios si existe cualquier causa que los dispare. Entonces el uso de parcelas por un tiempo limitado, genera la quema de nuevas parcelas para lograr áreas de cultivo nuevas para algunas temporadas más, obligando a la vez a la requema de las anteriormente usadas para permitir algún leve enriquecimiento del suelo y poder usarlas para pastoreo. Con este método, mas la tala, se va avanzando sobre la selva y a la vez se van generando nuevas áreas de alta inflamabilidad que en las épocas de sequía, especialmente en épocas de eventos de El Niño, son afectadas por incendios masivos, difícilmente controlables, como el actual. Información de detalle sobre estos aspectos se puede consultar en: Cochrane, M.A. Forest fire, deforestation and landcover change in the Brazilian Amazon. 2000. Volume 1: Proceedings from, The Joint Fire Science Conference and Workshop, June 15-17, 1999, Crossing the Millennium: Integrating Spatial Technologies and Ecological Principals for a New Age in Fire Management, L.F. Neuenschwander, K.C. Ryan, G.E. Gollberg, and J.D. Greer (eds.), University of Idaho and the International Association of Wildland Fire, Moscow, Idaho. 170-176. Cochrane, M.A., A. Alencar, M.D. Schulze, C.M. Souza, Jr, D.C. Nepstad, P. Lefebvre, and E.A. Davidson. 1999. Positive feedbacks in the fire dynamic of closed canopy tropical forests. Science 284: (5421): 1832-5. Nepstad, D., A. Veríssimo, A. Alencar, C. Nobres, E. Lima, P. Lefebvre, P. Schlesinger, C. Potter, P. Moutinho, E. Mendoza, M. Cochrane, and V. Brooks. 1999. Large-scale impoverishment of Amazonian forests by logging and fire. Nature 398: 505-508. Nepstad, D., D. McGrath, A. Alencar, A.C. Barros, G. Carvalho, M. Santilli, and M. del C. Vera Diaz. 2002. Frontier governance in Amazonia. Science 295: 629-631. Nepstad, D., G. Carvalho, A.C. Barros, A. Alencar, J.P. Capobianco, J. Bishop, P. Moutinho, P. Lefebvre, and U. Lopes da Silva, Jr. 2001. Road paving, fire regime feedbacks, and the future of Amazon forests. Forest Ecology and Management 5524: 1-13. Koren, Ilan, Y.J. Kaufman, L.A. Remer, and J.V. Martins, 2004: Measurement of the effect of biomass burning aerosol on inhibition of cloud formation over the Amazon, Science, 303, 1342-45. Hansen, James, M. Sato, A. Lacis, and R. Ruedy, 1997: The missing climate forcing, Phil. Trans. Royal Soc. London B, 352, 231-40. Ackerman, Andy S., O.B. Toon, D.E. Stevens, A.J. Heymsfield, V. Ramanathan, and E.J. Welton, 2000: Reduction of Tropical Cloudiness by Soot, Science, 288, 1042-47. O en los sitios: The Future of Amazonia Woods Hole Research Center, Tropical Forest Ecology IPAM (Amazon Institute of Environmental Research) Large-Scale Biosphere-Atmosphere Experiment in Amazonia-ECO 3

Información publicada por NASA respecto a este evento: En los reportes diarios y semanales de Natural Hazards del Earth Observatory de NASA, se han publicado en los últimos días, varios reportes basados en imágenes MODIS de este evento. Todas estas imágenes son originadas en NASA Natural Hazards. El día 9 de septiembre ya se observaba en la región una densa cobertura de humo, que dificultaba ver la superficie. Durante la mañana de ese día se observaban muchos focos calientes. A la tarde la cantidad de focos se incrementó significativamente. 4

El día 13 de septiembre se observa claramente el frente de fuego durante la mañana, debido a que la rotación de los vientos arrastró el humo hacia el norte. 5

El día 14, con vientos más leves se observa el gran incremento de la cobertura humo, tanto hacia el norte como hacia el sur. Esta imagen es una composición entre la adquisición de modis de la mañana (Terra) y de la tarde (Aqua). En los próximos días un nuevo cambio en la dirección del viento resultó en la cobertura con humo de vastas partes del país, hecho que fue agravado por la apariencia de cada vez más focos calientes, también en otras regiones de Bolivia y los países vecinos. 6

El día 20 la situación se mantiene, aunque el humo se encuentra mas disperso y algo desplazado hacia el sur, también se observan muchos focos en una zona mucho más al sur de la zona de interés. Se estaban quemando no solo áreas de cultivos, sino a esta altura ya los fuegos habían consumidos significantes superficies de bosques. Como consecuencia de este fenómeno, se veían perjudicados los habitantes de más de la mitad del territorio Boliviano, teniendo que tratarse en hospitales una creciente cantidad de personas por problemas respiratorios. En el marco de este escenario, a las horas de la tarde del día 16 de Septiembre, se activó el proyecto Charter mediante un llamado desde la Superintendencia Agraria de Bolivia al SIFEM Argentina. Una copia del User Request Form se detalla a continuación: 7

Charter on Major Disasters On-Duty Operator Procedure User Request Form To be filled by ODO Call Id 1. Date and Time of the Call DATE 16 MONTH (Spell) SEP YEAR 04 TIME 11:10 LOCAL TIME ZONE 4 UTC TIME 17:10 2. Name of the Organization SUPERINTENDENCIA AGRARIA (BOLIVIA) and Caller YURI SANDOVAL MONTES Phone 591-2-2333117 Fax 591-2-2333338 Cellular Phone 591-71546430 E-mail: s_yuri@hotmail.com; si-a@entelnet.bo To be used for call back 3. Type of disaster Flood hurricane earthquake Landslide Fire x oil spill Volcano Ice other (specify) 4. Geographical Location 5. Coordinates Approximate geographical Location and surface extent From: Brecha Casarabe To: San Pablo (Santa Cruz) Extent (km2) 133,8 a) by center coordinates Lat Long. b) by upper left co-ordinates Lat 15,75 º S Long 63,07º W Lower right co-ordinates Lat 16,32 ºS Long.62,57º W 6. Approximate date/time of occurrence 15-Sep-04 or predicted occurrence 7. Additional information on the disaster: Fires escape control and invade managed timber plantations, undisturbed forest, and permanent agriculture. Near 20000 people affected & 2 dead. Routes Blocked because a thick pall of smoke that obscures the roads and airports closed by visibility blocked by smoke. Affected area 250 km around north of Santa Cruz city. Risk of fire invasion of populated areas. 8. Additional Instructions (shipping instructions) 9. to be filled by ODO Authorized User Yes No El área del proyecto luego fue definido entre 15º00 16º30 latitud Sur y 60º20 63º20 longitud Oeste. 8

Las imágenes adquiridas, en el marco del Charter, de las fechas 20, 21 de Septiembre, muestran una expansión de los incendios, los cuales continuaron por varios días más. 9

En esta imagen MODIS del 7 de Octubre se observa una zona de gran cantidad de focos calientes concentrados en el Oeste del área, afectando el faldeo norte de la cordillera. 10

2. Datos utilizados En el marco de este proyecto se utilizaron los datos provistos por las agencias espaciales del Charter, como SAC-C MMRS, Landsat TM, SPOT, Envisat ASAR y se analizaron datos de MODIS, NOAA, SeaWiFS y MOPITT, los cuales fueron considerados de valor significante para un incendio de grandes extensiones. Además de estos datos fueron aplicados imágenes y coberturas de otras fuentes, como imágenes Landsat ETM+ ortorectificadas provistas por el GLCF de la Universidad de Maryland. Como información de altura para la ortorectificación de las imágenes adquiridas se obtuvieron datos del SRTM-3, los cuales fueron editados para este fin. Completando la cartografía de la zona del proyecto, se utilizaron mapas y se digitalizaron caminos y localidades en base a las imágenes adquiridas. 3. Procesamiento y productos Los datos adquiridos en el marco de este proyecto, luego de compilar las bandas espectrales de cada imagen, fueron sometidos a un proceso de ortorectificación. Este procedimiento se aplica con el fin de eliminar los desplazamientos por relieve causados por los ángulos de toma en los distintos sensores remotos. De este modo, las imágenes resultantes tienen todas la misma geometría, proyectados en el mismo sistema planimétrico y se permiten análisis espaciales precisos, trabajando con datos de varios sensores a la vez. La información de altura sobre nivel del mar del terreno que se precisa para el proceso de ortorectificación, se obtuvo del SRTM-3. Ya que estos datos se pueden obtener gratis en forma no editada, contienen todavía errores sobre todo en lugares de cuerpos de agua y en altas montañas. Por lo tanto, se editaron los modelos con PCI, eliminando estas fuentes de error para la ortorectificación. Mediante un análisis visual se determinaron y digitalizaron las áreas quemadas, y se evaluaron los distintos usos potenciales de cada sensor para casos de incendios. 3.1 SAC-C El satélite SACC proveía imágenes del sensor MMRS revisitando el área del proyecto Charter cada 7 días. Estos datos, cubriendo una franja de 356 km de ancho, brindan una fuente de informaciones de una gran superficie con una resolución espacial mediana de 175m. Las bandas espectrales del sensor permiten tanto una determinación del área quemada como también un análisis de focos calientes y área cubierta por humo. La imagen MMRS del 13 de Septiembre cubre toda el área del proyecto Charter. Además estaban a disposición dos escenas del 04 y del 20 de Septiembre. Estos datos se 11

procesaron luego de la georeferenciación en forma visual, determinando la superficie quemada entre el 5 y el 13, y el 20 de septiembre respectivamente en el área de intersección de las imágenes. En este análisis se utilizó también una imagen Landsat TM5, cuyo procesamiento está descrito en la respectiva sección de este informe. Se digitalizaron las zonas quemadas en el área del proyecto Charter, discriminando entre bosques y áreas de cultivos. 12

3.2 Landsat TM Las imágenes Landsat TM5 con su resolución espacial de 30m permiten una vista general a su vez muy detallada del área afectada por el incendio. A pesar de las coberturas de humo, teniendo 3 bandas espectrales en el infrarrojo se permiten análisis del área quemada con gran precisión y también estimaciones de tipos de cobertura del suelo que fueron afectados. Juntos con las imágenes del SACC, estos datos constituyen una buena base de informaciones en términos de mayores extensiones de varias decenas de kilómetros. 13

En este proyecto se trabajó sobre todo con dos imágenes, del 5 y del 21 de Septiembre, los cuales cubren una gran parte del área del proyecto. De este modo se tomó la escena del 5 de Septiembre como línea base, calculando un índice de vegetación con el fin de determinar áreas boscosas. Mediante un análisis sinóptico de estos datos con las imágenes del MMRS del SACC, se llegó a los siguientes resultados: 14

3.3 SPOT Para este proyecto se recibieron imágenes SPOT de dos áreas diferentes dentro del charter. Cada área está cubierta por dos escenas archivadas del año 2002 y 2003 respectivamente, en los modos PAN y HI. En el marco del Charter se adquirió una escena HI de cada área de estudio. Después de varios intentos de toma de datos durante el proyecto, los cuales presentaron significantes coberturas de humo y nubes, o tenían canales saturados, se adquirieron dos imágenes HI de la fecha 21 de Septiembre. Por razones de tiempo, los datos se pidieron en nivel de preprocesamiento 2A, que incluye una corrección geométrica. Sin embargo, entre las imágenes PAN y HI de la misma área se observó un desplazamiento de 60-100m. Esto hizo necesario un nuevo proceso de corrección geométrica que se realizó para las imágenes HI en forma de ortorectificación, utilizando a los datos SRTM 90 editados como información de altura, y las imágenes ETM+ ortorectificadas como base planimétrica. Con este procesamiento se obtuvo una superposición de las imágenes con diferencias de un píxel como máximo. A pesar de una significante cobertura de humo en el momento de adquisición y cierta saturación en las imágenes programadas, ésta perjudicaba solamente las bandas espectrales visibles del sensor. Las dos bandas infrarrojas sin embargo se podían utilizar para un análisis visual. 15

En el total de las áreas de estudio, se observó un notable aumento de campos cultivados, liberados de vegetación boscosa entre las imágenes archivadas de hace uno y dos años y las imágenes actuales. Un análisis multitemporal a través de índices de vegetación fue impedido por la cobertura de humo afectando las bandas de rojo en las dos áreas de estudio. La alta resolución espacial de los datos SPOT permite la determinación de áreas con diferentes grados de severidad de quema. Se detectan bosquetes de vegetación sobreviviente en zonas afectadas por el incendio. 16

3.4 Envisat ASAR Se trabajó con datos ASAR_APP_1P de dos swath distintos: IS3 descendente y IS6 ascendente. De este modo se obtuvieron imágenes de dos ángulos de rastreo, de 26.0-31.4 y 39.1 42.8º respectivamente. Las imágenes fueron tomadas el 26 de Septiembre. Para eliminar el moteado se pasó un filtro mean con ventana de 3x3. Preprocesados en modo ASA_APP_1P, los datos estaban en forma multi-look, convertidos en ground range. Debido al corto tiempo entre adquisición de los datos y su envío, los parámetros de las efemérides no fueron actualizados para georeferenciar las escenas. Por lo tanto, se hizo necesario realizar una corregistración de las imágenes. Como base planimétrica se utilizó la imagen Landsat TM5 ortorectificada del 21-09-2004, tomando las informaciones de altura del SRTM-90 editado en el marco de este proyecto. Como área de estudio se eligió una zona a 50km al Noroeste de Concepción, Provincia Ñuflo de Chávez en el departamento de Santa Cruz, donde se pueden ilustrar varias características de los datos. 17

En esta combinación de bandas de la imagen Landsat ETM+, la vegetación densa (con alto contenido de biomasa) se presenta en color azul como por ejemplo en el caso de los bosques en galería a lo largo del Río Uruguayito, mientras las zonas de campos y cultivos con suelos desnudos o con escasa cobertura vegetal muestran una signatura clara, casi blanca. Las áreas quemadas se ven en marrón, y en unos casos se pueden detectar frentes de fuego. Luego se hizo un análisis polarimétrico aplicando un cociente de las bandas HH/HV, llegando a una imagen de tres bandas. Como ejemplo, la figura siguiente muestra una combinación de las bandas cross-polarizadas y la relación entre ambas. 18

Del análisis visual se comprobó que en una sola imagen unitemporal las áreas quemadas se diferencian muy poco de su alrededor. Esto supuestamente se debe al efecto que tiene el fuego sobre la vegetación existente. Como en muchos casos los árboles y arbustos no se queman totalmente sino quedan tallos y troncos, en los valores de rebote recibidos se ven diferencias pequeñas con el entorno de vegetación viva. En este caso sería deseable contar con datos anteriores del evento, para poder hacer un análisis multitemporal. Debido a las características de los datos radar, los frentes de fuego no se pueden detectar. Las estructuras que se distinguen muy claramente de su alrededor en cambio son las áreas de cultivos cuando, como en esta época, tienen una superficie de suelo prácticamente desnudo, igual que partes de los valles teniendo ninguna o muy escasa cobertura vegetal. Estas áreas se destacan por una reflexión de los rayos radar muy baja, resultando en una signatura roja en la combinación de bandas presentes en el gráfico del análisis polarimétrico. La fusión de los datos ASAR_APP_1P con los tres canales infrarrojos de la imagen Landsat TM5 del 21/09/2004 muestra distintos resultados, según polarización de la banda SAR utilizada y proceso de fusión aplicado. Debido a la significante cobertura de humo en la imagen TM5, se trabajó en este análisis con las tres bandas del infrarrojo 4,5y 7, excluyendo los canales del espectro visible. La ubicación del área de detalle A está presentada en los gráficos anteriores. La fusión de los dos tipos de imágenes puede brindar informaciones adicionales, aprovechando las distintas características de los sensores. Mientras en el área quemada al borde inferior de los detalles, la imagen Landsat tiene muy poca diferenciación, se puede distinguir claramente una zona de signatura oscura en las dos imágenes de fusión. Generalmente había una mayor diferenciación en la combinación de datos Landsat con la polarización HH. Según el método aplicado para fusionar, se destacan distintas features- para la determinación de áreas quemadas, los mejores resultados fueron obtenidos aplicando la transformación Brovey con la banda HH de la imagen IS6 con órbita ascendente. Esa imagen además mostró la mayor aptitud para la distinción de vegetación densa y bosques de galería. Una mayor distinción dentro de las áreas de 19

cultivo fue lograda a través de la fusión con componente principal de la banda HH de la imagen IS3 descendente. Los datos SAR brindan una valiosa posibilidad de obtener informaciones espaciales también bajo condiciones de tiempo perjudiciales para sensores ópticos, con la presencia de nubes y humo, los cuales son fenómenos comunes. 4. Conclusiones El potencial de uso de cada tipo de los datos analizados está relacionado estrechamente con las características del incendio, y con el objetivo del uso. Como hay grandes variaciones respecto a extensiones en tiempo y espacio, igual que en intensidad y grado de emergencia de incendios, de los cuales todos además son variables a lo largo de cada evento, se presentan algunas conclusiones muy generales. Los incendios de este llamado del Charter presentan un caso de extremas extensiones tanto en el espacio el área afectada en total fue mucho mayor que el área del charter, en un momento 59% de la superficie del país estaba cubierta de humo-, como en el tiempo durante más de un mes había miles de focos ardiendo. En las primeras dos semanas se quemaron casi 200.000mil hectáreas de bosques, pastizales y cultivos. En un caso de tal magnitud, los datos de sensores cubriendo grandes superficies con altas frecuencias de revisita (hasta varias veces por día) como NOAA, MODIS permiten un seguimiento casi a tiempo real de la situación. Este hecho se ve más valorado aún teniendo en cuenta la posibilidad de detección de focos de calor de estos sensores. Para obtener una vista general del evento, estos datos brindan una herramienta ideal. Los datos provistos por el charter no son recibidos en tiempo real, demorando entre 3 y 7 días (a más). Por lo tanto no se pueden utilizar para la toma de decisiones relacionadas al combate de incendios. Sin embargo tienen una gran utilidad para análisis en la fase final o postevento. Además pueden ser empleados para la interpretación del fenómeno, contribuyendo eventualmente a optimizar el modo de intervención de futuros eventos. Se destaca el carácter multisensor del Charter. La integración de diferentes sensores ópticos y SAR con diferentes resoluciones (temporal, espectral y espacial) potencian enormemente la extracción de la información. Los datos Landsat, SAC-C pueden ser obtenidos hasta cada 7 días (en caso de solapamiento de Paths). Estos datos son adquiridos por CONAE y provistos de manera muy eficiente. Una vez activado el charter la capacidad de respuesta de SPOT es muy alta y es posible obtener datos 3 días posteriores a la activación. Los datos SAR no tienen restricciones por nubes u horas nocturnas, y a través de la combinación con datos ópticos producen una sinergia en el contenido de información. 20

En caso de contar con información disponible (imágenes ortorectificadas, mapas actuales de vegetación/combustible), el proceso de generación de información temática (superficie de área quemada, tipo de vegetación afectada) se podría acelerar. Sensores de alta resolución temporal tales como NOAA, MODIS y SPOT Vegetation pueden brindar información valiosa en caso de grandes incendios o de alta propagación. Consideraciones operativas La cooperación con el personal técnico de CONAE fue excelente (en ambos Charter). En el marco de este Charter hubo problemas de comunicación básicamente con el End- User. Faltó definir roles y funciones del PM y del alcance del charter, habiendo falsas expectativas por parte del End User. 21