Cartografia via satèl·lit d'incendis forestals
2006/07/01 Bastarrika Izagirre, Aitor - Kartografia eta Geodesia ingeniaria eta Topografia Ingeniaritza Teknikoko irakasleaEHU | Martinez Blanco, M. Pilar - Kartografia eta Geodesia ingeniaria eta Topografia Ingeniaritza Teknikoko irakasleaEHU Iturria: Elhuyar aldizkaria
obtenció i seguiment del procés de recuperació.
Incendis i els seus efectes
Els incendis forestals, els incendis de matolls o arbustos i l'agricultura per crema tenen una gran influència sobre el medi ambient, des de l'escala més baixa fins a la més alta. La desforestació intencionada altera totalment els paisatges locals. A nivell regional, els incendis afecten l'estructura i composició de la vegetació en els ecosistemes de fenòmens naturals, com els boscos boreals i la garriga mediterrània, així com al cicle biogeoquímic i hidrologia. Així mateix, els incendis forestals tenen una gran influència en el canvi climàtic en generar gasos i partícules (aerosols) que contribueixen a aquest efecte hivernacle.
Cada ecosistema respon al foc d'una manera diferent, per la qual cosa depenent de l'ecosistema, l'incendi pot tenir conseqüències diferents. Per tant, a més de conèixer la localització i extensió dels incendis, és imprescindible conèixer les característiques de les zones cremades.
No obstant això, a pesar que els incendis tenen una gran incidència a nivell mundial, generen una major atenció a escala menor (regional o local). Els incendis mediterranis són un exemple d'això: es té en compte com afecten l'economia i al medi ambient de la regió, però els efectes mundials no s'analitzen.
Sensors de teledetecció
Treballar amb imatges per satèl·lit té grans avantatges. En primer lloc, permet investigar fenòmens amb una visió global, ja que s'obtenen imatges de gairebé tothom de manera sistemàtica i en situacions d'observació similars. D'altra banda, la diversitat de sensors permet que els satèl·lits facin treballs multi-escala i amb objectius. A més, els nostres ulls reben informació d'altres zones de l'espectre electromagnètic que no perceben. Així, molts fenòmens es veuen millor, com les zones cremades.
També es poden classificar els sensors en funció de la resolució. Existeixen tres tipus de resolució: resolució espacial, espectral i temporal. La resolució espacial es defineix com la mesura de l'element més petit de la imatge, és a dir, la grandària del píxel. La resolució espacial més alta és d'al voltant d'un metre i la més baixa d'uns quilòmetres. La resolució espectral es defineix com el nombre de zones espectrals sensibles, és a dir, el nombre de bandes. Actualment existeixen sensors de molt alta resolució espectral (poden contenir centenars de bandes) anomenats hiperespectrales. Finalment, la resolució temporal pot variar d'uns minuts a un mes, la qual cosa indica la freqüència amb què es pren la imatge d'un mateix espai rural.
Aquestes tres resolucions estan en cert equilibri. Els sensors d'alta resolució temporal solen tenir una baixa resolució espacial i espectral, i s'utilitzen habitualment en meteorologia. Per contra, les persones amb alta resolució espacial presenten una baixa resolució temporal i espectral.
Incendis i sensors
Fa dues dècades es van començar a realitzar estimacions per satèl·lit de la superfície cremada mitjançant la detecció d'incendis actius. Aquesta detecció es basa en els alts nivells de radiació produïts per la temperatura dels incendis (banda d'uns 3,6 mm). Però no era molt útil, ja que el satèl·lit passava amb massa freqüència per a conèixer el desenvolupament exacte de l'incendi. A més, el fum i les boires provocades per l'incendi impedeixen en molts casos la detecció de l'incendi.
Per això, els sensors i les bandes han de seleccionar-se per zones per a obtenir resultats satisfactoris. Per exemple, per a la detecció d'incendis actius s'han utilitzat sensors d'alta resolució temporal com NOAA-AVHRR, AQUESTA-ATSR i, a partir de l'any 2000, EOS-MODIS. Aquest últim sensor proporciona dades d'alta qualitat, les imatges estan georreferenciadas i els efectes de l'atmosfera i les boires estan corregits i calibrats. Basant-se en aquestes imatges, han desenvolupat un producte estàndard a nivell mundial: MODIS MOD14 Fire and Thermal Anomalies Product . Uneix els incendis actius detectats diàriament en una resolució espacial d'un quilòmetre.
No obstant això, al no ser adequades les deteccions d'incendis actius per a mesurar les zones cremades, s'han desenvolupat altres tècniques. Aquestes tècniques es basen en la detecció dels canvis produïts pels incendis, com són la deposició de cendres i carbó, la desaparició o alteració de la vegetació.
A nivell regional, a més dels ja esmentats sensors NOAA-AVHRR i EOS-MODIS, s'ha treballat bastant amb altres sensors de resolució espacial mitjana com a ESPOT-VEGETATION. A més, a aquest nivell, i també a nivell local, és molt comú utilitzar imatges dels satèl·lits Landsat-TM i Landsat ETM+. A més de tenir una bona resolució espacial, tenen una resolució espectral adequada (espectre visible, infraroig pròxim, infraroig mitjà i banda tèrmica) i són molt eficaces per a cartografiar les zones cremades. La majoria dels sistemes cartogràfics nacionals de les zones cremades es basen en aquestes imatges.
Què mesurar?
Abans de realitzar qualsevol tipus de cartografia amb teledetecció és imprescindible conèixer com es comporten els elements que es volen plasmar en el mapa en les diferents zones de l'espectre. És el que es coneix com a signatura espectral i, una vegada coneguda, es poden detectar objectes a partir d'imatges.
La característica espectral de les zones cremades està relacionada amb el temps transcorregut des de l'incendi, el mal causat i la vegetació prèvia, explicant els efectes a curt i llarg termini.
El canvi espectral a curt termini és conseqüència de la combustió de la vegetació, de la deposició de cendres i carbó, i produeix un canvi de color important en l'espectre visible (verd a negre o marró). Encara que aquest canvi no dura massa en el mitjà mediterrani, en els boscos boreals pot durar anys. El canvi és encara major en altres espectres, com per exemple en l'infraroig pròxim la reflectividad disminueix considerablement, sobretot en zones amb alt contingut en combustibles, a causa de l'alta generació de carbó.
En l'infraroig d'ona curta, la reflectància tendeix a augmentar a causa de la pèrdua d'aigua dels teixits vegetals. Per a molts investigadors, aquesta banda és molt adequada per a cartografiar les zones cremades, ja que la influència de la dispersió atmosfèrica és menor que en unes altres. Quant a les bandes tèrmiques, es pot apreciar un lleuger augment de la temperatura que desapareix immediatament després de l'incendi.
L'afecció a llarg termini és molt més estable, ja que es basa en el canvi que sofreix l'estructura de la vegetació. Però el canvi pot deure's a altres factors com el pasturatge, el vent, l'estrès hídric, la fenologia o els insectes. Per això, és molt difícil plasmar l'impacte a llarg termini en el mapa.
Metodologies per a la creació de cartografia
L'anàlisi digital és una metodologia molt més ràpida, però pot donar més problemes, encara que en alguns casos és més precís que l'anàlisi visual. Una dels majors avantatges de les metodologies digitals és l'automatització, ja que si es dissenyen algorismes ben controlats, només l'ordinador pot fer cartografia. Desgraciadament, els algorismes no funcionen bé en tots els casos i requereixen certa garantia visual.
Per a realitzar anàlisis digitals, sovint es creen noves dades a partir de dades bàsiques. És el cas, per exemple, dels índexs de zones cremades. Aquests índexs es basen en les operacions de les bandes d'origen i serveixen per a diferenciar millor les zones cremades d'altres zones.
Les anàlisis digitals poden tramitar-se de dues formes. Aquelles que utilitzen imatges amb alta resolució temporal es basen en la tècnica denominada captura de canvis. En aquesta tècnica es realitza una anàlisi de cada píxel al llarg del temps per a avaluar si hi ha hagut algun canvi en el seu comportament per incendi. De la forma més senzilla, l'anàlisi es realitza comparant les imatges d'inici i final de l'incendi. Els píxels que han canviat molt solen tenir valors elevats en aquests índexs cremats i es recullen en el mapa que estan cremats, sempre que tinguin característiques espectrals de les zones cremades.
En cas contrari, quan es treballa amb imatges de menor resolució temporal (i per tant amb major resolució espacial), normalment s'utilitzen imatges post-incendio. Al no ser comparables amb els valors anteriors, només es basen en les característiques espectrals dels píxels. Es pot realitzar mitjançant diferents mètodes, sent un dels més senzills el mètode d'assignació. En aquest cas, atès l'índex de zones cremades, en el mapa es recullen tots els píxels que superen un valor.
Línies de recerca
En els últims anys s'han investigat en tres àmbits. D'una banda, en el desenvolupament de nous índexs, per a millorar la diferència entre zones cremades i superfícies amb resultats espectrals similars. D'altra banda, són nombroses les recerques que s'estan duent a terme en l'avaluació del grau d'afecció. Finalment, s'està estudiant l'aplicació de la cartografia de la zona cremada a nivell regional i global, sobre la base dels nous sensors posats en marxa en els últims anys.
Volem donar les gràcies al Departament de Geografia de la Universitat d'Alcalá i especialment al catedràtic Emilio Chuvieco per les imatges cedides.
