Cartografía vía satélite de incendios forestais

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

• Telekomunikazioak
• Geografia
• Ingurumena

A teledetección é un técnico que obtén e utiliza imaxes por satélite. En caso de incendios forestais adóitase utilizar en varias fases. Antes do incendio, serve paira obter a información necesaria dos modelos utilizados paira calcular o risco de incendio, coñecer o estado hídrico ou a temperatura da vexetación, etc. Durante o incendio pódese ir estudando o desenvolvemento e a extensión do mesmo grazas á teledetección. Por último, tamén se utiliza paira avaliar o impacto tras a finalización do incendio, co fin de elaborar a cartografía da zona queimada, información sobre o grao de afección causado

obtención e seguimento do proceso de recuperación.

Incendios e os seus efectos

Os incendios forestais, os incendios de matogueiras ou arbustos e a agricultura por queima teñen una gran influencia sobre o medio ambiente, desde a escala máis baixa até a máis alta. A deforestación intencionada altera totalmente as paisaxes locais. A nivel rexional, os incendios afectan á estrutura e composición da vexetación nos ecosistemas de fenómenos naturais, como os bosques boreales e a chaparral mediterránea, así como ao ciclo biogeoquímico e hidrología. Así mesmo, os incendios forestais teñen una gran influencia no cambio climático ao xerar gases e partículas (aerosois) que contribúen ao efecto invernadoiro.

Cada ecosistema responde o lume dunha maneira diferente, polo que dependendo do ecosistema, o incendio pode ter consecuencias diferentes. Por tanto, ademais de coñecer a localización e extensión dos incendios, é imprescindible coñecer as características das zonas queimadas.

Con todo, a pesar de que os incendios teñen una gran incidencia a nivel mundial, xeran una maior atención a escala menor (rexional ou local). Os incendios mediterráneos son un exemplo diso: tense en conta como afectan á economía e ao medio ambiente da rexión, pero os efectos mundiais non se analizan.

Sensores de teledetección

Traballar con imaxes por satélite ten grandes vantaxes. En primeiro lugar, permite investigar fenómenos cunha visión global, xa que se obteñen imaxes de case todo o mundo de forma sistemática e en situacións de observación similares. Doutra banda, a diversidade de sensores permite que os satélites realicen traballos multi-escala e con obxectivos. Ademais, os nosos ollos reciben información doutras zonas do espectro electromagnético que non perciben. Así, moitos fenómenos ven mellor, como as zonas queimadas.

Hai moitos tipos de sensores. Por exemplo, pódense diferenciar pasivos e activos. Os pasivos reciben a radiación electromagnética do Sol reflectida polos obxectos terrestres. Os activos, pola contra, emiten ondas á Terra e despois os obxectos reciben una resposta traducida. Estas ondas son normalmente microondas e son moi efectivas pola súa capacidade de atravesar néboas.

Tamén se poden clasificar os sensores en función da resolución. Existen tres tipos de resolución: resolución espacial, espectral e temporal. A resolución espacial defínese como a medida do elemento máis pequeno da imaxe, é dicir, o tamaño do píxel. A resolución espacial máis alta é de ao redor dun metro e a máis baixa duns quilómetros. A resolución espectral defínese como o número de zonas espectrales sensibles, é dicir, o número de bandas. Actualmente existen sensores de moi alta resolución espectral (poden conter centos de bandas) chamados hiperespectrales. Finalmente, a resolución temporal pode variar duns minutos a un mes, o que indica a frecuencia con que se toma a imaxe dun mesmo espazo rural.

Estas tres resolucións están en certo equilibrio. Os sensores de alta resolución temporal adoitan ter una baixa resolución espacial e espectral, e utilízanse habitualmente en meteorología. Pola contra, as persoas con alta resolución espacial presentan una baixa resolución temporal e espectral.

Incendios e sensores

Hai dúas décadas comezáronse a realizar estimacións por satélite da superficie queimada mediante a detección de incendios activos. Esta detección baséase nos altos niveis de radiación producidos pola temperatura dos incendios (banda duns 3,6 mm). Pero non era moi útil, xa que o satélite pasaba con demasiada frecuencia paira coñecer o desenvolvemento exacto do incendio. Ademais, o fume e as néboas provocadas polo incendio impiden en moitos casos a detección do incendio.

Por iso, os sensores e as bandas deben seleccionarse por zonas paira obter resultados satisfactorios. Por exemplo, paira a detección de incendios activos utilizáronse sensores de alta resolución temporal como NOAA-AVHRR, ESA-ATSR e, a partir do ano 2000, EOS-MODIS. Este último sensor proporciona datos de alta calidade, as imaxes están georreferenciadas e os efectos da atmosfera e as néboas están corrixidos e calibrados. Baseándose nestas imaxes, desenvolveron un produto estándar a nivel mundial: MODIS MOD14 Fire and Thermal Anomalías Product . Une os incendios activos detectados diariamente nunha resolución espacial dun quilómetro.

No entanto, ao non ser adecuadas as deteccións de incendios activos paira medir as zonas queimadas, desenvolvéronse outras técnicas. Estas técnicas baséanse na detección dos cambios producidos polos incendios, como son a deposición de cinzas e carbón, a desaparición ou alteración da vexetación.

A nivel rexional, ademais dos xa mencionados sensores NOAA-AVHRR e EOS-MODIS, traballouse bastante con outros sensores de resolución espacial media como ANUNCIO-VEGETATION. Ademais, a este nivel, e tamén a nivel local, é moi común utilizar imaxes dos satélites Landsat-TM e Landsat ETM+. Ademais de ter una boa resolución espacial, teñen una resolución espectral adecuada (espectro visible, infravermello próximo, infravermello medio e banda térmica) e son moi eficaces paira cartografiar as zonas queimadas. A maioría dos sistemas cartográficos nacionais das zonas queimadas baséanse nestas imaxes.

Na última década desenvolvéronse satélites que capturan imaxes de alta resolución espacial, como ICONAS de Space Imaging e QUICKBIRD de DigitalGlobe. A pesar de que o seu grao de detalle é moi alto, a súa menor resolución espectral (só o espectro visible e próximo), non son tan bos paira incluír no mapa as zonas queimadas.

Que medir?

Antes de realizar calquera tipo de cartografía con teledetección é imprescindible coñecer como se comportan os elementos que se queren plasmar no mapa nas diferentes zonas do espectro. É o que se coñece como asina espectral e, una vez coñecida, pódense detectar obxectos a partir de imaxes.

A característica espectral das zonas queimadas está relacionada co tempo transcorrido desde o incendio, o dano causado e a vexetación previa, explicando os efectos a curto e longo prazo.

O cambio espectral a curto prazo é consecuencia da combustión da vexetación, da deposición de cinzas e carbón, e produce un cambio de cor importante no espectro visible (verde a negro ou marrón). Aínda que este cambio non dura demasiado no medio mediterráneo, nos bosques boreales pode durar anos. O cambio é aínda maior noutros espectros, por exemplo no infravermello próximo a reflectividad diminúe considerablemente, sobre todo en zonas con alto contido en combustibles, debido á alta xeración de carbón.

No infravermello de onda curta, a reflectancia tende a aumentar debido á perda de auga dos tecidos vexetais. Paira moitos investigadores, esta banda é moi adecuada paira cartografiar as zonas queimadas, xa que a influencia da dispersión atmosférica é menor que noutras. En canto ás bandas térmicas, pódese apreciar un lixeiro aumento da temperatura que desaparece inmediatamente despois do incendio.

A afección a longo prazo é moito máis estable, xa que se basea no cambio que sofre a estrutura da vexetación. Pero o cambio pode deberse a outros factores como o pastoreo, o vento, a tensión hídrico, a fenología ou os insectos. Por iso, é moi difícil plasmar o impacto a longo prazo no mapa.

Metodoloxías paira a creación de cartografía

Pódense distinguir dúas grandes metodoloxías de cartografía da zona queimada con imaxes por satélite, a análise visual e a análise dixital. A análise visual baséase en imaxes posteriores ao incendio ou en imaxes conxuntas antes e despois do mesmo. Utilizando as bandas que conveñan e realizando as composicións de cor adecuadas, pódense distinguir bastante claramente as zonas queimadas. Desta forma, a cartografía realízase indicando na pantalla do computador os puntos que delimitan a área queimada. Aínda que a metodoloxía é lenta, é moi precisa porque ademais de traballar a percepción das cores, os intérpretes expertos combinan o contexto da zona coa información das estruturas.

A análise dixital é una metodoloxía moito máis rápida, pero pode dar máis problemas, aínda que nalgúns casos é máis preciso que a análise visual. Una das maiores vantaxes das metodoloxías dixitais é a automatización, xa que se se deseñan algoritmos ben controlados, só o computador pode facer cartografía. Desgraciadamente, os algoritmos non funcionan ben en todos os casos e requiren certa garantía visual.

Paira realizar análises dixitais, a miúdo créanse novos datos a partir de datos básicos. É o caso, por exemplo, dos índices de zonas queimadas. Estes índices baséanse nas operacións das bandas de orixe e serven paira diferenciar mellor as zonas queimadas doutras zonas.

As análises dixitais poden tramitarse de dúas formas. Aquelas que utilizan imaxes con alta resolución temporal baséanse na técnica denominada captura de cambios. Nesta técnica realízase unha análise de cada píxel ao longo do tempo paira avaliar si houbo algún cambio no seu comportamento por incendio. Da forma máis sinxela, a análise realízase comparando as imaxes de inicio e final do incendio. Os píxeles que cambiaron moito adoitan ter valores elevados nestes índices queimados e recóllense no mapa que están queimados, sempre que teñan características espectrales das zonas queimadas.

En caso contrario, cando se traballa con imaxes de menor resolución temporal (e por tanto con maior resolución espacial), normalmente utilízanse imaxes post-incendio. Ao non ser comparables cos valores anteriores, só se basean nas características espectrales dos píxeles. Pódese realizar mediante diferentes métodos, sendo un dos máis sinxelos o método de asignación. Neste caso, atendendo ao índice de zonas queimadas, no mapa recóllense todos os píxeles que superan un valor.

Liñas de investigación

Nos últimos anos investigáronse en tres ámbitos. Por unha banda, no desenvolvemento de novos índices, paira mellorar a diferenza entre zonas queimadas e superficies con resultados espectrales similares. Doutra banda, son numerosas as investigacións que se están levando a cabo na avaliación do grao de afección. Por último, está a estudarse a aplicación da cartografía da zona queimada a nivel rexional e global, en base aos novos sensores postos en marcha nos últimos anos.

Queremos dar as grazas ao Departamento de Xeografía da Universidade de Alcalá e en especial ao catedrático Emilio Chuvieco polas imaxes cedidas.