Teledetección aplicada al monitoreo ambiental: Ocurrencia de incendios en distintos ambientes naturales

Solange Noelia Villanueva1

María Cristina Serafini1

Walter Sione 1,2

1 Universidad Nacional de Luján - PRODITEL, Dpto. Ciencias BásicasRutas 5 y ex 7 (6700) Luján, Buenos Aires

solangevillanueva@gmail.com

2 Facultad de Ciencia y Tecnología - CEREGeo, UADERproditel@unlu.edu.ar

Resumen: Los ecosistemas terrestres de Argentina se ven sometidos a altos grados de fragmentación generados, en mayor porcentaje, por acciones antrópicas. La ocurrencia de incendios aparece como una de las principales causas de modificación del paisaje; este fenómeno se ve favorecido por variables de índole natural como: condiciones climáticas, disponibilidad del material combustible, contenido de humedad de la vegetación y del suelo, topografía y ubicación geográfica, entre otras. Las prácticas de manejo de pastizales para la ganadería y la agricultura, desmontes y diversas acciones por negligencia son algunos de los factores humanos que inciden sobre la aparición de focos de calor. El objetivo principal de este trabajo es realizar un análisis comparativo entre dos áreas pilotos, una localizada en la Región Pampeana y la otra en el Parque Chaqueño, para evaluar la probabilidad de ocurrencia de incendios según las variables ambientales. El periodo bajo análisis fue de 12 años (2000-2011). La metodología llevada a cabo se basó en el análisis estadístico de puntos de calor, obtenidos en base al producto MOD 14 de anomalías térmicas aportadas por el satélite Terra MODIS y AQUA; se realizó la integración de datos en un Sistema de Información Geográfica, interrelacionando las variables ambientales y antrópicas como: cobertura vegetal, precipitaciones, temperatura; distancia a las ciudades y caminos. El mapa de vegetación utilizado fue el GlobCover de la Agencia Espacial Europea a partir de datos del satélite Envisat y los datos climáticos fueron aportados por el Centro de Investigación Meteorológica, del Servicio Meteorológico Nacional. El análisis comparativo entre estas dos regiones, fitogeográficamente distintas, permitió caracterizar las áreas y evaluar la potencialidad de ambas en relación a la ocurrencia de incendios.

Palabras claves: Teledetección; Sistemas de Información Geográfica; anomalías térmicas; regiones fitogeográficas

Abstract: Terrestrial ecosystems in Argentina are subjected to high degrees of fragmentation caused mainly by human actions. Fires appear to be one of the landscape modification's major cause that is helped by weather conditions, availability of combustible material, moisture content of vegetation and soil, topography and geographic location, among others. Hot spots are produced by negligent human actions such us deforestation and other agricultural management practicies.This paper aims at presenting a comparative analysis between two pilot areas-one located in the Pampas and the other in the Chaco area, and examining fire occurrence probability according to the environmental variables. The study was carried out during a 12-year period (2000-2011). The selected methodology was based on statistical analysis of hot spots obtained from the product of thermal anomalies MOD 14 provided by the Terra MODIS and Aqua satellite. The data was integrated into a Geographic Information System, interconnecting the environmental and anthropogenic variables such as vegetation cover, rainfall, temperature, distance to towns and roads. The vegetation map used was Globcover provided by ESA and elaborated from Envisat satellite data while The National Weather service provided weather information. The comparative analysis between theese two phytogeographically different areas allowed the characterization of them and, at the same time, to asses their fire occurrence potenciality.

Keywords: Remote Sensing, Geographic Information Systems, thermal anomalies; phytogeographic regions

1. Introducción

Los incendios constituyen fenómenos de cambio en ambientes; la evolución del fuego desde un pequeño foco, que puede extinguirse rápidamente depende de diversas variables: cantidad (carga), continuidad (disposición horizontal y vertical) y características del combustible vegetal (fino, grueso, inflamable o no), temperatura y humedad relativa del aire, vientos, exposición, pendiente, entre otros (Defossé, G. et al., 2004).

En Argentina la ocurrencia de incendios, debido a la heterogeneidad del espacio geográfico y al desarrollo de actividades antrópicas, no sigue un mismo patrón; este fenómeno se ve favorecido por la presencia de vegetación inflamable y las variaciones climáticas como altas temperaturas, bajas humedades relativas del aire y sequía, que favorecen un aumento de la desecación de los combustibles vivos y muertos aumentando su inflamabilidad.

Dentro de los principales productos generados a partir del satélite Terra MODIS, son los puntos o focos de calor; estos indican las áreas que presentan una temperatura de superficie anómala. En la mayoría de los casos se asocia la presencia de un foco a la existencia potencial de un fuego o incendio. La detección de focos de calor se basa en la capacidad de algunos sensores remotos de capturar la energía emitida por la superficie en las longitudes de onda correspondientes al infrarrojo medio emisivo e infrarrojo lejano. Los umbrales que permiten identificar los focos de calor se establecen de acuerdo a las temperaturas que alcanzan los incendios, entre 300º C y 1500º C, según el tipo de vegetación, combustible acumulado, condiciones ambientales, etc. (Giglio, L. et al. 1999; 2006).

Un evento de incendio real, debido a sus características en cuanto a tamaño y duración, puede ser representado por más de un foco de calor; es decir, los focos continuos en espacio y tiempo son considerados como parte de un mismo evento de incendio.

Actualmente, existen numerosos productos disponibles gratuitos que son elaborados con el objetivo de cuantificar y representar la ocurrencia de incendios: el “Fire Information for Resource Management System” (FIRMS), desarrollado por la NASA, integra tecnología de sensores remotos y Sistemas de Información Geográfica (SIG) para realizar productos globales, estacionales, anuales y casi en tiempo real de focos de calor a partir de imágenes MODIS; el producto de “Mapas de Focos de Calor” provisto por la Comisión Nacional de Actividades Espaciales de Argentina (CONAE), a partir de la información capturada por el sensor MODIS; los productos de focos de calor generados por el Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) a partir del uso de distintos sensores y los productos de puntos de calor generados en México por la Comisión Nacional para el Conocimiento y uso de la Biodiversidad (CONABIO), entre otros.

En este contexto el objetivo principal de este trabajo fue integrar técnicas de teledetección y Sistemas de Información Geográfica para evaluar la ocurrencia o no de incendios a partir de la base de datos histórica de anomalías térmicas (FIRMS) de enero de 2000 a marzo de 2011, en dos áreas piloto correspondientes a la Región Pampeana y a la Región Chaqueña

El análisis realizado constituye un avance preliminar de investigación del proyecto marco del anuncio de oportunidad SAC-D Aquarius “Aportes del Observatorio Aquarius para una mejor comprensión de variables ambientales”.

2. Metodología

2.1 Área de estudio ISe encuentra ubicada en el Noroeste de la provincia de Buenos Aires, pertenece a la

llanura pampeana de la República Argentina, sus coordenadas geográficas son 34º 31´ 26” S - 35º 52´ 46” S y 63º 07´ 00” O - 61º 10´ 35”O (Figura 1).

La Región Pampeana es una extensa llanura ubicada al Este de la República Argentina, entre los 31° y 39° de Latitud Sur. Dentro de la región existe una división entre la denominada "Pampa húmeda" o "Pampa oriental" y la "Pampa seca" o "Pampa occidental" (Politis, G., 1984). Esta división estaría marcada por la isohieta de los 600 mm. Así, la subregión Pampa húmeda se encuentra limitada hacia el Oeste por la mencionada isohieta, mientras que su límite Este está marcado por el Río Paraná, el Río de La Plata y el Océano Atlántico. Abarca una superficie aproximada de 500.000 km2 y comprende la mayor parte de la provincia de Buenos Aires, Sur de Entre Ríos, Sur de Santa Fe, Sur de Córdoba y Sureste de San Luis (Cabrera, A., 1976). En la Pampa seca, al oeste, sólo llueve un promedio de 400 mm. anuales sobre un suelo arenoso o pedregoso donde crecen pastos duros.

Los vientos característicos de la Región Pampeana son el Pampero y la Sudestada. Desde el punto de vista fitogeográfico el área pertenece a la Provincia Pampeana del Dominio Chaqueño, cuya vegetación dominante es la estepa o pseudoestepa de gramíneas (Cabrera, A. 1976). Si bien la ausencia de árboles caracterizó al ambiente pampeano, durante la época de la conquista hispánica aún era posible encontrar espesos bosques relictuales de algarrobo blanco y negro (Prosopis alba y Prosopis Nigra) como así también de chañar (Geoffrea decorticans) y caldén (Prosopis). Aunque las comunidades naturales han sido intensamente modificadas por la acción agropecuaria, aún en campos no cultivados o en aquellos que han estado por largos períodos sin cultivo pueden observarse varias especies autóctonas. La llanura está dominada por una estepa graminosa donde predominan los géneros Stipa, Piptochaetium y Poa (Prieto A. 1996; Soriano A. et al. 1992).

2.2 Área de estudio IISe encuentra ubicada en el Norte de Santa Fe, Sur Oeste de Chaco y Noreste de Santiago

del Estero, pertenece a la Región Chaqueña argentina (Cabrera, A., 1976). Localizada entre las coordenadas: 26º 49´49” S - 28º22´54” S y 61º31´29” y 61º53´37” O (Figura 1). El Chaco Seco, en su mayor parte, es una vasta llanura sedimentaria, modelada esencialmente por la acción de los ríos que la atraviesan en sentido noroeste-sudeste, principalmente el Juramento-Salado, el Bermejo y el Pilcomayo. El Chaco Seco contiene diversidad faunística, aunque muchos de sus componentes han sufrido una fuerte reducción en sus poblaciones, provocada por la intervención antrópica.

El Chaco Oriental o Húmedo, con algunas diferencias en cuanto a su delimitación abarca la mitad oriental de Formosa y Chaco, el extremo noroeste de Corrientes y el norte de Santa Fe. Incluye la porción húmeda de las cuencas de los ríos Pilcomayo y Bermejo, los Esteros, Cañadas y Selvas de Ribera y el Alto Agrícola Chaco Formoseño, estos dos últimos dentro de la Provincia del Chaco. (Morello, J.; Adámoli, J., 1968). Posee dos gradientes: térmico y de precipitaciones, el primero, decreciente en sentido norte sur y el segundo decreciente en sentido oeste este, que condicionan la aparente uniformidad de la zona, que se manifiesta en diversidad en cuanto a: disponibilidad de agua del sistema hídrico superficial y subterráneo, diversificación de los suelos y en la vegetación: bosque cerrado, un paisaje abierto de parques y sabanas y un horizonte de esteros y bañados enmarcados por selvas en galería.

La condición climática subtropical húmedo (Bruniard, E., 1987) implica temperaturas media anuales desde los 23º al norte hasta los 18º al sur de la región. Las lluvias son abundantes con dos picos estacionales (otoño y verano) y un balance hídrico positivo.

La vegetación, con la presencia de bosques fluviales, áreas deprimidas con amplio dominio de vegetación herbácea, muchas veces compartidas con especies de palma en fisonomías de tipo sabánica, presenta la mayor diversidad del Parque Chaqueño. Las pulsaciones debidas a las inundaciones y el fuego son una importante característica de las áreas más deprimidas.

Figura 1. Ubicación de las áreas de estudio I y II

3. Materiales y métodos

Los materiales empleados fueron: datos climáticos del Servicio Meteorológico Nacional (SMN), periodo 2000-2011; imágenes del área obtenidas del satélite Landsat V (área I – path row 228-084; área II - path row 228-079) y del satélite IRS, sensor LISS, obtenidos de la página del Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE).

Por otro lado, se obtuvieron a partir de la descarga de los productos MOD 14 del satélite Terra MODIS de la página web de la NASA los datos históricos de puntos de calor.

Tabla 1. Variables de análisis y fuente de datosVariable Tipo Fuentes Resolución

Espacial (m)Anomalías térmicas Puntos de calor NASA (satélite Terra

MODIS y AQUA)1000

Biomasa Vegetación Globcover (2005) 250Temperatura Clima SMN …..Precipitaciones Clima SMN …..Distancia a las ciudades Antrópica IGN (2005) 250Distancia a las rutas Antrópica IGN (2005) 250

Producto MOD 14 (anomalías térmicas) aportadas por el satélite Terra MODIS y AQUA; IGN: Instituto Geográfico Nacional; SMN: Servicio Meteorológico Nacional

Las series de puntos de calor fueron reproyectadas para el procesamiento de datos en un Sistema de Información Geográfica. Se interrelacionaron los puntos para el área I (Figura 2) y para el área II (Figura 3).

El fenómeno de incendios está relacionado con diversas variables sistemáticas que inciden en la dinámica de ocurrencia del mismo, a partir de esta premisa se llevan a cabo los siguientes pasos metodológicos:

Con la finalidad de identificar el tipo de vegetación asociada con los puntos de calor en cada área, se realizó la integración de la serie de puntos de calor con la cobertura vegetal Globcover (Figura 4 y Figura 5).

El fenómeno de incendios también está relacionado con las actividades antrópicas, debido a esta relación se consideraron las variables: distancia al área de influencias de caminos y poblados, consideradas como posibles variables de origen de conflictos.

La cobertura de distancias, mide la distancia Euclidiana (distancia más cercana entre dos puntos), de cada unidad de análisis a la variable analizada.

Se generó el mapa de distancia al área de influencia de los centros poblados y caminos. Los mismos fueron realizados a partir del Sistema de Información Geográfica del Instituto Geográfico Nacional del año 2005 en conjunto con la cobertura de puntos de calor.

Con el objetivo de ampliar el análisis de los datos de anomalías térmicas detectadas satelitalmente en ambas zonas, se relevó la distribución de los puntos calientes por tipo mensual y estacional durante 10 años. Se registraron periodos con distintas densidades de puntos sobre la superficie terrestre.

En función de los desvíos observados, a partir de la distribución de puntos de calor se relevaron las variables climáticas de temperatura y precipitación para el período bajo análisis, en base al informe del SMN, con la finalidad de analizar la correlación entre estas variables y las anomalías térmicas.

Figura 2. Serie de puntos de calor. Periodo 2000 – 2011 correspondiente al área I

Figura 3. Serie de puntos de calor. Periodo 2000 – 2011 correspondiente al área II

Figura 4. Integración de datos. Cobertura vegetal y puntos de calor. Área I

Figura 5. Integración de datos. Cobertura vegetal y puntos de calor. Área II

4. Resultado y Discusión

De acuerdo a la clasificación del Globcover, la concentración de puntos de calor en el área I, estaría asociada con las siguientes categorías: 14) Tierras de cultivo de secano, 130) Matorral abierto y 110) Pastizales; mientras que en el área II la concentración de puntos se encuentra asociada con las categorías: 14) Tierras de cultivo de secano, 130) Matorral abierto, 50) Matorral cerrado, 40) Matorral cerrado a abierto (mayor 15 %), bosques caducifolios de hoja ancha (mayor a 5m), 30) Mosaico vegetación (pastizales / matorrales / bosques) (50 - 70%) / tierras de cultivo (20-50%) (Figuras 4 y 5).

A partir del mapa de distancias generado se registró la relación entre la influencia antrópica y la localización de puntos de calor registrados en el área. La distancia más cercana hallada entre un punto de calor, caminos y poblados fue de 100 m (Figura 6).

También se realizó el análisis de la serie histórica de puntos de calor, en ambas áreas se registraron diferencias durante los meses de agosto y septiembre. En el área I se observaron las anomalías térmicas en el año 2004; 2006; 2009, 2010 y 2011. Mientras que en el área II los desvíos se registraron en los años 2004; 2005; 2007, 2008. En ambas áreas, en general se registro durante el mes de agosto (Figura 7 y 8).

Figura 7. Evolución de la distribución de puntos de calor en el área I

Figura 6. Integración de datos: Variables de influencia de caminos y poblados con puntos calientes. Área II

Se relevaron las variables climáticas de temperatura y precipitación para el periodo bajo análisis, en base a datos obtenidos del SMN, con la finalidad de analizar la correlación entre estas variables y las anomalías térmicas, asociándose con las bajas precipitaciones y temperaturas elevadas en el mes de agosto (Figura 9 y 10).

Figura 9. Temperatura y precipitaciones en el mes de agosto, correspondientes al área I. Fuente: Servicio Meteorológico Nacional

0

20

40

60

80

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Prec

ipita

cione

s (m

m)

0

5

10

15

20

25

30

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Tem

pera

tura

(°C)

Figura 10. Temperatura y precipitaciones en el mes de agosto. Correspondientes al área II. Fuente: Servicio Meteorológico Nacional

Figura 8. Evolución de la distribución de puntos de calor en el área II

5. Conclusiones

La integración de la información permitió evaluar la serie de puntos de calor y la influencia que ejercen las variables ambientales en la dinámica de estas anomalías térmicas, considerando el área I como una zona con menor potencial de riesgo de ocurrencia de incendios, dada las características del terreno y el grado de influencia antrópica, mientras que el área II, podría decirse que es un área con mayor potencial de riesgo de incendios, debido a las características geográficas y al alto nivel de influencia antrópico, a través de practicas como quemas intencionales de pastizales naturales. Por otro lado se puede extraer del mapa de influencia de caminos y poblados una alta relación entre el fenómeno bajo estudio y las anomalías térmicas, dada por una distancia de 100 m.

La intersección de la cobertura vegetal, los datos de la imagen satelital y los puntos de calor aportaron información sobre las características del área; para obtener mejor nivel de detalle se recomienda la inclusión de un mapa de cobertura vegetal a mayor escala.

Este estudio preliminar permitió asociar la presencia de anomalías térmicas con las variables climáticas de temperatura y precipitación. Estos resultados señalan la necesidad de extender el estudio incluyendo otras variables, como contenido de humedad, velocidad del viento, índices de vegetación, entre otras, que pueden influir sobre la ocurrencia de los incendios, así como también extender el estudio a otras regiones para obtener un análisis comparativo y detectar las áreas de mayor riesgo de acuerdo a sus características ambientales.

El análisis comparativo entre estas dos regiones, fitogeográficamente distintas, permitió caracterizar las áreas y evaluar la potencialidad de ambas en relación a la ocurrencia de incendios.

Agradecimientos

Los autores desea agradecer a la Comisión Nacional de Actividades Espaciales; a la Agencia de Promoción Científica y la National Aeronautics and Space Administration (NASA) por el apoyo recibido.

Referencias

Bruniard, E. D y Alberto J, A (1987) Atlas geográfico de la Provincia del Chaco. Tomo 1: el medio natural. Instituto de Geografía. Facultad de Humanidades – UNNE. Argentina.

Cabrera, A. (1976). Regiones fitogeográficas Argentinas. 2º ed. Enciclopedia Argentina de Agricultura y Jardinería. ACME SACI, Buenos Aires.

Defosse, G; Rostagno; Del Valle, H y Dentoni. (2004). El fuego en la porción austral de la región del Monte. Pp. 167-180 in: C Kunst; S Bravo & JL Panigatti (eds). Fuego en los ecosistemas argentinos. INTA, Buenos Aires, Argentina.

Fischer, M.A. (2008) Condiciones de la vegetación que favorecen la ocurrencia, propagación y duración de los incendios en la Región Semiárida Argentina. Tesis Magister of Science, Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, Argentina.

Giglio L., Kendall J.D., Justice C.O. (1999). Evaluation of global detection algorithms using simulated AVHRR infrared data. International Journal of Remote Sensing 20:1947-1985.

Giglio, L., Van der Werf, G.R., Randerson, J.T., Collatz, G.J., Kasibhatla, P.S. (2006). Global estimation of burned area using MODIS active fire observations. Atmospheric Chemistry and Physics 6:957-974.

Morello J.H. y J. Adámoli (1968) Las Grandes Unidades de Vegetación y Ambiente del Chaco Argentino. Serie Fitogeografía, 10: 1-125p. Segunda parte. INTA, Buenos Aires.

Politis, G. (1984) Arqueología del Área Interserrana Bonaerense. Tesis Doctoral inédita. Facultad de Ciencias Naturales y Museo, Universidad Nacional de La Plata. La Plata.

Prieto A. R. (1996). Late Quaternary vegetational and climatic changes in the Pampa grassland of Argentina. Quaternary Research 45:76-88.