Sistema de Predicción de Peligro de Incendios Forestales de México
Predicción en tiempo casi-real
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Proyecto Conafor-Conacyt 252620

1. Introducción.

El Sistema de Predicción de Peligro de Incendios Forestales para México, desarrollado en el proyecto CONAFOR-CONACYT 2014-2-252620, es una herramienta de apoyo a la toma de decisiones para la prevención y el combate de incendios en México. Ha sido desarrollado por la Universidad Juárez del Estado de Durango, con la colaboración de CONABIO, SMN-CONAGUA, Universidad de Washington (USA), USDA Forest Service, (USA), Instituto Nacional De Pesquisas Espaciais (Brasil), Universidad Nacional Autónoma De México, Universidad de Guadalajara y el Centro de Investigaciones Forestales de Lourizán, España).

El sistema permite evaluar en tiempo real las condiciones de sequedad del combustible y el peligro de incendio asociado. Integra variables meteorológicas en tiempo real, mapas de vegetación y factores humanos (tales como carreteras y poblados) para mostrar diariamente las condiciones meteorológicas de sequedad de los combustibles, peligro de incendio, y número de incendios esperados. Los mapas se actualizan diariamente en base a información meteorológica, incendios y puntos de calor activos. El acceso a la información es libre, a través de un navegador de Internet, con la finalidad de apoyar el proceso de toma de decisiones de la CONAFOR en la prevención y combate de incendios forestales

Los índices de peligro de incendio del sistema, ofrecen información sobre:

En base a esta información, mapeada diariamente para las condiciones actuales y pronosticadas, los agentes de manejo de incendios pueden tomar decisiones tales como:

En el largo plazo, el uso del Sistema de Peligro permite planear acciones de supresión, pre-supresión y prevención tales como:


Componentes del Sistema de Predicción de Peligro de Incendios Forestales para México.

El sistema está integrado como un visor actualizado diariamente con información de puntos de calor activos (CONABIO), información meteorológica (CONABIO y SMN), e incendios activos (CONAFOR), a partir de las cuales se calculan índices de sequedad del combustible, peligro meteorológico, peligro de incendio, y número de incendios esperados por estado. En la sección de Peligro de incendio, diariamente se mapean los siguientes índices:

1. Índice de Sequedad del Combustible (ISC).

Muestra las condiciones de estrés hídrico diarias de los combustibles. Se calcula a partir de imágenes diarias de temperatura, humedad relativa y precipitación, y de compuestos semanales de NDVI, suministradas diariamente por la CONABIO y el SMN, según la metodología descrita en Vega-Nieva et al. (2018a).

2. Índice de Peligro Meteorológico.

Combina el índice de sequedad del combustible con el tipo de vegetación, ecorregión, y la presencia de puntos de calor en días anteriores, para estimar el número de igniciones esperadas por tipo de vegetación y región del país (Vega-Nieva et al., 2018a).

3. Peligro de Incendio.

Combina el índice diario de peligro meteorológico con el mapa de riesgo de ocurrencia de incendio según factores humanos (Monjarás-Vega, 2018), que considera distancia a carreteras, localidades y ocurrencia histórica de incendios. El índice de Peligro de Incendio señala como mayor probabilidad de ocurrencia de un combate de incendio, de todas aquellas áreas donde el combustible se encuentra seco (índice de peligro meteorológico), aquellas que se encuentran en la cercanía de localidades y vías de acceso.

4. Número esperado de incendios por estado

El mapa de Número esperado de incendios por estado representa el pronóstico de número de incendios esperados por estado, permitiendo apoyar la toma de decisiones sobre el nivel de ocupación esperado de los medios y eventuales movilizaciones de recursos entre estados.

El siguiente diagrama resume la estructura del sistema:


Diagrama General del Sistema de Predicción de Peligro de Incendios Forestales para México.

En la presente sección se resumen los índices de peligro del sistema y se resume su aplicación para el apoyo a la toma de decisiones de manejo del fuego.


1) ÍNDICE DE SEQUEDAD DEL COMBUSTIBLE (ISC).

Refleja el estrés hídrico (nivel de sequedad) de los combustibles. El índice integra una estimación de la humedad del combustible muerto de 100h (H100) con un indicador de la humedad del combustible vivo (NDVI). Los índices son calculados con frecuencia diaria a partir de información satelital (NDVI) y meteorológica (temperatura, humedad relativa, precipitación) disponible actualmente en tiempo real en CONABIO (Tabla 1).

Las fuentes de información y resolución espacial de los índices se resumen en la siguiente tabla y en el diagrama 2 a continuación:

Tabla 1. Índices diario y mensual de sequedad del combustible

Frecuencia Variable Información empleada para el cálculo del índice Resolución espacial
Diario 1. Humedad del combustible seco (100h) Precipitación (GPM), Temperatura y Humedad Relativa (Perfil atmosférico MODIS) 5 km
10 días 2.NDVI (compuesto de 10 días) Índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI) a partir de imágenes MODIS 1 km


Diagrama 2. Proceso de cálculo del Índice de Sequedad del Combustible (ISC) a partir de la humedad diaria del combustible de 100h y el NDVI.


El índice de sequedad del combustible ISC es una modificación del índice FPI del Sistema Norteamericano de Peligro de Incendios desarrollado por Burgan (1998), calibrada para condiciones mexicanas en base al análisis de históricos de incendios y puntos de calor en el periodo 2003-2018 para México por Vega-Nieva et al., (2018a). A continuación (Tabla 2) se detallan los umbrales propuestos en base a la calibración con los históricos de igniciones en México. El índice va de < 40 a 100, donde < 40 es un combustible completamente húmedo y 100 es un combustible completamente seco.

Tabla 2. Interpretación del Índice de Sequedad del Combustible

Índice de Sequedad del Combustible (ISC) Sequedad del combustible
< 40 Muy Baja
40-50 Baja
50-60 Media
60-70 Alta
70-92 Muy alta
> 92 Extrema

Muy bajo (< 50): El nivel muy bajo suele estar asociado a eventos recientes de precipitación, que elevan la humedad del combustible por encima de los niveles en los que suele suceder una ignición. Pueden ocurrir igniciones puntuales, particularmente vinculadas a quemas agrícolas en bosques y selvas bajo condiciones húmedas, pero se espera un bajo peligro de propagación de incendios, con baja longitud de flama y velocidad de propagación.

Bajo y Medio (40-60): Aparece a los pocos días de un evento de precipitación. El riesgo de ocurrencia y peligro de propagación se incrementa. Los incendios no son muy peligrosos pero pueden ser relativamente frecuentes, asociados a quemas agrícolas en condiciones de humedad baja y media, especialmente en el centro y occidente del país a comienzo del año.

Alto (60-70): Aparece cuando se acumulan varias semanas sin precipitación. Se comienzan a registrar incendios más frecuentes y más peligrosos, particularmente en los bosques más húmedos de las regiones centro y sur, donde este nivel suele aparecer alrededor de los meses de marzo asociado a frecuentes incendios de peligrosidad media-alta.

Muy Alto (>70): El combustible está completamente seco. Los incendios son muy frecuentes y más peligrosos. La mayoría de los incendios ocurren bajo esas condiciones de sequedad de combustible, que se suelen alcanzar a partir de marzo en el centro del país, y generalmente uno y dos meses (abril y mayo a julio) más tarde en la región noroeste y Baja California, respectivamente.

Extremo (>92): El combustible está en su máxima sequedad histórica. Valores de nivel extremo son poco frecuentes en bosques templados, estando generalmente limitada su presencia a zonas áridas, de extrema sequedad del combustible, pero bajo riesgo de ocurrencia y bajo peligro de propagación. No obstante, la ocurrencia extraordinaria de este nivel de sequedad extrema sobre un área de bosque templado indicaría condiciones extremas de sequedad unidas a una gran cantidad de combustible disponible, resultando en un posible comportamiento extremo del incendio.

Las fechas en las que se alcanzan los niveles medio, alto y muy alto y eventualmente el nivel extremo (asociado generalmente a años muy secos) varía entre años, por lo que se recomienda interpretar las condiciones actuales y pronosticadas frente a años de referencia secos (ejemplo 2011) y años húmedos (ejemplo 2014). Se pueden consultar como referencia reportes históricos de evolución del índice ISC en la liga: http://forestales.ujed.mx/incendios/inicio/historicos_reportes.php

Asimismo se pueden visualizar animaciones semanales del índice ISC en la liga: http://forestales.ujed.mx/incendios/inicio/historicos_animaciones.php

Se pueden consultar más detalles sobre la metodología para el cálculo del ISC en la publicación de Vega-Nieva et al. (2018a).


2) PELIGRO METEOROLÓGICO DE INCENDIO

El monitoreo de los mapas del índice de sequedad del combustible (figuras anteriores) permite seguir la evolución de la sequedad del combustible, desde niveles muy bajos asociados a eventos de precipitación (en azul en los mapas) hasta niveles de alta y muy alta sequedad del combustible (naranja, rojo).

El índice de sequedad del combustible es útil como descriptor del estrés hídrico de la vegetación, pero considerado aisladamente presenta algunas limitaciones como único descriptor del Peligro de Incendio. Como se ha mencionado, niveles muy altos y extremos (rojos a rosa) de sequedad del combustible en zonas áridas no vienen acompañadas de un alto riesgo donde hay baja disponibilidad o continuidad de combustible (ej. desiertos). Además, como se ha mencionado, diferentes regiones requieren de diferentes condiciones de sequedad de combustible para la ocurrencia de incendio, unido a diferentes patrones temporales y espaciales de igniciones en diferentes regiones del país, influenciados por factores tales como el calendario agrícola (Vega-Nieva et al., 2018a, 2018b).

Para tener en cuenta cómo diferentes niveles de sequedad del combustible se convierten en diferentes condiciones de ocurrencia de igniciones en distintos tipos de vegetación, influenciados por distintos patrones temporales de ignición por causas humanas, se recomienda consultar el índice de sequedad del combustible en conjunto con el índice de peligro meteorológico descrito a continuación.

En el marco del proyecto CONACYT-CONAFOR 252620 “Desarrollo de un Sistema de Peligro de Incendios para México” se ha desarrollado un modelo de predicción de peligro meteorológico de incendio para México (Vega-Nieva et al., 2018a). El índice de peligro meteorológico de incendio considera los siguientes componentes:

El diagrama 3 a continuación resume la estructura propuesta para el índice de peligro meteorológico de incendio de México.


Diagrama 3. Proceso para el cálculo del índice de Peligro Meteorológico de incendios mexicano.


El índice de peligro meteorológico mexicano ha sido calibrado con 10 años de información satelital de ocurrencia de igniciones o puntos de calor, así como con 10 años de información de ocurrencia de incendio según la base de datos de incendios combatidos de CONAFOR. Se puede consultar más información en detalle sobre los métodos para el cálculo del índice de peligro meteorológico mexicano en los artículos de Vega-Nieva et al. (2018a, 2018b).

Interpretación del Índice de Peligro Meteorológico de Incendio.

El índice de peligro meteorológico expresa el número de puntos de calor esperado por unidad de superficie (densidad de igniciones), calculado a partir de las condiciones meteorológicas diarias (Vega-Nieva et al. 2018a). El índice ha sido calibrado como la densidad diaria esperada de igniciones referida a una superficie de 200.000 km2 (similar a la superficie de los bosques de la sierra madre occidental o del total de los bosques en las sierras del centro del país, tabla 3).

Los niveles de riesgo muy bajo (< 2 puntos de calor observados por día, o < 20 igniciones en 10 días, en un región de 200.000 km2) son frecuentemente observados en los periodos de Septiembre a Enero, asociados a condiciones de baja sequedad de los combustibles.

A partir de Enero y Febrero, los niveles bajo y medio (10-30 puntos de calor por día, 100-300 puntos de calor en 10 días), se observan típicamente en la región centro y occidente del país, asociado a quemas agrícolas escapadas durante esas fechas de condiciones de sequedad del combustible medias en los bosques. Durante los meses de Febrero y Marzo aparece el nivel alto, con un número más elevado de igniciones (300-700 puntos de calor en 10 días), en las regiones centro, sur y norte del país, variando la fecha de su aparición en función de los patrones de sequedad de combustible acumulada para cada año. El nivel muy alto (700-2200 puntos de calor en 10 días) se alcanza típicamente de Marzo a Mayo en centro y sur, y generalmente un mes después en la región norte del país. Las condiciones extremas (>2200 puntos de calor en 10 días en la superficie de referencia) tan sólo fueron alcanzadas en el 2011 en los años más recientes para las regiones noroeste y noreste. En el centro, se alcanzó esta cifra en 2011, 2012 y 2013.

Tabla 3. Propuesta de umbrales para el índice de Peligro Meteorológico de Incendio.

Peligro Meteorológico Densidad esperada de igniciones
(No. Puntos calor por 10 días / 200.000 km2)
Nivel de Peligro
Meteorológico de incendio
< 2 < 20 Muy Bajo
2-10 20-100 Bajo
10-30 100-300 Medio
30-70 300-700 Alto
70-220 700-2200 Muy alto
> 220 > 2200 Extrem0

Las fechas en las que se alcanzan los niveles medio, alto y muy alto y eventualmente el nivel extremo (asociado generalmente a años muy secos en el noroeste y noreste) varía entre años, por lo que se recomienda interpretar las condiciones actuales y pronosticadas frente a años de referencia secos (ejemplo 2011) y años húmedos (ejemplo 2014).

Se pueden consultar como referencia reportes históricos de evolución de los índices meteorológicos de peligro en la liga: http://forestales.ujed.mx/incendios/inicio/historicos_reportes.php Asimismo se pueden visualizar animaciones semanales y diarias de los índices meteorológicos de peligro frente a puntos de calor observados en la liga: http://forestales.ujed.mx/incendios/inicio/historicos_animaciones.php

En el artículo de Vega-Nieva et al. (2018a) se puede encontrar información adicional sobre estos modelos predictivos de riesgo de incendio para cada tipo de vegetación y región del país


3) PELIGRO DE INCENDIO

El índice diario de Peligro de Incendio, combina el índice diario de peligro meteorológico, descrito anteriormente, con el mapa de riesgo humano de ocurrencia de incendio, descrito a continuación.


Mapa de Riesgo de ocurrencia de incendio por factores humanos.

El mapa de Riesgo de Incendio por factores humanos se encuentra disponible en la sección de Temáticos de Situación Actual el sistema de peligro para el apoyo a la toma de decisiones de combate y prevención. Muestra la probabilidad espacial de ocurrencia de incendios en base a cercanía a localidades, carretas, calibrado con los históricos de combate de incendio por CONAFOR en 10 años en el período 2005-2018 (Monjarás-Vega, 2018). El mapa representa espacialmente aquellas áreas con mayor probabilidad de ocurrencia de incendio, según las categorías descritas en la tabla 4. La mayor probabilidad de ocurrencia de incendio en la cercanía de localidades y carreteras se explica tanto por la mayor probabilidad de ocurrencia de una ignición por causas humanas, como por su mayor prioridad para ser protegidas en caso de incendios por la existencia de vidas humanas y acceso que posibilite el combate del incendio.

Las zonas de muy alto riesgo en el mapa de Riesgo se encuentran generalmente en los 2 primeros kilómetros alrededor de los poblados con acceso por carretera; las zonas de alto riesgo se encuentran generalmente en el tercer-cuarto kilómetro alrededor de la localidad. En estos 3-4 primeros km se concentra el 80 % de los incendios combatidos en el país (Monjarás-Vega, 2018).

El 15 % restante, se encuentra en los km 5 a 6 (niveles medio y bajo de Riesgo de incendio, tabla 4), con menos de un 1 % de los incendios combatidos presentes en los niveles muy bajo del mapa de riesgo de incendio por factores humanos (Monjarás-Vega, 2018).

Tabla 4. Categorías del Mapa de Riesgo de Ocurrencia de Incendio por factores humanos.

Riesgo de Ocurrencia de Incendio por factores Humanos Porcentaje esperado de incendios
Muy Bajo < 1%
Bajo 5%
Medio 15%
Alto 30%
Muy alto 50%

PELIGRO DE INCENDIO.

El índice diario de Peligro de Incendio, combina el índice diario de peligro meteorológico con el mapa de riesgo humano de ocurrencia de incendio. El índice resultante de Peligro de Incendio, señala como mayor probabilidad de ocurrencia de un combate de incendio, de todas aquellas áreas donde el peligro meteorológico es alto, aquellas que se encuentran en la cercanía de localidades y vías de acceso (Diagrama 4).


Diagrama 4. Proceso para el cálculo del índice de Peligro de Incendio.


Interpretación del Índice Peligro de Incendio.

El índice de Peligro de Incendio varía en el tiempo según la evolución de la sequedad del combustible mostrada por el índice de peligro meteorológico diario, combinado con la variación espacial del mapa de riesgo de incendio según factores humanos. El índice de Peligro de Incendio va cambiando en el tiempo de muy bajo (muy pocos incendios esperados) a bajo y medio al inicio de la temporada de incendios, según la evolución temporal del índice de peligro meteorológico, hasta alcanzar valores altos, muy altos y eventualmente extremos en años de alta sequedad, según aumenta la sequedad acumulada del combustible en el índice de peligro meteorológico. Esta variación se combina con el patrón espacial del mapa de riesgo por factores humanos descrito en el apartado anterior, de manera que los valores más altos de Peligro de Incendio se observan donde hay combustible seco en los 2-3 km más cercanos a las localidades con acceso por carretera.

Los valores más altos de Peligro de Incendio observados en cada región representan directamente una estima del número de incendios esperados por semana en esa región, según lo mostrado en la tabla 5 a continuación.

Tabla 5. Número de incendios esperados por región según las categorías del índice de Peligro de Incendio mexicano.

Peligro de incendio Densidad de incendios esperada (Núm. Incendios en 10 días / 200.000 km2)
Muy Bajo < 5
Bajo 5-25
Medio 25-50
Alto 50-150
Muy alto 150-400
Extremo > 400

El índice de Peligro de Incendio busca apoyar la toma de decisiones de priorización del combate para visualizar, de todas las áreas donde existen las condiciones de sequedad del combustible, las localidades potencialmente amenazadas en caso de incendio y la presencia de vías de acceso que posibiliten el combate. Es compatible con la evolución temporal del índice de peligro meteorológico, pudiendo interpretarse las unidades de ambos índices en términos de densidad de puntos de calor o de densidad de incendios esperada.

Para la toma de decisiones de combate, se recomienda consultar conjuntamente los índices de Peligro Meteorológico, para evaluar las condiciones de sequedad del combustible no solo en las áreas cercanas a localidades a proteger (según índice de Peligro de Incendio), sino en los combustibles circundantes donde se puede propagar el incendio (índice Peligro Meteorológico).

Las fechas en las que se alcanzan los niveles medio, alto y muy alto y eventualmente el nivel extremo del índice de Peligro de Incendio varía entre años, por lo que se recomienda interpretar las condiciones actuales y pronosticadas frente a años de referencia. Se pueden consultar como referencia reportes y animaciones históricos del índice de Peligro de Incendio frente incendios combatidos por CONAFOR, tanto a nivel nacional como ejemplos ilustrativos por regiones, en las ligas:
http://forestales.ujed.mx/incendios/inicio/historicos_reportes.php
http://forestales.ujed.mx/incendios/inicio/historicos_animaciones.php


4) NÚMERO DE INCENDIOS ESPERADOS POR ESTADO.

A partir de los índices de riesgo citados anteriormente, y considerando el número de incendios activos según los últimos datos reportados diariamente por CONAFOR, mediante una estrategia de modelización temporal similar a la empleada por Vega et al. (2018a), se calcula el número de incendios esperados para la próxima semana para cada estado. El diagrama 5 a continuación ilustra el proceso.


Diagrama 5. Proceso para el cálculo del Número de Incendios esperado por estado.


Para la clasificación del número de incendios por estado, se han considerado las categorías en los reportes anuales de CONAFOR, que establece como Alto para un estado un total de >600 incendios en el total de la temporada de incendios. Asumiendo una duración de 4 meses para la temporada de incendios, este umbral equivaldría a: 600 incendios / 4 meses x 3 periodos de 10 días = 50 incendios por estado por cada periodo de 10 días. Se muestran las categorías consideradas para el número esperado de incendios en la tabla 6 a continuación.

Tabla 6. Número de incendios esperados por estado.

Simbología Número de incendios esperados por estado en los próximos 10 días
Bajo < 10
Medio 10-50
Muy alto > 50

APLICACIÓN DEL SISTEMA DE PELIGRO PARA EL APOYO A LA TOMA DE DECISIONES DE MANEJO DEL FUEGO.

Los índices de sequedad de combustible y de peligro de incendio descritos más arriba, ofrecen apoyo a la toma de decisiones para el manejo del fuego, ofreciendo información que ayuda a responder a las siguientes preguntas operacionales en el combate y la prevención de incendios:


El siguiente diagrama ilustra el/los índices que ofrecen información para responder a alguna de esas preguntas para el manejo de fuego.


Diagrama de aplicación de los índices del Sistema de Predicción de Peligro de Incendios Forestales de México para el apoyo a la toma de decisiones en manejo del fuego.


Conclusiones

El Sistema de Predicción de Peligro de Incendios Forestales para México, desarrollado en el proyecto CONAFOR-CONACYT 2014-2-252620, es una herramienta de apoyo a la toma de decisiones para la prevención y el combate de incendios en México. Se encuentra disponible en:

http://forestales.ujed.mx/incendios

Permite evaluar en tiempo real las condiciones de sequedad del combustible y el riesgo y peligro de incendio asociado. Integra variables meteorológicas en tiempo real, mapas de vegetación y factores humanos (tales como carreteras y poblados) para mostrar diariamente las condiciones meteorológicas de sequedad de los combustibles, peligro de incendio, y número de incendios esperados. En la sección de Peligro de incendio, diariamente se mapean los siguientes índices:

Los índices de Peligro del sistema, ofrecen apoyo a la toma de decisiones para el manejo del fuego, ofreciendo información que ayuda a responder a las siguientes preguntas operacionales en el combate y la prevención de incendios:

La presente sección resume los índices de peligro y su uso para el apoyo a la toma de decisiones de manejo del fuego. El uso operacional del sistema permitirá validar y mejorar la aplicación práctica de los índices desarrollados para la toma de decisiones en prevención, pre-supresión y supresión de incendios forestales en México.


Referencias

Vega-Nieva, D.J.; Briseño-Reyes, J.; Nava-Miranda, M.G.; Calleros-Flores, E.; López-Serrano, P.M.; Corral-Rivas, J.J.; Montiel-Antuna, E.; Cruz-López, M.I.; Cuahutle, M.; Ressl, R.; Alvarado-Celestino, E.; González-Cabán, A.; Jiménez, E.; Álvarez-González, J.G.; Ruiz-González, A.D.; Burgan, R.E.; Preisler, H.K. 2018a. Developing Models to Predict the Number of Fire Hotspots from an Accumulated Fuel Dryness Index by Vegetation Type and Region in Mexico. Forests 2018, 9, 190. Disponible en:
http://forestales.ujed.mx/incendios/incendios/pdf/forests-09-00190.pdf

Vega-Nieva et al. 2018.b. Temporal patterns of fire density by vegetation type and region in Mexico and its temporal relationships with a monthly satellite fuel greenness index. Fire Ecology. Aceptado. Disponible en:
http://forestales.ujed.mx/incendios/incendios/pdf/4- VegaD_etal_REV_15Feb17_FireEcology_2017.pdf

Monjarás-Vega, N.A. 2018. Mapeado del Riesgo de ocurrencia de incendio por factores humanos. Tesis de Maestría (en proceso). Maestría Institucional de Ciencias Agropecuarias y Forestales. Universidad Juárez del Estado de Durango.

Animaciones:
http://forestales.ujed.mx/incendios/inicio/historicos_animaciones.php

Reportes históricos 2011-2018:
http://forestales.ujed.mx/incendios/inicio/historicos_reportes.php

Publicaciones:
http://forestales.ujed.mx/incendios/inicio/publicaciones.php