Remote Sensing and GIS Applications in Wildfires

Wildfires are closely associated with human activities and global climate change, but they also affect human health, safety, and the eco-environment. The ability of understanding wildfire dynamics is important for managing the effects of wildfires on infrastructures and natural environments. Geospatial technologies (remote sensing and GIS) provide a means to study wildfires at multiple temporal and spatial scales using an efficient and quantitative method. This chapter presents an overview of the applications of geospatial technologies in wildfire management. Applications related to pre-fire conditions management (fire hazard mapping, fire risk mapping, fuel mapping), monitoring fire conditions (fire detection, detection of hot-spots, fire thermal parameters, etc.) and post-fire condition management (burnt area mapping, burn severity, soil erosion assessments, post-fire vegetation recovery assessments and monitoring) are discussed. Emphasis is given to the roles of multispectral sensors, lidar and evolving UAV/drone technologies in mapping, processing, combining and monitoring various environmental characteristics related to wildfires. Current and previous researches are presented, and future research trends are discussed. It is wildly accepted that geospatial technologies provide a low-cost, multi-temporal means for conducting local, regional and global-scale wildfire research, and assessments

Forest fire warning system

Orientadores: João Frederico da Costa Azevedo Meyer, Laécio Carvalho de BarrosTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação CientíficaResumo: O principal objetivo desta tese é apresentar um sistema de alerta antecipado de incêndio florestal. Este sistema é baseado em três subsistemas acoplados: um \textbf{classificador kNN fuzzy}, que a partir das variáveis distâncias para curso d'água e estrada mais próximos, altitude e tipologia florestal, gera o índice de risco de incêndio florestal, um algoritmo \textit{\textbf{Subtractive Clustering}} e um \textbf{sistema fuzzy} que geram o perigo de incêndio florestal. De modo acoplado o risco e perigo de incêndio florestal podem simular a evolução espaço-temporal do índice de alerta de incêndio. A saída destes sistemas é entendida como pertinências de subconjuntos fuzzy. O alerta de incêndio florestal é utilizado para gerar simulações de propagação de incêndio a partir de metodologia de autômatos celulares. Propomos duas metodologias distintas para obtermos o perigo de incêndio florestal: a primeira consiste em utilizar um sistema fuzzy, que realiza métodos de aprendizagem supervisionada e não supervisionada, para fornecer uma série temporal de valores de perigo e que depende apenas de variáveis climáticas (umidade relativa do ar e precipitação); a segunda envolve um sistema dinâmico fuzzy que gera a mesma série temporal a partir de um sistema baseado em regras fuzzy com as mesmas variáveis de entrada do modelo de aprendizado de máquina. O índice de perigo gerado por esses modelos funciona também como regulador da dinâmica temporal do alerta de incêndio. Os modelos matemáticos são aplicados a dados reais geo-referenciados do Estado do Acre-BrasilAbstract: The main purpose of this thesis is to present a fire forest early warning system. This system is based on three coupled subsystems: a fuzzy kNN classifier, which generates the forest fire risk index from the distances to the nearest watercourse and road, altitude and forest typology; a \textbf{Subtractive Clustering} algorithm and a \textbf{fuzzy system} that create the danger of forest fire. In a coupled way the risk and danger of forest fire can simulate the spatio-temporal evolution of the fire warning index. The forest fire warning is used to generate simulations of fire spread using cellular automata methodology. We propose two different methodologies to obtain the forest fire danger: the first is based upon a fuzzy system that performs supervised and unsupervised learning methods providing a time series of danger values and depends only on climatic variables (air relative humidity and rainfall); The second involves a dynamic fuzzy system which generates the same time series from a system based on fuzzy rules with the same input variables as the machine-learning model. The index of danger generated by these models also acts as a regulator of the temporal dynamics of the warning of fire. The mathematical models are applied to real georeferenced data from the State of Acre-BrazilDoutoradoMatematica AplicadaDoutor em Matemática AplicadaCAPE

Ο ρόλος του θεσμικού, κοινωνικού και οικονομικού πλαισίου στην πρόληψη και διαχείριση δασικών οικοσυστημάτων και πυρκαγιών, και η μελέτη των επιπτώσεων των πυρκαγιών στους θεσμούς αυτούς, σε χώρες με μεσογειακό κλίμα.

Τα τοπία της Μεσογείου καίγονται. Από την αρχή της ανθρώπινης ιστορίας έχει καταγραφεί έντονη δραστηριότητα πυρκαγιών στη λεκάνη της Μεσογείου, παράδοση που συνεχίζεται μέχρι και σήμερα. Αυτή η τάση οφείλεται σε ένα συνονθύλευμα καιρικών συνθηκών, ανθρώπινης δραστηριότητας, κλίματος και τυχαίων γεγονότων. Οι ανεξέλεγκτες δασικές πυρκαγιές συνεχίζουν να αποτελούν καίριο πρόβλημα για τη Μεσόγειο, πρόβλημα που προκαλεί ολοένα και περισσότερες επιπτώσεις με την πάροδο του χρόνου. Σε αυτή την εργασία μελετάμε τις αιτίες μεγέθυνσης των επιπτώσεων αυτών, καθώς και πώς αυτές με τη σειρά τους ανατροφοδοτούν το σύνολο των αιτιών, δημιουργώντας έναν βρόγχο. Ένας από τους σημαντικότερους παράγοντες αυτού του φαινομένου είναι η κλιματική κρίση, δεδομένο που αν και έχει κάνει ιδαίτερα αισθητή την πραγματικότητα του στον τομέα των δασικών πυρκαγιών στη Μεσόγειο, δεν περιορίζεται εκεί αλλά αποτελεί παγκόσμιο φαινόμενο που συνεχώς μεταβάλλεται και μεταβάλλει τις μεταβλητές που αφορούν τις πυρκαγιές, μεταβλητές τις οποίες καλούμαστε να αντιμετωπίσουμε. Παρατηρούμε επίσης τη συμβολή των πυρκαγιών στην επιδείνωση του φαινομένου της κλιματικής κρίσης, γεγονός που υποδεικνύει μια σχέση αλληλοεπίδρασης. Στη συνέχεια παραθέτονται στοιχεία από γεγονότα πυρκαγιών των τελευταίων ετών στη Μεσόγειο και αναλύονται οι συνιστώσες που ευνόησαν την εξάπλωση των πυρκαγιών αυτών. Στόχος μας είναι να εντοπίσουμε τα κοινά σημεία και χαρακτηριστικά των δασικών πυρκαγιών ανάμεσα στις διαφορετικές χώρες της Μεσογειακής λεκάνης, τα οποία αποτελούν το κλειδί για τη δημιουργία μιας κοινής και πιο αποτελεσματικής γραμμής αντιμετώπισης για τα φαινόμενα δασικών πυρκαγιών. Τέλος, σχολιάζουμε την επίδραση του ανθρώπινου παράγοντα στα φαινόμενα αυτά, με έμφαση στο κοινωνικό και οικονομικό πλαίσιο, σημειώνοντας ότι και οι δασικές πυρκαγιές έχουν επίδραση στους θεσμούς αυτούς. Είναι πολύ σημαντικό να προσδιορίσουμε τις αιτίες που οδηγούν στην μεγέθυνση των φαινομένων αυτών, για να μπορέσουμε να ορίσουμε τις διαδικασίες και τα μέτρα που πρέπει να αναπτύξουμε και να εφαρμόσουμε ώστε να καταφέρουμε να τα διαχειριστούμε και να τα περιορίσουμε.The landscapes of the Mediterranean are burning. From the beginning of human history, intense fire activity has been recorded in the Mediterranean basin, a tradition that continues to this day. This trend is due to a patchwork of weather, human activity, climate and random events. Uncontrolled forest fires continue to be a problem for the Mediterranean, a problem that is causing more and more reverbarations over time. In this paper we study the causes of magnification of these effects, as well as how they in turn feed back to the totality of the causes, creating a loop. One of the most important factors in this phenomenon is the climate crisis, given that although it has made its reality felt in the field of forest fires in the Mediterranean, it is not limited there but is a global phenomenon that is constantly changing and changing the variables related to fires, variables that we are called to deal with. We also observe the contribution of fires to the aggravations of the climate crisis phenomenon, which indicates an interaction relationship. Following, we provide data from fires in recent years in the Mediterranean and analyze the components that favored the spread of these fires. Our goal is to identify commonalities and characteristics of forest fires between the different countries of the Mediterranean basin, which are the key to creating a common and more effective line to deal with forest fires. Finally, we comment on the impact of the human factor on these phenomena, with emphasis on the social and economic context, noting that forest fires also have an impact on these institutions. It is very important to define the causes that lead to the magnification of these phenomena, in order to be able to define the procedures and measures that must be developed and implemented in order to be able to manage and reduce them

Effetti degli incendi in suoli su substrati calcarei in area Mediterranea

This study investigated fire effects on soils evolved on calcareous substrates. Two areas in south-central Sardinia (Laconi, burned in 2013 and S. Antioco in 2010) were chosen considering specific features. A grid sampling with regular spacing (100x100 m) was conducted on the two areas, identifying 40 soil sampling points in the burned (B) and 40 in the unburned areas (UB). Analysis of bulk density, soil texture, electrical conductivity, pH, organic matter, nitrogen, phosphorus and hydrophobicity were conducted on the 160 soil samples. Surface rate of spread, fireline intensity and flame length, evaluated by BehavePlus 5.0.5, were the parameters of the investigated fires. The differences between the physical-chemical soil properties of the B and the UB area were identified by variance analysis (ANOVA). The multiple correlations were evaluated by Principal Factor Analysis (PFA). The results show that, in both areas, fires were characterized by high severity. This affected some physical-chemical properties of the soils, though these differences are often not generalizable but rather site-specific. In general, high severity fires seem to have played a key role, since in both sites the PFA extracts most of the parameters related to fires. Fires may have exerted a marked influence on surface hydrological processes and this influence may have been amplified by strong gradient conditions able to increase the severity of the fire and, consequently, of the underlying erosive processes

Climate change and forest management affect forest fire risk in Fennoscandia

Forest and wildland fires are a natural part of ecosystems worldwide, but large fires in particular can cause societal, economic and ecological disruption. Fires are an important source of greenhouse gases and black carbon that can further amplify and accelerate climate change. In recent years, large forest fires in Sweden demonstrate that the issue should also be considered in other parts of Fennoscandia. This final report of the project “Forest fires in Fennoscandia under changing climate and forest cover (IBA ForestFires)” funded by the Ministry for Foreign Affairs of Finland, synthesises current knowledge of the occurrence, monitoring, modelling and suppression of forest fires in Fennoscandia. The report also focuses on elaborating the role of forest fires as a source of black carbon (BC) emissions over the Arctic and discussing the importance of international collaboration in tackling forest fires. The report explains the factors regulating fire ignition, spread and intensity in Fennoscandian conditions. It highlights that the climate in Fennoscandia is characterised by large inter-annual variability, which is reflected in forest fire risk. Here, the majority of forest fires are caused by human activities such as careless handling of fire and ignitions related to forest harvesting. In addition to weather and climate, fuel characteristics in forests influence fire ignition, intensity and spread. In the report, long-term fire statistics are presented for Finland, Sweden and the Republic of Karelia. The statistics indicate that the amount of annually burnt forest has decreased in Fennoscandia. However, with the exception of recent large fires in Sweden, during the past 25 years the annually burnt area and number of fires have been fairly stable, which is mainly due to effective fire mitigation. Land surface models were used to investigate how climate change and forest management can influence forest fires in the future. The simulations were conducted using different regional climate models and greenhouse gas emission scenarios. Simulations, extending to 2100, indicate that forest fire risk is likely to increase over the coming decades. The report also highlights that globally, forest fires are a significant source of BC in the Arctic, having adverse health effects and further amplifying climate warming. However, simulations made using an atmospheric dispersion model indicate that the impact of forest fires in Fennoscandia on the environment and air quality is relatively minor and highly seasonal. Efficient forest fire mitigation requires the development of forest fire detection tools including satellites and drones, high spatial resolution modelling of fire risk and fire spreading that account for detailed terrain and weather information. Moreover, increasing the general preparedness and operational efficiency of firefighting is highly important. Forest fires are a large challenge requiring multidisciplinary research and close cooperation between the various administrative operators, e.g. rescue services, weather services, forest organisations and forest owners is required at both the national and international level.Metsä- ja maastopalot ovat luonnollinen osa monia ekosysteemejä. Kuitenkin erityisesti suuret palot saattavat aiheuttaa laajaa yhteiskunnallista, taloudellista sekä ekologista tuhoa. Metsäpalot ovat yksi keskeinen kasvihuonekaasujen sekä mustan hiilen lähde, joiden lisääntyvät pitoisuudet ilmakehässä kiihdyttävät ilmastonmuutoksen etenemistä. Ruotsin viimeaikaiset suuret metsäpalot osoittavat, että metsäpaloihin on kiinnitettävä huomiota myös muualla Fennoskandiassa. Tässä hankkeen ”Metsäpalot Fennoskandian alueella ilmaston ja metsien rakenteen muuttuessa” loppuraportissa vedetään yhteen tämänhetkinen tieto metsäpalojen esiintymisestä, havainnoinnista, mallintamisesta sekä hillinnästä Fennoskandiassa. Raportissa käsitellään myös metsäpalojen merkitystä mustan hiilen lähteenä Arktisella alueella, sekä kansainvälisen yhteistyön tärkeyttä metsäpaloihin liittyvissä asioissa. Raportissa esitellään metsäpalojen syttymiseen, leviämiseen ja voimakkuuteen vaikuttavia tekijöitä erityisesti Fennoskandian olosuhteiden näkökulmasta. Raportti korostaa tämän alueen ilmaston luontaisesti suurta vaihtelua, joka heijastuu edelleen metsäpaloriskiin. Suurin osa metsäpaloista on ihmisten aiheuttamia, johtuen esimerkiksi tulen huolimattomasta käsittelystä sekä metsänhakkuista. Sään ja ilmaston lisäksi myös metsän ominaispiirteet vaikuttavat palojen syttymiseen, voimakkuuteen sekä leviämiseen. Raportissa esitetään ajallisesti kattavat palotilastot Suomen, Ruotsin ja Karjalan tasavallan osalta. Tilastot osoittavat, että viimeisten 150 vuoden aikana vuotuiset paloalat ovat vähentyneet selvästi Fennoskandiassa. Pois lukien Ruotsin suuret metsäpalot 2014 ja 2018, viimeisten 25 vuoden aikana paloalat ovat pysyneet alhaisina tehokkaan palontorjunnan ja metsänhoidon ansiosta. Ilmastonmuutoksen ja metsänhoidon vaikutuksia metsäpaloihin tulevaisuudessa tarkasteltiin maanpintamallien avulla. Simulaatioissa hyödynnettiin useita eri alueellisia ilmastomalleja sekä tulevaisuuden ilmastoskenaarioita. Vuosisadan loppuun asti ulottuvat tarkastelut osoittavat, että metsäpaloriski tulee kasvamaan tulevina vuosikymmeninä. Raportti korostaa myös metsäpalojen merkitystä mustan hiilen päästöille maailmanlaajuisesti, sekä mustan hiilen moninaisia terveys- ja ilmastovaikutuksia. Ilmakehän kulkeutumismallien mukaan Fennoskandian metsäpalojen vaikutukset mustan hiilen päästöjen osalta ovat kuitenkin pieniä ja keskittyvät erityisesti kesäkaudelle. Tehokas metsäpalojen hillintä vaatii uudenlaisten havaintotyökalujen, kuten satelliittien sekä miehittämättömien ilma-alusten hyödyntämistä. Lisäksi uudet paloriski- ja leviämisennusteet yhdistettynä tarkkaan maasto- ja säätietoon tulevat olemaan tärkeitä apuvälineitä metsäpaloihin varautumisessa sekä operatiivista sammutustoimintaa suunniteltaessa. Metsäpalot ovat suuri haaste, joka vaatii sekä monitieteistä tutkimusta että eri sektorien, kuten pelastuslaitosten, sääpalvelun, metsäyhtiöiden ja metsänomistajien välistä läheistä yhteistyötä myös kansainvälisellä tasolla

Development and application of a system for dynamic wildfire risk assessment in Italy

In this paper, the architecture and the application of a system designed for the assessment of the distribution of dynamic wildland fire risk over the whole Italian territory are presented. Such an assessment takes place on the basis of static information concerning the vegetation cover and the topography of the territory and of dynamic information consisting of the meteorological forecast, over a certain time horizon, provided by a Limited Area Model. The risk distribution assessment is obtained through the use of two different models, namely the fuel moisture model and the potential fire spread model, which are applied, at each time interval, for each of the cells in which the area of study is discretized. In this paper, the structure of such models is presented in detail, and similarities and differences with respect to other existing models are discussed. As the performance of the overall system is heavily dependent on the choice of the values of the parameters appearing in such models, a careful calibration of such parameters is needed. In this respect, the results provided by a preliminary calibration are presented, carried out with the objective of maximizing the accordance between the outputs of the presented risk assessment system and the information relevant to really occurred fires

Atti del XXXV Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche

La XXXV edizione del Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (IDRA16), co-organizzata dal Gruppo Italiano di Idraulica (GII) e dal Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale, e dei Materiali (DICAM) dell’Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, si è svolta a Bologna dal 14 al 16 settembre 2016. Il Convegno Nazionale è tornato pertanto ad affacciarsi all’ombra del “Nettuno”, dopo l’edizione del 1982 (XVIII edizione). Il titolo della XXXV edizione, “Ambiente, Risorse, Energia: le sfide dell’Ingegneria delle acque in un mondo che cambia”, sottolinea l’importanza e la complessità delle tematiche che rivestono la sfera dello studio e del governo delle risorse idriche. Le sempre più profonde interconnessioni tra risorse idriche, sviluppo economico e benessere sociale, infatti, spronano sia l’Accademia che l’intera comunità tecnico-scientifica nazionale ed internazionale all’identificazione ed alla messa in atto di strategie di gestione innovative ed ottimali: sfide percepite quanto mai necessarie in un contesto ambientale in continua evoluzione, come quello in cui viviamo. La XXXV edizione del Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, pertanto, si è posta come punto d’incontro della comunità tecnico-scientifica italiana per la discussione a tutto tondo di tali problematiche, offrendo un programma scientifico particolarmente ricco e articolato, che ha coperto tutti gli ambiti riconducibili all’Ingegneria delle Acque. L’apertura dei lavori del Convegno si è svolta nella storica cornice della Chiesa di Santa Cristina, uno dei luoghi più caratteristici e belli della città ed oggi luogo privilegiato per l’ascolto della musica classica, mentre le attività di presentazione e discussione scientifica si sono svolte principalmente presso la sede della Scuola di Ingegneria e Architettura dell’Università di Bologna sita in Via Terracini. Il presente volume digitale ad accesso libero (licenza Creative Commons 4.0) raccoglie le memorie brevi pervenute al Comitato Scientifico di IDRA16 ed accettate per la presentazione al convegno a valle di un processo di revisione tra pari. Il volume articola dette memorie in sette macro-tematiche, che costituiscono i capitoli del volume stesso: I. meccanica dei fluidi; II. ambiente marittimo e costiero; III. criteri, metodi e modelli per l’analisi dei processi idrologici e la gestione delle acque; IV. gestione e tutela dei corpi idrici e degli ecosistemi; V. valutazione e mitigazione del rischio idrologico e idraulico; VI. dinamiche acqua-società: sviluppo sostenibile e gestione del territorio; VII. monitoraggio, open-data e software libero. Ciascuna macro-tematica raggruppa più sessioni specialistiche autonome sviluppatesi in parallelo durante le giornate del Convegno, i cui titoli vengono richiamati all’interno del presente volume. La vastità e la diversità delle tematiche affrontate, che ben rappresentano la complessità delle numerose sfide dell’Ingegneria delle Acque, appaiono evidenti dalla consultazione dell’insieme di memorie brevi presentate. La convinta partecipazione della Comunità Scientifica Italiana è dimostrata dalle oltre 350 memorie brevi, distribuite in maniera pressoché uniforme tra le sette macro-tematiche di riferimento. Dette memorie sono sommari estesi di lunghezza variabile redatti in lingua italiana, o inglese. In particolare, la possibilità di stesura in inglese è stata concessa con l’auspicio di portare la visibilità del lavoro presentato ad un livello sovranazionale, grazie alla pubblicazione open access del volume degli Atti del Convegno. Il volume si divide in tre parti: la parte iniziale è dedicata alla presentazione del volume ed all’indice generale dei contributi divisi per macro-tematiche; la parte centrale raccoglie le memorie brevi; la terza parte riporta l’indice analitico degli Autori, che chiude il volume

Atti del XXXV Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche

La XXXV edizione del Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche (IDRA16), co-organizzata dal Gruppo Italiano di Idraulica (GII) e dal Dipartimento di Ingegneria Civile, Chimica, Ambientale, e dei Materiali (DICAM) dell’Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, si è svolta a Bologna dal 14 al 16 settembre 2016. Il Convegno Nazionale è tornato pertanto ad affacciarsi all’ombra del “Nettuno”, dopo l’edizione del 1982 (XVIII edizione). Il titolo della XXXV edizione, “Ambiente, Risorse, Energia: le sfide dell’Ingegneria delle acque in un mondo che cambia”, sottolinea l’importanza e la complessità delle tematiche che rivestono la sfera dello studio e del governo delle risorse idriche. Le sempre più profonde interconnessioni tra risorse idriche, sviluppo economico e benessere sociale, infatti, spronano sia l’Accademia che l’intera comunità tecnico-scientifica nazionale ed internazionale all’identificazione ed alla messa in atto di strategie di gestione innovative ed ottimali: sfide percepite quanto mai necessarie in un contesto ambientale in continua evoluzione, come quello in cui viviamo. La XXXV edizione del Convegno di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, pertanto, si è posta come punto d’incontro della comunità tecnico-scientifica italiana per la discussione a tutto tondo di tali problematiche, offrendo un programma scientifico particolarmente ricco e articolato, che ha coperto tutti gli ambiti riconducibili all’Ingegneria delle Acque. L’apertura dei lavori del Convegno si è svolta nella storica cornice della Chiesa di Santa Cristina, uno dei luoghi più caratteristici e belli della città ed oggi luogo privilegiato per l’ascolto della musica classica, mentre le attività di presentazione e discussione scientifica si sono svolte principalmente presso la sede della Scuola di Ingegneria e Architettura dell’Università di Bologna sita in Via Terracini. Il presente volume digitale ad accesso libero (licenza Creative Commons 4.0) raccoglie le memorie brevi pervenute al Comitato Scientifico di IDRA16 ed accettate per la presentazione al convegno a valle di un processo di revisione tra pari. Il volume articola dette memorie in sette macro-tematiche, che costituiscono i capitoli del volume stesso: I. meccanica dei fluidi; II. ambiente marittimo e costiero; III. criteri, metodi e modelli per l’analisi dei processi idrologici e la gestione delle acque; IV. gestione e tutela dei corpi idrici e degli ecosistemi; V. valutazione e mitigazione del rischio idrologico e idraulico; VI. dinamiche acqua-società: sviluppo sostenibile e gestione del territorio; VII. monitoraggio, open-data e software libero. Ciascuna macro-tematica raggruppa più sessioni specialistiche autonome sviluppatesi in parallelo durante le giornate del Convegno, i cui titoli vengono richiamati all’interno del presente volume. La vastità e la diversità delle tematiche affrontate, che ben rappresentano la complessità delle numerose sfide dell’Ingegneria delle Acque, appaiono evidenti dalla consultazione dell’insieme di memorie brevi presentate. La convinta partecipazione della Comunità Scientifica Italiana è dimostrata dalle oltre 350 memorie brevi, distribuite in maniera pressoché uniforme tra le sette macro-tematiche di riferimento. Dette memorie sono sommari estesi di lunghezza variabile redatti in lingua italiana, o inglese. In particolare, la possibilità di stesura in inglese è stata concessa con l’auspicio di portare la visibilità del lavoro presentato ad un livello sovranazionale, grazie alla pubblicazione open access del volume degli Atti del Convegno. Il volume si divide in tre parti: la parte iniziale è dedicata alla presentazione del volume ed all’indice generale dei contributi divisi per macro-tematiche; la parte centrale raccoglie le memorie brevi; la terza parte riporta l’indice analitico degli Autori, che chiude il volume