Remote Sensing Applied to the Study of Fire Regime Attributes and Their Influence on Post-Fire Greenness Recovery in Pine Ecosystems

P. 1-18We aimed to analyze the relationship between fire regime attributes and the post-fire greenness recovery of fire-prone pine ecosystems over the short (2-year) and medium (5-year) term after a large wildfire, using both a single and a combined fire regime attribute approach. We characterized the spatial (fire size), temporal (number of fires, fire recurrence, and return interval), and magnitude (burn severity of the last fire) fire regime attributes throughout a 40-year period with a long-time series of Landsat imagery and ancillary data. The burn severity of the last fire was measured by the dNBR (difference of the Normalized Burn Ratio) spectral index, and classified according to the ground reference values of the CBI (Composite Burn Index). Post-fire greenness recovery was obtained through the difference of the NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) between pre- and post-fire Landsat scenes. The relationship between fire regime attributes (single attributes: fire recurrence, fire return interval, and burn severity; combined attributes: fire recurrence-burn severity and fire return interval-burn severity) and post-fire greenness recovery was evaluated using linear models. The results indicated that all the single and combined attributes significantly affected greenness recovery. The single attribute approach showed that high recurrence, short return interval and low severity situations had the highest vegetation greenness recovery. The combined attribute approach allowed us to identify a wider variety of post-fire greenness recovery situations than the single attribute one. Over the short term, high recurrence as well as short return interval scenarios showed the best post-fire greenness recovery independently of burn severity, while over the medium term, high recurrence combined with low severity was the most recovered scenario. This novel combined attribute approach (temporal plus magnitude) could be of great value to forest managers in the development of post-fire restoration strategies to promote vegetation recovery in fire-prone pine ecosystems in the Mediterranean Basin under complex fire regime scenariosS

Remote sensing applied to the study of fire regime attributes and their influence on post-fire greenness recovery in pine ecosystems

Producción CientíficaWe aimed to analyze the relationship between fire regime attributes and the post-fire greenness recovery of fire-prone pine ecosystems over the short (2-year) and medium (5-year) term after a large wildfire, using both a single and a combined fire regime attribute approach. We characterized the spatial (fire size), temporal (number of fires, fire recurrence, and return interval), and magnitude (burn severity of the last fire) fire regime attributes throughout a 40-year period with a long-time series of Landsat imagery and ancillary data. The burn severity of the last fire was measured by the dNBR (difference of the Normalized Burn Ratio) spectral index, and classified according to the ground reference values of the CBI (Composite Burn Index). Post-fire greenness recovery was obtained through the difference of the NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) between pre- and post-fire Landsat scenes. The relationship between fire regime attributes (single attributes: fire recurrence, fire return interval, and burn severity; combined attributes: fire recurrence-burn severity and fire return interval-burn severity) and post-fire greenness recovery was evaluated using linear models. The results indicated that all the single and combined attributes significantly affected greenness recovery. The single attribute approach showed that high recurrence, short return interval and low severity situations had the highest vegetation greenness recovery. The combined attribute approach allowed us to identify a wider variety of post-fire greenness recovery situations than the single attribute one. Over the short term, high recurrence as well as short return interval scenarios showed the best post-fire greenness recovery independently of burn severity, while over the medium term, high recurrence combined with low severity was the most recovered scenario. This novel combined attribute approach (temporal plus magnitude) could be of great value to forest managers in the development of post-fire restoration strategies to promote vegetation recovery in fire-prone pine ecosystems in the Mediterranean Basin under complex fire regime scenarios.Ministerio de Economía y Competitividad, y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), en el marco del GESFIRE (AGL2013-48189-C2-1-R) y proyectos FIRESEVES (AGL2017-86075-C2-1-R)Junta de Castilla y León en el marco de los proyectos FIRECYL (LE033U14) y SEFIRECYL (LE001P17)Ministerio de Educación (FPU14/00636

Evaluación de la resiliencia forestal al fuego mediante la inversión de modelos de transferencia radiativa a partir de imágenes de satélite

[ES] El objetivo de este estudio fue evaluar la resiliencia ingenieril a corto plazo de diversas comunidades de matorral en función de su estrategia regenerativa y la severidad del fuego, dentro del perímetro de un mega-incendio ocurrido en verano de 2017 en el noroeste de la Península Ibérica. Se dispuso de una serie temporal de imágenes de satélite Sentinel-2 para las que se computó la fracción de cubierta vegetal (FVC) para cada pixel mediante la inversión híbrida del modelo de transferencia radiativa (RTM) PROSAIL-D utilizando el algoritmo random forest. Se obtuvo un elevado ajuste para toda la serie temporal (R2 > 0,75), a partir de la validación con datos de campo. Mediante un muestreo de FVC de puntos aleatorios estratificados por tipo de estrategia regenerativa y nivel de severidad del fuego, se determinó la resiliencia de las comunidades de matorral en términos de recuperación de la cobertura utilizando un índice de resiliencia normalizado por impacto y un modelo de regresión lineal. Severidades altas influyeron negativamente en la resiliencia ingenieril a corto plazo de las comunidades de matorral dominadas por especies germinadoras facultativas. En cambio, las comunidades dominadas por especies rebrotadoras alcanzaron valores de cobertura pre-incendio independientemente de la severidad del fuegoEste estudio ha sido financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad de España, y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER), en el marco de los proyectos GESFIRE (AGL2013- 48189-C2-1-R) y FIRESEVES (AGL2017-86075-C2-1-R); y por la Junta de Castilla y León en el marco de los proyectos FIRECYL (LE033U14), SEFIRECYL (LE001P17) y WUIFIRECYL (LE005P20)

Refining historical burned area data from satellite observations

• The burned area reported by global satellite products is largely biased. •We aimed to correct burned area biases before Sentinel-2 era. •A solution is to combine coarse resolution burned area with environmental data. •Validations in independent sites and years demonstrate that our tool is operational. Sentinel-2 imagery has revealed a substantial underestimation of burned area (BA) compared with earlier satellite products with coarser spatial resolution. In this context, we investigate the predictability of biases between the reference Sentinel-2 BA product developed for Sub-Saharan Africa (FireCCISFD) in 2019 and commonly used global coarse resolution BA products (MCD64, Fire CCI and C3S), providing tools to refine historical annual BA data before the Sentinel-2 era. To do so, we built a comprehensive dataset of environmental predictors of BA biases, with variables or proxies of (I) the annual BA estimated from the coarse-resolution product, (II) BA sizes, (III) the persistence and strength of BA signals, (IV) the maximum potential BA, and (V) the obstruction of land surface observation from satellites. Full and parsimonious random forest models were performed and validated through out-of-bag (OOB) estimations, and reconstructed BAs were validated with external data over space, and over time. The explained variance in BA biases was ≥78.58% (OOB) for all full and parsimonious models. The reconstructed BA data showed a high correspondence with the reference BA in the validation sites over space (≥91.15% var. explained) and time (≥90.37% var. explained), notably reducing biases of coarse resolution products. As an example of the model applicability, the spatial patterns of Madagascar’s BA were reconstructed for 2005, 2010, 2015 and 2020, revealing a burned extent between two and four times higher than previous estimations. The proposed models are operational solutions to obtain regional and global virtually unbiased BA estimates since 2000

Characterizing global fire regimes from satellite-derived products

We identified four global fire regimes based on a k-means algorithm using five variables covering the spatial, temporal and magnitude dimensions of fires, derived from 19-year long satellite burned area and active fire products. Additionally, we assessed the relation of fire regimes to forest fuels distribution. The most extensive fire regime (35% of cells having fire activity) was characterized by a long fire season, medium size fire events, small burned area, high intensity and medium variability. The next most extensive fire regime (25.6%) presented a long fire season, large fire events and the highest mean burned area, yet it showed the lowest intensity and the least variability. The third group (22.07%) presented a short fire season, the lowest burned area, with medium-low intensity, the smallest fire patches and large variability. The fourth group (17.3%) showed the largest burned area with large fire patches of moderate intensity and low variability. Fire regimes and fuel types showed a statistically significant relation (CC = 0.58 and CC? = 0.67, p < 0.001), with most fuel types sustaining all fire regimes, although a clear prevalence was observed in some fuel types. Further efforts should be directed towards the standardization of the variables in order to facilitate comparison, analysis and monitoring of fire regimes and evaluate whether fire regimes are effectively changing and the possible drivers.Agencia Estatal de Investigació

Aplicación de herramientas de teledetección multiescala para la caracterización espacial de indicadores y condicionantes del impacto ecológico de los incendios forestales

106 p.[ES] En las últimas décadas, la actividad antropogénica ha causado cambios notables en los atributos del régimen de incendios en los países de la cuenca del Mediterráneo occidental, debido principalmente a la pérdida de usos tradicionales derivados del abandono rural, el cambio climático y la falta de estrategias de gestión forestal adecuadas, lo que ha llevado a una acumulación de biomasa propensa a incendios. El nuevo régimen de incendios, caracterizado por un aumento en la frecuencia de incendios forestales extensos y severos, afecta a importantes funciones y servicios de los ecosistemas, con impactos sin precedentes a nivel socioeconómico. Este hecho es especialmente relevante en las zonas de interfaz urbano-forestal (WUI), donde los incendios forestales extremos representan una grave amenaza para la vida humana y los bienes. En este contexto, la caracterización espacial del impacto inducido por el fuego, comúnmente como como severidad del fuego, es crucial para proporcionar una base científica que permita diseñar estrategias de gestión forestal adecuadas que mejoren la respuesta adaptativa de los ecosistemas a los regímenes de incendios actuales. Los métodos de campo se consideran muy fiables para evaluar los impactos en la vegetación y el suelo en paisajes quemados, aunque a menudo carecen de la exhaustividad espacial que permita evaluar incendios forestales de gran tamaño. Por ello, los métodos de teledetección han surgido como herramientas fiables el seguimiento y la cuantificación de la severidad a gran escala debido a su rentabilidad y su naturaleza sinóptica. En este contexto, el objetivo principal de esta Tesis Doctoral es el desarrollo de nuevas técnicas de teledetección multiescala dirigidas a identificar indicadores espaciales de los impactos ecológicos inducidos por el fuego y evaluar los impulsores del comportamiento extremo de los incendios forestales bajo diferentes regímenes de fuego a lo largo de un gradiente climático ibérico, con especial atención a las WUIs debido a su alta vulnerabilidad socioeconómica. En primer lugar, se pretendió mejorar la estimación de la severidad del fuego en los suelos forestales, que son compartimentos críticos del ecosistema que impulsan las funciones y procesos del ecosistema, vinculando indicadores ecológicos de la severidad con la señal espectral de productos de teledetección de muy alta resolución espacial obtenidos con vehículos aéreos no tripulados (UAV) (Artículos I y II). La severidad del fuego en el suelo se evaluó en el campo 1 mes después de un incendio forestal a través de un Índice Compuesto de Severidad en el Suelo (CBSI), y de un conjunto de indicadores individuales (profundidad y cobertura de la capa de cenizas, cobertura de restos finos, cobertura de restos gruesos y profundidad de suelo desestructurado). Además, se analizaron propiedades de suelo potencialmente indicadoras de cambios inducidos por el fuego: diámetro medio ponderado (MWD), contenido de humedad del suelo (SMC) y carbono orgánico del suelo (SOC). Simultáneamente, se recolectaron imágenes multiespectrales posteriores al incendio del sensor satelital Sentinel-2A MSI (resolución espacial moderada) e imágenes RGB y multiespectrales procedentes de un vuelo UAV (resolución espacial muy alta). Se ha encontrado que los productos multiespectrales UAV tenían mejor rendimiento para estimar la variación del impacto del fuego en el suelo que los productos RGB, estando más relacionados con índices multi-integrados (es decir, CBSI) que con indicadores individuales (Artículo I). La profundidad y la cobertura de cenizas fueron los indicadores más representativos de los efectos del fuego en los suelos. La inclusión de datos de teledetección espacial y espectral mejorados mediante técnicas novedosas de teledetección, como la fusión de imágenes de Sentinel-2 y UAV, mejoró significativamente la predicción de las propiedades del suelo sensibles al fuego, relacionadas en gran medida con la severidad, principalmente el SOC (Artículo II). Este enfoque proporciona una herramienta importante para estimar los impactos del fuego en paisajes complejos y heterogéneos afectados por incendios de severidad mixta, y, en consecuencia, para identificar áreas prioritarias donde se deben implementar acciones de restauración posteriores al incendio. Una vez que se caracterizó adecuadamente el impacto ecológico potencial de los incendios forestales de alta severidad, se estudió que cambios del régimen de incendios pueden dirigir el comportamiento extremo del fuego, aspecto que se ha evaluado a lo largo de un gradiente climático Atlántico-Transición-Mediterráneo en la Península Ibérica (Artículo III), caracterizado por la ocurrencia de eventos extremos de incendios forestales en los últimos años. Con este propósito, se analizaron (i) los patrones de variación de los atributos temporales (recurrencia y tiempo desde el último incendio) y de magnitud (severidad de la quema) del régimen de incendios durante 35 años, utilizando para ello los perímetros históricos de incendios forestales derivados de la colección de imágenes de satélite Landsat, y (ii) la relación entre el régimen de incendios y las características de la vegetación previas al incendio que controlan el comportamiento extremo del fuego. Se seleccionaron ocho incendios extremos que ocurrieron durante el período 2017-2022, en los cuales se caracterizó tanto (i) el tipo y la estructura de los combustibles previos al incendio mediante técnicas de clasificación de imágenes y modelos de transferencia radiativa (RTMs), como (ii) el impacto ecológico a través del índice de Severidad de Diferencia Normalizada (dNBR) derivado de imágenes bitemporales del sátelite Sentinel-2 MSI. La recurrencia de incendios mostró la misma tendencia descendente en el tiempo a lo largo del gradiente climático, pero los patrones temporales de la severidad diferían significativamente entre las áreas Atlánticas y Mediterráneas. Los cambios observados en los atributos del régimen de incendios tuvieron una influencia notable en la formación de tipos de combustibles y en los patrones de acumulación en el paisaje propicios para el comportamiento extremo del fuego, pero siguiendo distintas vías en función del contexto ambiental. En las áreas Atlánticas, los incendios recurrentes de baja a moderada severidad pueden promover transiciones forestales hacia estados estables de matorrales propensos a retroalimentaciones de alta severidad en incendios posteriores. Un patrón similar se observó en los matorrales Mediterráneos y de Transición después de la ocurrencia repetida de incendios de alta severidad. En todas las condiciones climáticas, un largo periodo de tiempo transcurrido desde el último incendio de alta severidad puede favorecer la acumulación de combustibles en bosques de coníferas y matorrales, los cuales son altamente propensos al comportamiento extremo del fuego. Por último, se ha ampliado el conocimiento científico generado sobre los contextos biológicos que definen el comportamiento extremo del fuego en áreas de interfaz urbano-forestal con el fin de identificar los escenarios propensos a una alta severidad en las áreas de WUI debido a la creciente preocupación sobre las implicaciones socioeconómicas y ambientales (Artículo IV). Con este propósito, se eligieron catorce grandes incendios forestales ocurridos entre 2016 y 2021 en toda España que abarcaron diferentes tipologías de áreas de WUI. Utilizando criterios de densidad y distancia entre edificios se diferenciaron áreas de WUI aisladas, dispersas, densas y muy densas, así mismo, se estimaron varias características de combustibles previos al incendio dentro de las áreas de WUI, para lo cual se utilizaron imágenes de satélite multiespectrales, siguiendo la metodología utilizada en el Artículo III. El efecto combinado de los patrones de combustibles previos al incendio y la densidad de edificios se utilizó para identificar los escenarios de WUI más propensos al comportamiento extremo del fuego. Las tipologías de WUI con edificios aislados, dispersos y agrupados de manera dispersa, rodeados de un denso matorral, fueron las que presentaron el mayor riesgo de incendio. Además, las áreas WUI dominadas por árboles dispersos con un sotobosque de matorral denso y continuo constituyeron otra tipología crítica propensa a impactos severos por incendios. Se ha puesto de relieve el papel de la gestión del combustible antes de los incendios para minimizar el riesgo para las vidas humanas y los bienes, en particular bajo la creciente presión humana en las zonas WUI. Los resultados obtenidos en esta Tesis Doctoral permiten predecir escenarios prioritarios para una planificación efectiva del uso del suelo, estrategias de prevención y gestión de incendios forestales, educación comunitaria y esfuerzos colaborativos en áreas WUI, lo cual es esencial para abordar los desafíos planteados por los incendios forestales de nueva generación a la población en las zonas rurales. Se destaca que la reducción de tipos de combustibles homogéneos, en particular los combustibles de matorral alrededor de áreas de WUI aisladas y dispersas, debe ser una línea de intervención prioritaria. Estas acciones deben centrarse en romper la continuidad horizontal de los combustibles y fomentar el desarrollo de mosaicos paisajísticos diversos para promover la resistencia y la capacidad de recuperación frente al fuego. Esto se puede lograr apoyando actividades sostenibles y tradicionales, como el pastoreo extensivo de ganado o acciones silvícolas, lo cual es esencial para la fijación de la población en áreas sociológicamente relevantes como las áreas WUI.[EN] In recent decades, anthropogenic activity has caused remarkable changes in the fire regime attributes in the western Mediterranean Basin, mainly due to the loss of traditional land use derived from rural abandonment, climate change and the absence of adequate forest management strategies, leading to a dense and continuous accumulation of fire-prone biomass. The new fire regime, characterized by an increase in the frequency of extensive and severe wildfires, affects important ecosystem functions and services, with unprecedented impacts at socioeconomic level. This fact is particularly relevant in wildland urban interface (WUI) areas, where extreme wildfires represent a serious threat to human life and assets. In this context, spatial characterization of fire-induced impact, commonly referred to as burn severity, is crucial to provide scientific basis to design appropriated forest management strategies that enhance adaptive responses to current fire regimes. Field methods are considered highly trustworthy for assessing the impacts on vegetation and soils in burned landscapes, though they often lack spatial exhaustiveness to evaluate large wildfires. Therefore, remote sensing methods have emerged as reliable tools for monitoring and quantifying burn severity because of their cost-effectiveness and synoptic nature. In this context, the main objective of this PhD Thesis is the development of new multiscale remote sensing techniques aimed to identify spatial indicators of fire-induced ecological impacts and evaluate the drivers of extreme wildfire behavior under different fire regimes along an Iberian climatic gradient, with particular focus in WUIs due to their high socioeconomic vulnerability. First, we aimed to improve the estimation of burn severity in forest soils, which are critical ecosystem compartments driving ecosystem functions and processes, by linking ecological indicators of burn severity with the spectral signal of very high spatial resolution remote sensing products obtained with unmanned aerial vehicles (UAV) (Articles I & II). Soil burn severity was assessed in the field 1-month after a wildfire through a Composite Burn Soil Index (CBSI) and, a set of individual indicators (ash depth, ash cover, fine debris cover, coarse debris cover and unstructured soil depth). Furthermore, indicative soil properties of fire-induced changes were analyzed: mean weight diameter (MWD), soil moisture content (SMC), and soil organic carbon (SOC). Simultaneously, post-fire multispectral images from the Sentinel-2A MSI satellite sensor, and RGB and multispectral images from a UAV survey were collected. We found that UAV multispectral products had a better performance than RGB products for estimating fire impacts on soils, being more related to integrative indices (ie., CBSI) than to individual indicators (Article I). Depth and ash cover were the most representative indicators of fire effects on soils. The inclusion of spatially and spectrally enhanced remote sensing data through novel remote sensing techniques, such as the fusion of Sentinel-2 and UAV images, significantly improved the prediction of fire-sensitive soil properties highly related to burn severity, mainly SOC (Article II). This approach provides a powerful tool for estimating fire impacts in complex and heterogeneous landscapes affected by mixed severity wildfires, and consequently to identify priority areas where post-fire restoration actions need to be implemented. Once the potential ecological impact of high severity wildfires has been adequately characterized using new remote sensing techniques, we studied fire regime shifts conducive to extreme fire behavior along an Atlantic-Transition-Mediterranean climatic gradient in the Iberian Peninsula, characterized by the occurrence of extreme wildfire events in the last few years. For this purpose, we analyzed (i) the variation patterns of temporal (recurrence and time since last fire) and magnitude (burn severity) fire regime attributes over 35-years using historical wildfire scars derived from Landsat satellite imagery collection, and (ii) the link between fire regime and pre-fire vegetation characteristics controlling extreme fire behavior. We selected eight extreme wildfires occurring during the period 2017-2022, in which we characterized both (i) the pre-fire fuel type and structure by means of image classification techniques and radiative transfer models (RTMs), and (ii) the ecological impact through the differenced Normalized Burn Ratio (dNBR) derived from bi-temporal Sentinel-2 MSI images. Fire recurrence showed the same downward trend along the climatic gradient, burn severity trends significantly differed among Atlantic and Mediterranean areas. The observed shifts in fire regime attributes had a remarkable influence in shaping fuel types and build-up patterns in landscapes prone to extreme fire behavior along the climate gradient but following distinct pathways as a function of the environmental context. In Atlantic areas, recurrent wildfires of low to moderate severity may foster forest transitions to shrubland stable states prone to high burn severity feedback in subsequent wildfires. A similar pattern was observed in Mediterranean and Transition shrublands after the recurrence of high burn severity wildfires. Under all climatic conditions, long times since the last high-severity wildfires may enhance fuel build-up in conifer forests and shrublands highly prone to extreme fire behavior. Finally, we broadened the generated knowledge about the biophysical contexts shaping extreme fire behavior in wildland urban interface areas to identify the scenarios prone to high burn severity in WUI areas due the growing concern about the socio-economic and environmental implications (Article IV). For this purpose, we chose fourteen large wildfires occurred between 2016 and 2021 across Spain that encompassed different WUI typologies. Density and distance between buildings criteria was used to differentiate isolated, scattered, dense and very dense WUIs, while several pre-fire fuel characteristics inside WUI areas were estimated through multispectral satellite imagery, following the methodology used in the Article III. Then, the combined effect of pre-fire fuel and building density patterns was used to recognize the WUI scenarios most prone to extreme fire behavior. Isolated, scattered and sparsely clustered buildings enclosed in a dense shrub matrix were the WUI typologies with the highest fire hazard. Additionally, WUIs dominated by sparse trees with a dense and continuous shrubby understory constituted another critical typology prone to severe fire impacts. We highlighted the role of pre-fire fuel management to minimize the risk to human lives and assets, particularly under increasing human pressure in WUI areas. The results obtained in this PhD Thesis allowed to predict priority scenarios for effective land use planning, wildfire prevention and management strategies, community education, and collaborative efforts in WUI areas, which are essential to address the challenges posed by new-generation wildfires to population in rural areas. We emphasize that the reduction of homogeneous fuel types, particularly shrub fuels around isolated and dispersed WUIs must be a priority intervention line. These actions should focus on breaking the fuel horizontal continuity and encouraging the development of diverse landscape mosaics to foster resistance and resilience to fire. This target can be achieved by supporting sustainable and traditional activities such as extensive livestock grazing or silvicultural actions by work crews, which is essential for population fixation in sociologically relevant areas such as WUIs.Consejería de Educación de la Junta de Castilla y León y por el Fondo Social Europeo (EDU/556/2019)Ministerio de Ciencia e Innovación, y los Fondos de Nueva Generación de la Unión Europea (UE) en el marco del proyecto FIREMAP (TED2021-130925B-I00)Junta de Castilla y León en el marco de los proyectos SEFIRECYL (LE001P17) y WUIFIRECYL (LE005P20)Gobierno del Principado de Asturias, la Fundación para el Fomento de la Investigación Científica Aplicada y la Tecnología en Asturias (FICYT) y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER) en el marco del proyecto REWLDING (AYUD/2021/51261

The footprint of large wildfires on the multifunctionality of fire-prone pine ecosystems is driven by the interaction of fire regime attributes

[EN], Background Mediterranean ecosystems dominated by Pinus pinaster Ait. (maritime pine) are subject to a shift from fuel-limited to drought-driven fire regimes, characterized by an increasing wildfire extent, recurrence, and severity. Previous studies have not addressed the interacting effects of fire recurrence and severity on the ecosystem multifunctionality (EMF) of maritime pine forests, although complex relationships between such fire regime attributes are expected. Here, we evaluated the medium-term effects of fire recurrence and severity on the EMF response of unmanaged, native pine ecosystems dominated by Pinus pinaster in the western Mediterranean Basin. We considered four key ecosystem functions computed from functional indicators (carbon regulation, decomposition, soil fertility, and plant production), which were pooled into an EMF construct. The fire regime effects on the trade-offs and synergies between the considered ecosystem functions were also analyzed. Results Multiple ecosystem functions responded differentially to fire recurrence and severity. Fire recurrence had a strong effect on soil fertility, decomposition, and plant production functions. No significant effects of fire severity on any of the individual functions were detected. However, both fire regime attributes interacted to determine soil fertility and decomposition functions, suggesting that their performance is only impaired by fire severity when fire recurrence is low. The differing responses to the fire regime attributes among ecosystem functions fostered a significant EMF response to fire severity and its interaction with fire recurrence, indicating that the effect of fire severity on EMF was stronger under low fire recurrence scenarios, even when relationships between individual functions and fire severity were weak. Fire recurrence caused significant trade-offs between functions to emerge. However, these trade-offs were not strong enough to differ significantly from the intrinsic trade-offs (i.e., regardless of the fire regime) of maritime pine ecosystems. Conclusions Our results indicated the need to use an integrative approach to assess the response of ecosystem functioning to the fire regime in maritime pine ecosystems. Adaptive management responses are necessary towards the minimization of repeated burnings and the reduction of the fuel load in unmanaged maritime pine stands of the western Mediterranean Basin with similar characteristics to those analyzed in this study.[ES], Antecedentes Los ecosistemas mediterráneos dominados por pino marítimo (Pinus pinaster Ait.) están sujetos a cambios en regímenes de fuego limitados por el combustible hacia regímenes conducidos por la sequía, y caracterizados por un incremento en la extensión, recurrencia y severidad de los incendios. Estudios previos no han abordado los efectos interactivos de la recurrencia y severidad del fuego en la multifuncionalidad de los ecosistemas (EMF) en bosques de pino marítimo, aunque cabe esperar relaciones complejas entre estos atributos del regimen de fuego. En este trabajo, evaluamos los efectos a medio plazo de la recurrencia y severidad en la respuesta de la multifuncionalidad de los ecosistemas (EMF) de bosques nativos dominados por pino marítimo no gestionados en la cuenca Mediterránea occidental. Consideramos cuatro funciones clave calculadas a partir de indicadores funcionales (regulación del carbono, descomposición, fertilidad del suelo, y producción egetal) los cuales fueron agrupados en un constructo EMF. Los efectos del régimen de fuego sobre las sinergias y contrapartidas entre las funciones ecosistémicas también fueron analizados. Resultados Múltiples funciones ecosistémicas respondieron diferencialmente a la recurrencia y severidad. La recurrencia del fuego tuvo un efecto muy fuerte en la fertilidad del suelo, en la descomposición y en las funciones de producción. Ningún efecto significativo de la severidad del fuego fue detectado en ninguna de las funciones individuales. Sin embargo, los atributos de ambos regímenes de fuego interactuaron para determinar las funciones de fertilidad y descomposición, sugiriendo que su rendimiento es afectado por la severidad solo cuando la recurrencia del fuego es baja. Las diferentes respuestas a los atributos de los regímenes de fuego entre las funciones ecosistémicas promueven una respuesta significativa de la EMF a la severidad del fuego y su interacción con la recurrencia, indicando que el efecto de la severidad sobre la EMF fue más fuerte bajo escenarios de baja recurrencia, aun cuando las relaciones entre funciones individuales y la severidad fueran débiles. La recurrencia del fuego causó la aparición de ontrapartidas significativas entre funciones. Obviamente, estas contrapartidas no fueron lo suficientemente fuertes para diferir significativamente de aquellas intrínsecas (i.e., independientemente del régimen de fuego) en los ecosistemas de pino marítimo. Conclusiones Nuestros resultados indican la necesidad de usar una aproximación integrada para determinar la respuesta del funcionamiento al régimen de fuego en ecosistemas de pino marítimo. Respuestas de manejo adaptativo son necesarias para la minimización de quemas repetidas y la reducción de la carga de combustible en rodales de pino marítimo no gestionados en la cuenca Mediterránea, con características similares a aquellos analizados en este estudio.SIAEIBritish Ecological SocietyPortuguese Foundation for Science and Technolog

Análisis de la severidad del incendio forestal suscitado en la Granja Porcón, a través de imágenes Sentinel - 2 – periodo 2019 - 2021, Cajamarca

La presente investigación se realizó en la Granja Porcón, con el objetivo de evaluar mediante imágenes Sentinel – 2 la severidad del incendio forestal suscitado en la Granja Porcón, en el Periodo 2019 – 2021, Cajamarca. Para lo cual se descargó y procesó imágenes satelitales en el software QGIS 3.10, con la finalidad de caracterizar las zonas forestales y calcular los índices espectrales: Índice Normalizado de Área quemada (NBR), Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI) e Índice de Vegetación Ajustado al Suelo (SAVI). La investigación fue de tipo aplicada, con enfoque cuantitativo, diseño no experimental transversal descriptivo. La población estuvo conformada por el área geográfica del distrito de Cajamarca, como muestra se tomó el área geográfica de la Granja Porcón, la cual abarca doce mil hectáreas aproximadamente. Obteniéndose como resultado tres clases de zonas forestales: zona de bosque, zona agrícola y zona sin vegetación, evidenciándose una expansión en el área de las dos primeras zonas, a causa de actividades antrópicas entre los años 2019 y 2021. Se concluye que el índice espectral NBR fue el que permitió identificar con mayor precisión el área siniestrada por el incendio forestal en la Granja Porcón

Remote Sensing Applied to the Study of Fire Regime Attributes and Their Influence on Post-Fire Greenness Recovery in Pine Ecosystems

We aimed to analyze the relationship between fire regime attributes and the post-fire greenness recovery of fire-prone pine ecosystems over the short (2-year) and medium (5-year) term after a large wildfire, using both a single and a combined fire regime attribute approach. We characterized the spatial (fire size), temporal (number of fires, fire recurrence, and return interval), and magnitude (burn severity of the last fire) fire regime attributes throughout a 40-year period with a long-time series of Landsat imagery and ancillary data. The burn severity of the last fire was measured by the dNBR (difference of the Normalized Burn Ratio) spectral index, and classified according to the ground reference values of the CBI (Composite Burn Index). Post-fire greenness recovery was obtained through the difference of the NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) between pre- and post-fire Landsat scenes. The relationship between fire regime attributes (single attributes: fire recurrence, fire return interval, and burn severity; combined attributes: fire recurrence-burn severity and fire return interval-burn severity) and post-fire greenness recovery was evaluated using linear models. The results indicated that all the single and combined attributes significantly affected greenness recovery. The single attribute approach showed that high recurrence, short return interval and low severity situations had the highest vegetation greenness recovery. The combined attribute approach allowed us to identify a wider variety of post-fire greenness recovery situations than the single attribute one. Over the short term, high recurrence as well as short return interval scenarios showed the best post-fire greenness recovery independently of burn severity, while over the medium term, high recurrence combined with low severity was the most recovered scenario. This novel combined attribute approach (temporal plus magnitude) could be of great value to forest managers in the development of post-fire restoration strategies to promote vegetation recovery in fire-prone pine ecosystems in the Mediterranean Basin under complex fire regime scenarios

Estudio de la regeneración de los pinares mediterráneos tras perturbaciones por incendio mediante análisis multiespectral = A study of the regeneration of Mediterranean pinewoods after disturbance using multispectral analysis

Los incendios han sido durante siglos modeladores del paisaje de la cuenca Mediterránea; existe una gran variedad de flora adaptada no solo a las condiciones climáticas semi-áridas, sino también al fuego. Estas adaptaciones están muy presentes en las especies de pinar mediterráneo Pinus halepensis Mill., Pinus pinaster Ait., y Pinus brutia Ten., las cuales poseen conos sellados por una resina que sólo permite la dispersión de las semillas ante temperaturas de fuego, un rasgo que en botánica recibe el nombre de serotinia. El estudio de la regeneración post-incendio ayuda a comprender la resiliencia de los ecosistemas y a aplicar un buen manejo forestal que ayude a la regeneración natural. Frente a los trabajos de campo, costosos en tiempo y dinero, la teledetección surge como alternativa. El objetivo de este trabajo es estudiar la regeneración post-incendio de los pinares dominados por los tres pinos serótinos autóctonos de la cuenca Mediterránea. Para abordar este objetivo se seleccionaron 9 incendios forestales ocurridos en 2017 en el sur de Europa (tres incendios por cada especie de pino). En cada uno de los incendios se cuantificó la recuperación de la vegetación mediante la diferencia entre 4 años después del incendio y la situación pre-incendio para diversas variables biofísicas de la vegetación (fracción de cabida cubierta, fracción de radiación fotosintéticamente activa absorbida e índice de área foliar), que se obtuvieron a través de modelos de transferencia radiativa a partir de imágenes Sentinel-2. Además, se analizó la influencia de variables topográficas (pendiente, orientación, altitud), de la severidad (dNBR) y de la propia situación pre-incendio de las variables biofísicas de la vegetación sobre el grado de recuperación del pinar, a través de modelos lineares mixtos. Los resultados muestran que cuatro años después del incendio no ha habido una regeneración completa. Se ha encontrado que la regeneración difiere de especie a especie y que la severidad influye de forma negativa, en términos generales, sobre ella: ante mayor severidad la regeneración es menor. No se han encontrado efectos significativos de la altitud sobre la recuperación vegetal, pero sí de la orientación, que tiene un efecto descrito en la literatura a través del cual vertientes nortes tienen una mejor regeneración que otras. Finalmente, cuando se ha estudiado la influencia de la situación pre-incendio sobre la regeneración se ha encontrado que valores altos se relacionan con menor regeneración. = Wildfires have shaped the landscape of the Mediterranean basin for centuries; there is a great variety of flora adapted not only to semi-arid climatic conditions, but also to fire. These adaptations are very present in the Mediterranean pine species Pinus halepensis Mill., Pinus pinaster Ait. and Pinus brutia Ten., which have cones sealed by a resin that only allows seed dispersal under fire temperatures, a trait called serotiny. The study of post-fire regeneration can help us understand the resilience of the ecosystems and apply a good forest management to help natural regeneration. In that regard, remote sensing has emerged as an alternative to time-consuming and costly field work. The scope of this study is to assess the post-fire regeneration of pine forests dominated by the three autochthonous serotinous pines of the Mediterranean basin. To address this objective, 9 forest fires that occurred in 2017 in southern Europe were selected (three fires for each pine species). Vegetation recovery was quantified in each fire by the difference between 4 years after the fire and the pre-fire situation for several vegetation biophysical variables (fraction of vegetation cover, fraction of absorbed photosynthetically active radiation, and leaf area index), which were obtained through radiative transfer models from Sentinel-2 images. In addition, we analyzed the influence variables on the degree of pine forest recovery of the topographic variables (slope, aspect and altitude), severity (dNBR) and the pre-fire situation of the aforementioned biophysical variables using linear mixed models. The results show that four years after the fire there has not been a complete regeneration. We found that regeneration differs from species to species and that severity has, broadly speaking, a negative influence on regeneration: the more severe the fire, the less regeneration. No significant effects of altitude on plant recovery have been found, but there is a significant effect of aspect, which has an effect described in the literature through which northern slopes have a better regeneration than others. Finally, when the influence of the pre fire situation on regeneration was studied, it was found that high values were related to lower regeneration