Review and new methodological approaches in human-caused wildfire modeling and ecological vulnerability: Risk modeling at mainland Spain

En las últimas décadas, las autoridades en materia de incendios han fomentado la investigación acerca de los factores desencadenantes del fuego, parámetro decisivo para lograr un entendimiento mayor de los patrones de la ocurrencia de incendios y mejorar las medidas preventivas. Existe por tanto una necesidad de mejorar y actualizar los enfoques metodológicos para el modelado de incendios forestales, teniendo en cuenta no sólo algoritmos innovadores, sino también la mejora y/o superación de los métodos clásicos de regresión. Por otra parte, es también imprescindible fomentar la evaluación de los posibles daños potenciales en los ecosistemas naturales, promoviendo así la conservación de los servicios de valor económico, ambiental, cultural y estético que éstos proporcionan a la sociedad. El objetivo principal de esta tesis doctoral es explorar nuevos métodos para el modelado de la causalidad humana en incendios forestales así como de los efectos adversos sobre las comunidades vegetales potencialmente afectadas. El modelado de la causalidad humana se ha realizado a partir de métodos de aprendizaje artificial y de técnicas de regresión geográficamente ponderada. Estas técnicas permiten por una parte el ajuste de modelos de probabilidad de ocurrencia espacialmente explícitos y, por otra, el estudio de la variabilidad espacial de los factores explicativos. La estimación de la vulnerabilidad de la vegetación frente al fuego, se ha llevado a cabo utilizando un enfoque cuantitativo, que permita superar los métodos existentes, que, si bien pueden ser útiles en algunas áreas de la gestión del territorio, son inadecuados para otros tipos de análisis, tales como la estimación de las pérdidas económicas inducidas por el fuego como consecuencia de la interrupción de los servicios ambientales (por ejemplo, la madera, la caza, y la recolección de setas). Para abordar el análisis de la vulnerabilidad se propone un método basado en la estimación del tiempo de recuperación de las comunidades vegetales tras el fuego, desarrollado mediante álgebra de mapas en entorno SIG. Los resultados indican que la utilización de métodos de aprendizaje artificial (concretamente el algoritmo Random Forest) supone una mejora sustancial respecto a los métodos clásicos de regresión, si bien parece que existe cierta incertidumbre en los modelos desarrollados, relacionada principalmente con la calidad de los datos de ocurrencia. Además, la aplicación de modelos GWR ha revelado la existencia de una elevada heterogeneidad espacial en la relación y capacidad explicativa de los factores relacionados con la ocurrencia de incendios con origen antrópico. Por otra parte, la aplicación del modelo propuesto para la estimación cuantitativa de la vulnerabilidad ecológica sugiere que la capacidad de respuesta de la vegetación se encuentra estrechamente relacionada con la estrategia reproductiva de las especies afectadas.Over the last decades, authorities responsible on forest fire have encouraged research on fire triggering factors, recognizing this as a critical point to achieve a greater understanding of fire occurrence patterns and improve preventive measures. There is therefore a need to improve and update the methodological approaches for modeling forest fires, taking into account not only innovative algorithms, but also improving and/or overcoming classical regression methods. On the other hand it is also essential to encourage the assessment of potential damage on natural ecosystems, promoting the conservation of its economic, environmental, cultural and aesthetic assets they provide to society. The main objective of this PhD thesis is to explore new methods for modeling human causality in forest fires and adverse effects on the plant communities potentially affected. Human causality modeling was carried out from machine learning methods and geographically weighted regression techniques. These procedures allow the adjustment spatially explicit probability models of occurrence and, secondly, the study of the spatial variability of wildfire explanatory factors. The estimation of the vulnerability of vegetation to fire was carried out using a quantitative approach to overcome current methods, which, while they may be useful in some areas of land management, are inadequate for other types of analysis, such as estimating economic losses induced by interrupting ecosystem services (e.g., wood, hunting, and gathering mushrooms). To address the vulnerability a method based on evaluating the recovery time of plant communities after the fire using a GIS map algebra approach is proposed. The results suggest that the use of machine learning methods (specifically the Random Forest algorithm) represents a substantial improvement over traditional methods of regression, although it appears that there is some uncertainty in the models, primarily related to the quality of ignition. Furthermore, the application of GWR models has revealed the existence of a high spatial heterogeneity in the relationship and explanatory power of the factors related to the occurrence of anthropogenic fires. Moreover, the application of the proposed model for the quantitative estimation of ecological vulnerability suggests that the responsiveness of vegetation is closely related to the reproductive strategy of the fire-affected species

Algunas precisiones sobre la incidencia de la política de concentración parcelaria en Aragón

This work entails a first assessment about the repercussion in Aragon of the Land Consolidation policy. Its temporal evolution is analysed attending to the different stages in the process of consolidation. Completed zones and its significance by provinces are considered with some detail. The current state of Land Consolidation works, locating the Aragonese case in its national context and apporting some index and calculus are presented. Finally, the percentage of affected by the Land Consolidation process areas, at a municipal level, is shawn in a map.Este trabajo supone una primera evaluación de la incidencia en Aragón de la política de Concentración Parcelaria. Se atiende especialmente a su evolución temporal según las diferentes fases del proceso de concentración, considerando con cierto detalle las zonas acabadas y su significación por provincias. Se presenta el estado actual de los trabajos de concentración, enmarcando el caso aragonés en el conjunto nacional, aportando algún índice y cálculo susceptible de comparación. Finalmente, se plasma en un mapa el porcentaje de superficie afectada por cualquier fase de concentración a nivel municipal

La política forestal de la C.E.E.

This work analyses the actuations that in forestry policy EEC has been carrying out since its creation. After taking into consideration the EEC forest and the characteristics of stadistic information which lies in this subject. An historic trip is made following the adoptted legislation, as well as on the consecutive attempts of the Commission in proposing to the Concil the adoption of a common forestry policy. We conclude with the analysis of the May, 1989, adoptted under the Spanish Presidency dispositions about the Forestal Action Programme.En el presente trabajo se hace una revisión de las actuaciones que en materia de política forestal ha realizado la Comunidad Econdrnica Europea desde su origen. Tras una breve panorámica del bosque en la C.E.E. y de las características de la información estadística existente para esta materia, se hace un recorrido histórico por la legislación aprobada, así como por los sucesivos intentos de la Comisidn para proponer al Consejo la adopcidn de una política forestal común. Se concluye con el comentario de las disposiciones adoptadas en mayo de 1989, bajo presidencia española, sobre el Programa de Acción Forestal

Catalogación y conformación del Monte de Utilidad Pública: el caso del Pirineo occidental aragonés

In this study, we would like to analyse the constitution process of an essential part of the vast forest inheritance in Jacetania: the Montes de Utilidad Publica (Public Utility Forests). After presentation of the circumstances surrounding -in the context of 19th century administrative reforms- the policy of disentailment, we've considered the result which is the most important positive aspect of this: theforests' cataloguing. We've also evoluated some of the fundamental characteristics of these forests starting from the data contained in these catalogues; we've studied the concept of Public Utility and, finally, we've concluded with some references about the actual situation of these forests in the related area.Se aborda el proceso de conformación de una arte fundamental del externo patrimonio forestal de la Jacetania: sus montes de utilidad pública. Se consideran primero las circunstancias que acompañaron -en el marco de las reformas administrativas del S. XIX- al proceso de desamortización y se analiza el que fuera uno de sus resultados más positivos: la catalogación de los montes. Más adelante se evidencian algunas características básicas de estos predios a partir de los datos aportados por estas relaciones de montes que fraguaron en el Catálogo de 1901. Seguidamente se contempla el concepto de utilidad pública y se concluye con unas breves referencias a la situación actual de estos montes en la comarca

Consideraciones sobre la ordenación de montes en el Pirineo Occidental aragonés y su incidencia en el medio natural

The time elapsed from the beginning of the Ordenación de Montes (forest planning) in Spain makes necessary an analysis of its results and its impactin the natural environment. In the Jacetania area the wood planned exploitation, as well as the rest of the resources linked to the forest administration, was initiated in some of the municipes more than sixty years ago. After presentation of the main characteristics, the experience of planning in the zone is analysed from one of its most representative valleys: the Ansó valley, that nowadays crossesa critical moment in the management of these resources.El tiempo transcurrido desde el comienzo de la ordenación de montes en España hace necesario un análisis de sus resultados y de su impacto en el medio natural. En la comarca de la Jacetania la explotación ordenada de la madera, así como de los restantes recursos sujetos a la admon. Forestal, se inicio en algunos de los municipios hace mas de sesenta años. Tras una presentación de las características generales, se analiza la experiencia de ordenación en la zona, a partir de uno de sus valles más representativos: el valle de Anso, que atraviesa actualmente un momento critico en la gestión de estos recursos

Análisis de la expansión urbana y de las superficies vegetales en la ciudad Zaragoza mediante Teledetección y SIG entre 1927 y 2012

Las ciudades han experimentado un crecimiento sin precedentes en el último siglo debido al aumento de la población mundial, la industrialización y la concentración de la riqueza y el trabajo en el medio urbano, convirtiéndose en los espacios de mayor importancia a nivel global. La utilización de las Tecnologías de la Información Geográfica como los Sistemas de Información Geográfica o la teledetección pueden ser herramientas idóneas para realizar estudios y análisis urbanos, así como posibles instrumentos para su planificación y ordenación. Este trabajo tiene dos objetivos principales: el primero es el análisis de la evolución urbana de la ciudad de Zaragoza desde 1927 hasta 2012, a partir de la foto-interpretación de fotografías aéreas; el segundo es el análisis de los cambios temporales en la presencia de vegetación en la ciudad desde 1972 hasta 2012, apoyándose en el tratamiento digital de imágenes de satélite. Todo este análisis se ha apoyado en una revisión de las políticas de planeamiento urbano aplicadas durante el Siglo XX y principios del XXI

Fotointerpretación y análisis SIG para el estudio de la dinámica de usos del suelo y el cálculo de rutas de senderismo en el territorio de Argovejo (León)

En este trabajo se aborda el análisis y cartografía de la evolución de los usos del suelo del territorio de Argovejo (León) en tres fechas diferentes (1956, 1977 y 2014) mediante análisis visual por fotointerpretación de imágenes fotográficas con ayuda de herramientas informáticas de edición. Se podrá observar cómo, en un período de tiempo relativamente corto, se han producido cambios drásticos ligados principalmente al éxodo rural, provocado por la baja rentabilidad de las tierras de cultivo y de la ganadería. Una vez que se ha concienciado a la población de este abandono, en el trabajo también se propone un proyecto para la construcción de una ruta de senderismo y mejorar de este modo la economía local. La ruta se ha calculado mediante herramientas de SIG (Sistemas de Información Geográfica), de tal manera que se ha obtenido el recorrido de menor coste de construcción, evitando las fuertes pendientes y los terrenos de densa vegetación. Además de este itinerario, se plantea la construcción de un chozo de montaña, en el que puedan dormir y comer los visitantes. Para dar una visión más real del recorrido, se presenta un vuelo en 3D del área de estudio

Characterizing pyroregions in mainland Spain from spatial-temporal patterns of fire regime and their underlying drivers

El fuego ha coexistido de forma intrínseca en diversos ecosistemas a nivel global. En el caso de los ambientes más humanizados la acción del hombre ha alterado esos regímenes de incendio naturales por uno fundamentalmente de carácter antrópico. En el contexto de la Europa Mediterránea, el número de incendios forestales y su área quemada observados han experimentado un descenso general durante el final del siglo XX. Esto ha supuesto un declive de la incidencia del fuego en la mayoría de los ecosistemas mediterráneos históricamente afectados por incendios recurrentes. Por tanto, es evidente la alteración de los regímenes de incendio pasados, debido principalmente a la intervención humana con una política de exclusión total del fuego muy exigente.No obstante, la evolución reciente de los regímenes de incendio presenta una alta variabilidad espacial y temporal. Por otro lado, las perspectivas de futuro vaticinan un impacto creciente del factor humano (abandono del campo, gestión de los bosques y mantenimiento de la supresión excluyente), lo que consecuentemente derivará una mayor actividad de incendios debido a una mayor cantidad de combustible disponible. Asimismo, se prevén unas condiciones climáticas cada vez más propensas a generar incendios de gran superficie (mayores valores de temperatura, mayor frecuencia de olas de calor y sequías), lo que sin duda afectará negativamente tanto a los ecosistemas como las sociedades futuras.Todos estos factores hacen necesaria una adecuada zonificación de los regímenes de incendio desde una perspectiva espacio-temporal, la cual permita conocer la relación existente entre el régimen de incendios alterado y los factores socio-económicos y ambientales asociados. Así como detectar tendencias en el tiempo en regiones que experimenten un descenso de la actividad, o, por el contrario, incremento de la incidencia de incendios. Por tanto, conociendo estas zonas se podrá mejorar la gestión y prevención contra incendios forestales.Esta tesis doctoral se enfoca en enriquecer el conocimiento sobre la identificación e interpretación de regiones homogéneas de regímenes de incendio. Para ello se recurre a un amplio abanico de métodos de análisis estadísticos y de modelado espacial. La tesis se estructura de acuerdo a los siguientes objetivos: el objetivo 1 se centra en analizar la distribución espacio-temporal de las principales métricas que definen el régimen de incendio durante el periodo reciente. El objetivo 2 pretende profundizar en la influencia del riesgo meteorológico en la evolución de la actividad de los incendios. El objetivo 3 evalúa el cambio de la contribución relativa de los factores antropogénicos en los incendios forestales. El objetivo 4 se enfoca en explicar la evolución y causas de los cambios o transiciones de los regímenes de incendios durante el periodo reciente (1974-2015) y futuro (2016-2036). Finalmente, el objetivo 5 pone la atención en la traslación de la zonificación de tipologías de regímenes de incendios hacia una cartografía integral de piroregiones.Los resultados indican que los regímenes de incendio en la España peninsular han experimentado diversos cambios, principalmente una disminución considerable de la actividad de incendios en la mayor parte del territorio, aunque todavía persiste una alta actividad en el extremo norte (especialmente en invierno). Los diversos métodos de aprendizaje automático empleados, especialmente Random Forest, han demostrado su potencial en términos de revelar los factores que impulsan la evolución del régimen de incendios. Además, la proyección ARIMA ha confirmado la tendencia actual hacia una menor incidencia de incendios. Todo apunta a que las medidas preventivas deben tomar más protagonismo en áreas con un abrupto descenso de la ocurrencia, ya que son significativamente más propensas a grandes incendios a corto y medio plazo.Fire has always been an intrinsic feature in various ecosystems around the world. In environments heavily populated by humans, their actions have altered these natural fire regimes for others that are fundamentally anthropogenic in nature. In the context of Mediterranean Europe, the number of forest fires and their observed burnt area fell into a general decline during the late twentieth century, which led to a reduced incidence of fire in most Mediterranean ecosystems historically affected by recurrent fires. Therefore, the change in past fire regimes is evident, mainly due to human intervention instigating a very demanding policy of total exclusion of fire. However, the recent evolution of fire regimes presents a high spatial and temporal variability. On the other hand, future scenarios predict a growing impact of the human factor (more land abandonment, poor management of forests and adhering exclusively to suppression methods), which will result in increased fire activity due to a greater amount of available fuel. In addition, climatic conditions are expected to cause increasingly larger burned areas (higher temperatures, more frequent heat waves and droughts), which will undoubtedly have a negative effect on both ecosystems and future societies. All these factors make an adequate zoning of fire regimes necessary from a spatial-temporal perspective, which allows the relationship between the altered fire regime and associated socio-economic and environmental factors to be determined, as well as detecting temporal trends in regions with decreasing activity, or on the contrary, an increase in the incidence of fires. Therefore, finding these areas will lead to improved management and prevention of forest fires. This doctoral thesis focuses on enriching knowledge for identifying and interpreting homogeneous regions of fire regimes. A wide range of methods of statistical analysis and spatial modeling are employed. The thesis is structured according to the following objectives: Objective 1 focuses on analyzing the spatial-temporal distribution of the main features defining the fire regime during the recent period. Objective 2 aims to further describe the influence of meteorological danger on the evolution of fire activity. Objective 3 evaluates the change in the relative contribution of anthropogenic factors on forest fires. Objective 4 focuses on explaining the evolution and causes of changes or transitions in fire regimes during the recent (1974-2015) and future (2016-2036) periods. Finally, Objective 5 centers on the transfer of the zoning of fire regime typologies into an integral mapping of pyroregions The results indicate that fire regimes in mainland Spain have undergone several changes, mainly a considerable decrease in fire activity in most of the territory, although it still remains high in the north (especially in winter). The diverse machine-learning methods employed, especially Random Forest, have demonstrated their potential in terms of revealing the fire drivers behind fire regime evolution. Moreover, forecasting by the ARIMA model has confirmed the ongoing tendency towards a lower incidence of fire. All indications are that preventive measures should take greater prominence in areas with an abrupt decrease in wildfires, as they are significantly more prone to large ones in the short and medium term.<br /

Exploring spatial-temporal dynamics of fire regime features in mainland Spain

This paper explores spatialoral dynamics in fire regime features, such as fire frequency, burnt area, large fires and natural- A nd human-caused fires, as an essential part of fire regime characterization. Changes in fire features are analysed at different spatial-regional and provincial/NUTS3-levels, together with summer and winter temporal scales, using historical fire data from Spain for the period 1974-2013. Temporal shifts in fire features are investigated by means of change point detection procedures-Pettitt test, AMOC (at most one change), PELT (pruned exact linear time) and BinSeg (binary segmentation)- A t a regional level to identify changes in the time series of the features. A trend analysis was conducted using the Mann-Kendall and Sen''s slope tests at both the regional and NUTS3 level. Finally, we applied a principal component analysis (PCA) and varimax rotation to trend outputs-mainly Sen''s slope values-to summarize overall temporal behaviour and to explore potential links in the evolution of fire features. Our results suggest that most fire features show remarkable shifts between the late 1980s and the first half of the 1990s. Mann-Kendall outputs revealed negative trends in the Mediterranean region. Results from Sen''s slope suggest high spatial and intra-annual variability across the study area. Fire activity related to human sources seems to be experiencing an overall decrease in the northwestern provinces, particularly pronounced during summer. Similarly, the Hinterland and the Mediterranean coast are gradually becoming less fire affected. Finally, PCA enabled trends to be synthesized into four main components: Winter fire frequency (PC1), summer burnt area (PC2), large fires (PC3) and natural fires (PC4)