Modelling and mapping forest fire ignition risk in North-West Morocco (Chefchaouen-Ouazzane Region)

Cette étude examine la possibilité de modélisation et de cartographie par SIG de la probabilité d’éclosion d’incendies de forêts sur une superficie forestière de 229 000 ha située dans la région de Chefchaouen-Ouazzane au nord-ouest du Maroc. Le système d’information géographique a été utilisé pour la localisation de près de 608 feux de forêt, enregistrés entre 1997 et 2011. La modélisation des éclosions des incendies de forêts est développée sur le principe que, pour produire un feu et l’entretenir (triangle du feu), il faut la présence en même temps de l’oxygène, du combustible, de la chaleur d'inflammation et de la réaction exothermique. L’action anthropique a été appréhendée par le calcul d’un paramètre appelé la pression annuelle de mise à feu (PAMF) sur une grille de 4 km². Cette PAMF a été combinée avec les données d’inflammabilité des types de végétations forestières et avec celles du topoclimat, notamment les expositions et les directions du vent, pour générer la carte finale de probabilité d’éclosion. Ensuite, les incendies de forêts enregistrés durant la période 2012-2013, au nombre de 118, ont servi pour tester la précision de prévision de la carte de probabilité d’éclosion. Bien que le test statistique Khi² montre que les valeurs observées (2012-2013) ne s’ajustent pas aux valeurs théoriques (1997-2011), la carte de probabilité d’éclosion permet cependant de prédire, pour les 2 classes importantes de risque moyen et élevé, 58 % des incendies déclarés durant les années 2012 et 2013. Cette carte pourrait, sur le plan opérationnel, améliorer les processus d’alerte et le positionnement des postes de guets et des unités d’intervention chargées des attaques initiales des feux naissants. Des voies d’amélioration sont également proposées pour augmenter sa précision.This study explores the possibility of modelling and mapping the probability of forest fire ignitions on 229 000 ha of forests in Chefchaouen-Ouazzane region, located in North-West Morocco, using GIS techniques. The geographic information system was used to locate 608 forest fires recorded between 1997 and 2011. Modelling the forest fires ignitions was based on the principle which states that to produce and maintain a fire (fire triangle), there must be at the same time oxygen, fuel and the heat of combustion for exothermic reaction. The human action was apprehended by calculating a parameter called “Firing Annual Pressure (FAP)”, on a 4 km² grid cell. In order to generate the final map of forest fire ignitions probability, the FAP was combined with the data on forest vegetation flammability and with those related to topoclimate, mainly aspect and wind directions. For the case study, 118 forest fires recorded during the period 2012-2013, were used to test the prediction accuracy of the forest fire ignitions probability map. Although the Khi2 statistical test showed that the observed values (period 2012-2013) do not fit with the theoretical values (period 1997-2011), a major interest should be given to the results of the forest fire ignitions probability map. In fact, we were able to predict 58 % of fires reported in 2012 and 2013, for two important levels of risk, medium and high. The forest fire ignitions probability map could operationally improve the alerts processes, the lookout posts positioning and the early intervention against fires by the units in charge of initial attacks. It should be emphasized that in this study ways of improving are proposed in order to increase the accuracy of the forest fire ignitions probability map

Analyse de l'interaction entre l'éclosion des feux de forêts et les types de bioclimat au Nord du Maroc: Cas de la région du Rif occidental

Morocco, as a country with arid and semi-arid climate is vulnerable to climate change and presents many challenges for the future of the forest resources, mainly their vulnerability to forest fires. In addition, Moroccan forests are extremely flammable, especially in summer when the water content of plants, soil and the air become very low. This is especially noticeable in the Rif region (North of Morocco) where almost 65% of the phenomenon of wildfires across the country are concentrated. To deal with this new situation, the development of a prevention plan against forest fires requires an appropriate analysis of forest fire phenomenon and its response to the climate and vegetation changes. The present study has the goal to establish a spatio-temporal analysis of fires based on bioclimatic types because of the inclusive relationship between vegetation and climate. The fires that occurred in the rif region between 1997-2011 were analyzed and classified according to the affected area during the fire episode. The analysis has shown that almost 80% of the burnt area during the year were recorded only during August and September. Thereafter, using a two-factor ANOVA showed a significant difference of the fires spatial distribution according to the bioclimatic types, mainly for the warm variant of bioclimatic type where the development of the biomass is very important. Key words: Rif region, Bio-climate, Forest fire, ANOVA, Climate change.Le Maroc, en tant que pays à climat aride et semi-aride vulnérable au changement climatique, présente de nombreux enjeux quant à l’avenir des ressources forestières et principalement leur vulnérabilité aux incendies de forêts. Ceci est d’autant plus important que les forêts marocaines sont extrêmement inflammables, notamment en été quand la teneur en eau des végétaux, du sol et de l’air est très faible. Ceci est particulièrement remarquable dans la région du Rif où se concentre presque 65% du phénomène des incendies à l’échelle du pays. Pour répondre à cette situation inédite, la mise en place des dispositifs de prévention contre les incendies de forêts nécessitent une analyse appropriée du phénomène de feux de forêts et sa réponse face au changement du climat et de l’état de la végétation. C’est dans cette optique que le présent travail vise une analyse spatio-temporelle des incendies en fonction des étages bio-climatiques vu leur caractère intégrateur des relations végétation-climat. Pour ce faire, les incendies survenus dans la région du Rif entre 1997-2011 ont été analysés et classés selon l’ampleur des superficies touchées durant la période des incendies. Cette analyse a montré que presque 80% des superficies incendiées durant toute l’année ont été enregistrées seulement durant les mois de Août et Septembre. Par la suite, l’utilisation d’une ANOVA à deux facteurs a mis en exergue une différence significative de la distribution spatiale des incendies selon les types de bio-climat, principalement pour la variante chaude des types bio-climatiques où le développement de la biomasse de combustible est très important. Mots clés: Région du Rif, Bio-climat, Incendie de forêts, ANOVA, Changement climatique

Cartographie du risque d'incendies de forêt dans la région de Chefchaouen-Ouazzane (Maroc)

This study explores the possibility to predict the spatial distribution of forest fire ignitions in Chefchaouen-Ouazzane region (North-west of Morocco). The geographic information system was used to locate 613 forest fires recorded between 2002 and 2015. The building of dichotomous prediction model was developed based on the results of the binary logistic regression using 20 human and biophysical variables. A random sample of 2141 observations (60%) was used to build the model and 1427 external observations (40%) have been reserved for testing the ability of the model to predict forest fire ignitions. The explanatory variables included in the model, report on the impact of factors related to (1) human action represented by accessibility (roads and trails) and locations of great fires recurrences, (2) topo-climatic, including, the maximum daily temperature, relative air humidity and the slopes and (3) biological, namely the type of fuel, including firstly cork oak with a low density, and secondly the Matorral, the Lentiscus, the Erica, the Cistus and Kermes. The binary logistic model correctly classifies 88.1% of the sample reserved for the model building (2141 cases) and 86.9 % of validation data (validation test with 1427 observations). The map produced could operationally improve the alerts processes, the lookout posts positioning and the early intervention against fires by the units in charge of initial attacks. It should be emphasized that in this study ways of improvement are proposed in order to increase the accuracy of the forest fire ignitions probability map. Keywords: GIS, Spatial modeling, Forest fire ignition, Predictive mapping, Logistic regression, Chefchaouen-OuazzaneCette étude examine la possibilité de prédire la répartition spatiale des éclosions des feux de forêts dans la région de Chefchaouen-Ouazzane (Nord-ouest du Maroc). Le système d’information géographique a été utilisé pour la localisation de 613 feux de forêt, enregistrés entre 2002 et 2015. La construction du modèle de prédiction dichotomique a été développée sur la base des résultats de la régression logistique binaire en utilisant 20 variables explicatives anthropiques et biophysiques. Un échantillon aléatoire de 2141 observations (60%) a été utilisé pour la construction du modèle et 1427 observations exogènes (40 %) ont été réservées pour la réalisation d’un test indépendant de la capacité du modèle à prédire les éclosions des feux. Les variables explicatives incluses dans le modèle, font état de l’impact des facteurs (1) anthropiques, représentés par les voies d’accès (pistes et routes) et les lieux de grande récurrences d’incendies, (2) topo-climatiques, dont la température maximale journalière, l’humidité relative de l’air et les pentes, et enfin (3) biologiques, à savoir le type de combustible à base notamment de chêne-liège de faible densité, d’une part, et du Matorral, du Lentisque, de l’Erica, du Cistus et du Kermès, d’autre part. Le modèle logistique binaire classe correctement 88,1% de l’échantillon d’étalonnage du modèle (2141 observations) et de 86,9% des cas de validation (test de validation avec 1427 observations). La carte produite pourrait, sur le plan opérationnel, améliorer les processus d’alertes et le positionnement des postes de guets et des unités d’interventions chargées des attaques initiales des feux naissants. Des voies d’amélioration sont également proposées pour augmenter sa précision. Mots clés: SIG, Modélisation spatiale, Éclosion des feux de forêt, Carte de prévision, Régression logistiqu

Predicting potential distribution area of thuriferous juniper (Juniperus thurifera) in Morocco

La conservation et la bonne gestion des espèces forestières menacées de dégradation, impose la connaissance de leurs aires de distribution potentielle et des facteurs environnementaux conditionnant leur répartition. Le présent article traite de l'identification des facteurs environnementaux régissant la répartition géographique du genévrier thurifère (Juniperus thurifera L. ssp. africana (Maire) Gauquelin & al.) au Maroc et la cartographie de son aire potentielle sous les conditions climatiques actuelles. L’approche adoptée s’est basée sur le recours à l’algorithme de maximum d’entropie. Le modèle ajusté a permis d'avoir une prédiction d’excellente qualité (AUC = 0,938). Les paramètres environnementaux les plus significatifs conditionnant la distribution du genévrier thurifère au Maroc sont la température minimale du mois le plus froid, la saisonnalité de la température et l'altitude. L’utilisation du modèle a permis d’établir la carte de l'aire potentielle. Celle-ci montre qu'une grande superficie des régions montagneuses de l'Atlas convient à l'expansion des peuplements du genévrier thurifère. L'aire de répartition actuelle ne représente que 5% de l'habitat favorable à cette espèce. Ces résultats pourraient aider les gestionnaires forestiers à mieux identifier les sites appropriés pour la réhabilitation de cette espèce vulnérable dont la superficie est en nette régression. Mots-clés : Maroc, Genévrier thurifère, Entropie maximale, MaxEnt, Modélisation, distribution des espèces, Variables bioclimatiquesConservation and good management of endangered forest species require knowledge of their potential spatial distribution and the environmental factors defining this distribution. The present paper deals with the identification of environmental factors controlling the spatial distribution of thuriferous juniper (Juniperus thurifera L. ssp. africana (Maire) Gauquelin & al.) in Morocco and the mapping of its potential distribution under current climatic conditions. The Maximum Entropy algorithm was used in this assessment. The adjusted model had an excellent predictive quality (AUC = 0.938). Environmental parameters that preclude the spatial distribution of thuriferous juniper are the minimum temperature of the coldest month, temperature seasonality and altitude. The potential area mapped showed that large parts of the Atlas Mountains are suitable to the expansion of Juniperus thurifera stands. Further, current species distribution represents only 5% of its suitable area. These findings will help decision makers and forest planners to better identify suitable sites to rehabilitate this vulnerable species, whose area is declining. Keywords: Morocco, thuriferous juniper, maximum entropy, MaxEnt, species distribution, modeling, bioclimatic variable

Modeling the spatial distribution of endemic species for their conservation: case of Argania spinosa (L.) Skeels

La conservation et la gestion des espèces endémiques, impose la connaissance de leurs aires de distribution potentielle et des facteurs environnementaux conditionnant ces répartitions. Ce travail vise l’identification des facteurs écologiques régissant la répartition géographique d’Argania spinosa et la cartographie de son aire potentielle sous les conditions climatiques actuelles et ce, pour une meilleure planification de sa gestion. L’approche d’entropie maximale a été utilisée. Le principal résultat est une carte de probabilité continue montrant l’aire potentielle de distribution de l’arganier au Maroc. Le modèle développé est d’excellente qualité. Il valide l’aire de répartition connue, et prédit la présence de l’espèce dans d’autres zones. Les variables les plus significatives conditionnant la distribution de l’arganier sont les précipitations du trimestre le plus froid, la saisonnalité de la température et l’humidité relative moyenne annuelle,Conservation and management of endemic species require knowledge of their potential distribution areas and the environmental factors controlling these distributions. This work aims to identify factors governing the geographical distribution of Argania spinosa and to map the potential distribution of this Moroccan endemic species. Suitability has been assessed under the current climatic conditions in order to ensure sustainable management of that species. The Maximum-Entropy algorithm was used as a Species Distribution Modeling approach to link species locations with environmental characteristics. The main result of the trained model is a continuous probability map showing the potential distribution area of the argan tree in Morocco. The predicted suitable area of Argania spinosa agrees well with documented range. In addition, other areas where the species does not occur presently, seem to be suitable under current climate conditions. Result obtained is a valuable tool for decision makers to better identify suitable sites for conservation and restoration. According to validation criteria, the developed model has an excellent predictive quality. The relative contribution of covariates shows that the most significant parameters explaining the spatial distribution of argan tree are the rainfall of the coldest quarter, seasonality of temperature and annual mean relative humidity

Mapping of fire intensity and of sensibility to crown fires in Mediterranean forests. Case of the province of Chefchaouen in northern Morocco

L’évolution actuelle du régime d’incendie de forêts pose de nouveaux défis quant aux pratiques habituelles des plans d’aménagement et stratégies de gestion de feux de forêts. La mise en œuvre d’actions savamment dosées sur le terrain en termes de sylviculture préventive, d’installation des points d’eau ou d’ouverture de tranchée pare-feu, nécessite une compréhension et une cartographie fine du comportement du feu. Le présent article vise, dans un premier lieu, à cartographier l’intensité de feu dans la province de Chefchaouen, une des régions les plus touchées par ce fléau au Maroc, en utilisant la formule Byram; la vitesse de propagation est estimée en utilisant les équations paramétriques issues du modèle physique FireStar, et la modélisation des vents en fonction du relief est réalisée par le logiciel Windninja. Dans un deuxième lieu, la spatialisation des zones sensibles aux feux de cimes a été réalisée en ayant recours au modèle de Nelson & Adkins. L’utilisation du model-builder d’ArcGIS a été d’une grande utilité pour automatiser la production des différentes cartes (carte d’intensité, carte de vitesse de propagation, hauteur des flammes...). Les résultats obtenus montrent que presque 55% des superficies boisées présentent une intensité moyenne à très élevée (> 1700 Kw/m) dont 11% avec des valeurs extrêmes de l’intensité (supérieur à 7000 kW/m). L’étude révèle aussi que 30 % des forêts dans la zone d’étude sont sensibles aux feux de cimes principalement situés dans les zones où la flamme dépasse les 2 m de hauteur. Par ailleurs, la modélisation des vents en fonction du relief en utilisant WindNinja montre que la vitesse utilisée en entrée (2,8 m/s) a été presque triplée (7,72 m/s) sur 83 % du territoire, et la vitesse de propagation atteint un maximum de 1,5 m/s (5,4 km/h) sur presque 10 % de la surface boisée.The current evolution of the forest fire regime poses new challenges to the usual practices of forest management plans and forest fires strategies. The implementation of wisely measured actions on the ground in terms of preventive silviculture, water points or fire breaks, requires a deep understanding and a fine mapping of the fire behaviour. This paper focuses first on mapping the fire intensity using the Byram formula in the province of Chefchaouen, one of the most affected regions by this scourge in Morocco. The fire speed of spread is estimated using the parametric equations derived from the physical model FireStar, the spatially varying wind fields according to the relief are carried out by the Windninja software. Secondly, the localization of sensitive areas to crown fires was carried out using the Nelson & Adkins model. The ArcGIS model-builder has been very useful to produce automatically all different maps (intensity map, propagation speed map, flame height, etc.). Results show that almost 55 % of forest areas have a fire intensity ranging from medium to very high (> 1700 Kw/m), among which 11 % with extreme intensity values (over 7000 kW/m). Also the study reveals that 30 % of the forests in the study area are sensitive to crown fires mainly located in zones with flames exceeding 2 m height. On the other hand, the spatially varying wind fields using WindNinja shows that the input wind speed (2.8 m/s) has almost tripled (7.72 m/s) on 83 % of the territory, and the propagation speed reaches a maximum of 1.5 m/s (5.4 km/h) on almost 10 % of the forested area

Modélisation et cartographie du risque d’éclosion d’incendie de forêt dans le Nord-Ouest du Maroc (région de Chefchaouen-Ouazzane)

Modelling and mapping forest fire ignition risk in North-West Morocco (Chefchaouen-Ouazzane Region). This study explores the possibility of modelling and mapping the probability of forest fire ignitions on 229 000 ha of forests in Chefchaouen-Ouazzane region, located in North-West Morocco, using GIS techniques. The geographic information system was used to locate 608 forest fires recorded between 1997 and 2011. Modelling the forest fires ignitions was based on the principle which states that to produce and maintain a fire (fire triangle), there must be at the same time oxygen, fuel and the heat of combustion for exothermic reaction. The human action was apprehended by calculating a parameter called “Firing Annual Pressure (FAP)”, on a 4 km² grid cell. In order to generate the final map of forest fire ignitions probability, the FAP was combined with the data on forest vegetation flammability and with those related to topoclimate, mainly aspect and wind directions. For the case study, 118 forest fires recorded during the period 2012-2013, were used to test the prediction accuracy of the forest fire ignitions probability map. Although the Khi2 statistical test showed that the observed values (period 2012-2013) do not fit with the theoretical values (period 1997-2011), a major interest should be given to the results of the forest fire ignitions probability map. In fact, we were able to predict 58 % of fires reported in 2012 and 2013, for two important levels of risk, medium and high. The forest fire ignitions probability map could operationally improve the alerts processes, the lookout posts positioning and the early intervention against fires by the units in charge of initial attacks. It should be emphasized that in this study ways of improving are proposed in order to increase the accuracy of the forest fire ignitions probability map.Cette étude examine la possibilité de modélisation et de cartographie par SIG de la probabilité d’éclosion d’incendies de forêts sur une superficie forestière de 229 000 ha située dans la région de Chefchaouen-Ouazzane au nord-ouest du Maroc. Le système d’information géographique a été utilisé pour la localisation de près de 608 feux de forêt, enregistrés entre 1997 et 2011. La modélisation des éclosions des incendies de forêts est développée sur le principe que, pour produire un feu et l’entretenir (triangle du feu), il faut la présence en même temps de l’oxygène, du combustible, de la chaleur d'inflammation et de la réaction exothermique. L’action anthropique a été appréhendée par le calcul d’un paramètre appelé la pression annuelle de mise à feu (PAMF) sur une grille de 4 km². Cette PAMF a été combinée avec les données d’inflammabilité des types de végétations forestières et avec celles du topoclimat, notamment les expositions et les directions du vent, pour générer la carte finale de probabilité d’éclosion. Ensuite, les incendies de forêts enregistrés durant la période 2012-2013, au nombre de 118, ont servi pour tester la précision de prévision de la carte de probabilité d’éclosion. Bien que le test statistique Khi² montre que les valeurs observées (2012-2013) ne s’ajustent pas aux valeurs théoriques (1997-2011), la carte de probabilité d’éclosion permet cependant de prédire, pour les 2 classes importantes de risque moyen et élevé, 58 % des incendies déclarés durant les années 2012 et 2013. Cette carte pourrait, sur le plan opérationnel, améliorer les processus d’alerte et le positionnement des postes de guets et des unités d’intervention chargées des attaques initiales des feux naissants. Des voies d’amélioration sont également proposées pour augmenter sa précision.Assali Fouad, Mharzi Alaoui Hicham, Rouchdi Mohamed, Badraoui Mohamed. Modélisation et cartographie du risque d’éclosion d’incendie de forêt dans le Nord-Ouest du Maroc (région de Chefchaouen-Ouazzane). In: Revue d'Écologie (La Terre et La Vie), tome 71, n°2, 2016. pp. 111-128