Estimativa do teor de umidade da estepe gramíneo-lenhosa para uso em índices de perigo de incêndios florestais

Orientador: Prof. Dr. Antonio Carlos Batista

Coorientador: Prof. Dr. Alexandre França Tetto

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Defesa : Curitiba, 28/02/2020

Inclui referências: p. 67-75

Área de concentração: Conservação da Natureza

Resumo: Um dos fatores que influencia a inflamabilidade e o comportamento do fogo é o teor de umidade do material combustível. O Código Horário de Umidade do Combustível Fino (HFFMC) e o Código de Umidade do Combustível Herbáceo (GFMC) possuem em suas estruturas componentes para a estimativa do teor de umidade horária do material combustível por meio de variáveis meteorológicas, bem como a probabilidade de ocorrência de incêndio e são sub-índices do Fire Weather Index (FWI), índice de perigo de incêndios florestais canadense. Para o manejo correto do fogo, se faz necessária a utilização de um índice de perigo eficiente. Portanto, o objetivo desse trabalho é ajustar os modelos de estimativa do teor de umidade para a estepe gramíneo-lenhosa do Parque Estadual de Vila Velha (PEVV), bem como avaliar a eficiência do GFMC adaptado à realidade do PEVV. As coletas para a determinação do teor de umidade horário foram realizadas durante o inverno de 2018, no período das 8:30 às 17:30h e divididas em duas campanhas de cinco dias com condições meteorológicas estáveis no período de 10/07/2018 a 14/08/2018 e a segunda de 04/09/2018 a 08/09/2018. Para a obtenção dos valores de umidade de equilíbrio e do timelag foram confeccionadas amostras para teste em câmara climática. Os modelos ajustados para umidade de equilíbrio e do timelag foram avaliados por meio da análise da distribuição dos resíduos, do erro absoluto médio (EAM), da raiz do erro quadrático médio (REQM) e do coeficiente de determinação (R2 ). O teor de umidade estimado foi validado a partir dos dados obtidos nas coletas horárias das campanhas e os modelos foram avaliados por meio do R² e EAM. Para a avaliação da eficiência dos índices, o perfil de ocorrência de incêndios de 2007 a 2016 foi analisado e a estação de incêndios foi determinada por meio de uma análise de conglomerados. A Fórmula de Monte Alegre (FMA) foi calculada e ajustada para comparação. O GFMC ajustado e o FMA foram submetidos a uma análise da curva característica do receptor (COR) e seu ponto de corte ótimo determinado pelo índice de união (IU). O desempenho do GFMC ajustado e da FMA foi testado utilizando uma tabela de contingência para a obtenção dos valores de skill score, porcentagem de sucesso (PS), probabilidade de detecção (POD) e probabilidade de falsa detecção (POFD). Constatou-se que tanto as curvas de adsorção como as de dessorção apresentaram um comportamento exponencial. Os modelos exponenciais para a estimativa do timelag apresentaram valores de R² de 83,0% para dessorção e 86,9% para adsorção. Os valores de EAM obtidos foram de 9% para dessorção e 8,2% para adsorção. O REQM foi de 12,5% para dessorção e 11,4% para adsorção. Os modelos de umidade de equilíbrio apresentaram um R2 para o modelo de dessorção foi 99,87% e para o de adsorção 99,71%. O EAM obtido para a curva de adsorção foi de 0,29% e de 0,16% para dessorção. Os valores de REQM para adsorção e dessorção foram 0,288 e 0,506, respectivamente. O modelo do GFMC ajustado apresentou um R² de 93,1% e um EAM de 3,42% para estimar o teor de umidade horário. A análise COR mostrou que as escalas do GFMC e do FMA apresentaram precisão muito boa na estimativa do perigo na estação seca. Os dois índices ajustados apresentaram distribuição decrescente no número de dias por classe e crescente no número de ocorrências por classe. A metodologia do índice de união (IU) mostrou-se eficiente na determinação de um ponto ótimo. O GFMC apresentou eficiência superior ao FMA após o ajuste dos modelos para a estimativa do teor de umidade e após o ajuste de classes de perigo, apresentando um skill score de 0,82, um PS de 92,5%, uma POD de 81,6% e uma POFD de 2,1. Recomenda-se o uso do GFMC ajustado para a região estudada. Palavras-chave: teor de umidade; umidade de equilíbrio; timelag; Grass Fuel Moisture Code.

Abstract: One of the influent factors about the flammability and fire behavior is the moisture content of the fuel. The Hourly Fine Fuel Moisture Code (HFFMC) and the Grass Fuel Moisture Code (GFMC) are indices that compose the Fire Weather Index (FWI), the Canadian forest fire hazard index. They have in their structures components for estimating the hourly moisture content of the fuel using meteorological variables and providing the probability of fire occurrence. For the wise management of fire, it is necessary to use an efficient danger index. Therefore, the objective of this work is to fit the models to estimate the moisture content for the grassy-woody steppe of the State Park of Vila Velha (SPVV) and evaluate the efficiency of the GFMC fitted to the reality of the SPVV. The data to determine the hourly moisture content were performed during the winter of 2018, from 8:30 am to 5:30 pm and divided into two campaigns of five days with noon weather conditions in the period from 07/10/2018 and 08/14/2018 and the second from 09/04/2018 to 09/08/2018. To obtain the values of the equilibrium moisture content and the timelag, destructive samples are taken out to perform sorption tests on climatic chamber. The fitted equilibrium moisture content models were applied by analyzing the residual distribution, the mean absolute error (MAE), the root of the mean square error (REQM) and the determination coefficient (R²). The estimated moisture content was validated from the data obtained from hourly collections and the models were evaluated using R² and MAE. To evaluate the efficiency of the index, an analysis of the fire occurrence profile from 2007 to 2016 was collected and the fire season was determined by the cluster analysis. The Monte Alegre Formula (FMA) was calculated and fitted for comparison. The scale of fitted GFMC and the FMA were submitted to an analysis of the receiver operating characteristic curve (ROC) and its optimal threshold point was determined by the union index (UI). The performance of the fitted GFMC and the FMA was tested using a contingency table to obtain the values of skill score, success rate (PS), probability of detection (POD) and probability of false detection (POFD). It was found that both the adsorption and desorption curves showed an exponential behavior. The exponential models for estimating the timelag showed R² values of 83.0% to desorption and 86.9% to adsorption. The MAE values obtained were 9% to desorption and 8.2% to adsorption. REQM was 12.5% to desorption and 11.4% to adsorption. The equilibrium moisture content models showed an R² to the desorption model of 99.87% and 99.71% to the adsorption model. The MAE obtained for the adsorption curve was 0.29% and 0.16% to desorption. The REQM values for adsorption and desorption were 0.288 and 0.506, respectively. The fitted GFMC model had an R² of 93.1% and a MAE of 3.42% to estimate the hourly moisture content. 3,835 days were analyzed, with 901 days with the fire occurrences. The ROC analysis showed that the GFMC and FMA scale have a very good accuracy to estimate the fire danger in the dry season. The two fitted indices showed a decreasing distribution in the number of days by class and an increasing distribution in the number of occurrences by class. The union index (UI) methodology proved to be efficient in determining an optimum point. The GFMC showed better efficiency than the FMA after fitting the models to estimate the moisture content and after fitting the danger classes, presenting a skill score value about 0.82, a PS of 92.5%, a POD of 81.6% and a POFD of 2.1. It is recommended to use the GFMC adjusted for the studied region. Keywords: moisture content; equilibrium moisture content; timelag; Grass Fuel Moisture Code.