Regional climate modeling in the Amazon basin to evaluate fire risk / Modelagem climática regional na bacia Amazônica para avaliação do risco de fogo

Studies regarding deforestation, the hydrological cycle, climate change and fire weather can benefit from the detailed simulations provided by regional climate models (RCM). While much attention has been given to fire activity in the Amazon, few studies have used RCM runs to assess fire risk and variables associated to fire occurrence. We evaluated precipitation, temperature and a fire risk index from the ensemble of Eta model simulations coupled with three different global climate models for the Amazon basin. The RCM runs were compared to reanalysis data for the dry season from 1979 to 2005. The maximum and 2-m temperature fields were underestimated over the entire region, but showed a statistically significant spatial correlation with the reference data. Precipitation was overestimated over the Amazon, in accordance with the major sources of moisture analyzed. The Keetch-Byram drought index (KBDI) was not significantly affected by the bias found in temperature and precipitation, and the ensemble improved relative to the individual member simulations. KBDI estimations performed better with the ensemble of the three evaluated members, however the Eta model showed some limitations. The validation of modeled fire risk could benefit from the use of satellite hotspot data. Furthermore, the KBDI can also be used in the assessment of how climate change interacts with fire activity in the Amazon region.(AU)

Estudos sobre desmatamento, ciclo hidrológico, mudanças climáticas e fogo podem se beneficiar de simulações mais detalhadas provenientes de modelos climáticos regionais (RCM). Apesar de que a atividade do fogo na Amazônia tenha recebido grande atenção, poucos estudos usaram simulações de RCM para avaliar o risco de fogo e variáveis associadas às condições climáticas favoráveis à ocorrência de fogo. Aqui avaliamos precipitação, temperatura e um índice de risco de fogo do conjunto de simulações do modelo Eta forçado para três modelos climáticos globais diferentes para a bacia Amazônica. As simulações de RCM foram comparadas com dados de reanálise para a estação seca de 1979 a 2005. Os campos de temperatura máxima e de 2 m foram subestimados em toda a região, porém mostraram uma correlação espacial estatisticamente significativa com os dados de referência. A precipitação foi superestimada para toda a Amazônia, em acordo com as principais fontes de umidade analisadas. O índice de seca de Keetch-Byram (KBDI) não foi significativamente afetado pelo viés observado na temperatura e na precipitação, e o conjunto apresentou resultados melhores em comparação com as simulações dos membros individuais. As simulações de KBDI tiveram melhor resultado com o conjunto das três variáveis avaliadas, porém o modelo Eta mostrou algumas limitações. A validação dos modelos de risco de fogo poderia se beneficiar do uso de dados de hotspot satelitais. Além disso, o KBDI pode ser usado na avaliação de como as mudanças climáticas interagem com o fogo na região amazônica.(AU)

Assessment of fire hazard weather indices in theeastern Amazon: a case study for different land uses / Avaliação dos índices climáticos de perigo de incêndio na Amazôniaoriental: um estudo de caso para diferentes usos do solo

The fire frequency in the Amazon increased rapidly after the 1990s due to deforestation and forest degradation, and it is expected to increase in response to climate change. We analyzed the fire occurrence and assessed seven fire hazard indices in the municipality of Canaã dos Carajás, in the eastern Amazon, for different land use and land cover (LULC) types. We used data from three weather stations located at different heights to compare the performance of the indices using skill scores and success percentages for each LULC. Overall most hotspots occurred in deforested areas and native forests, which were the main LULC types, while few were observed in rupestrian fields, urban areas, and mining areas. However, forests presented the lowest number of hotspots per unit area, especially inside protected areas, and all hotspots in forest areas were observed after a severe drought in 2015. The performance of the fire indices varied as a function of the LULC class and the weather station considered, which indicates the importance of choosing the most appropriate location of the station according to the purpose of the monitoring. The Keetch-Byram Drought Index showed the best performance for predicting fire occurrence for all LULC classes, and forests and deforested areas individually. Despite its simplicity, the Angstrom index stood out due to its good performance in the prediction of days with more than six hotspots.(AU)

A frequência dos incêndios na Amazônia aumentou rapidamente após a década de 1990 devido ao desmatamento e degradação florestal, e espera-se que continue aumentando em resposta às mudanças climáticas. Analisamos a ocorrência de incêndios e avaliamos sete índices de perigo de incêndio no município de Canaã dos Carajás, na Amazônia oriental, para diferentes tipos de uso e cobertura do solo. Usamos dados de três estações meteorológicas situadas em diferentes altitudes para comparar o desempenho dos índices usando skill scores e porcentagens de sucesso para cada uso do solo. Em geral, a maior parte dos focos de calor ocorreu em áreas desmatadas e florestas nativas, que têm as maiores áreas de cobertura no município, enquanto poucos focos foram observados nas áreas de campo rupestre, urbanas e de mineração. No entanto, as florestas apresentaram o menor número de focos de calor por unidade de área, especialmente dentro de áreas protegidas, e todos os focos em floresta foram observados após uma seca severa em 2015. O desempenho dos índices de incêndio variou em função do uso do solo e da estação meteorológica utilizada, mostrando a importância da escolha da localização apropriada da estação, conforme o objetivo do monitoramento. O Índice de Seca Keetch-Byram apresentou o melhor desempenho para predizer a ocorrência de incêndios considerando todos os usos do solo, e para as áreas de floresta e desmatadas separadamente. Apesar de sua simplicidade, o índice de Angstrom se destacou por seu desempenho na predição de dias com mais de seis focos de calor detectados.(AU)

Assessment of fire hazard weather indices in theeastern Amazon: a case study for different land uses / Avaliação dos índices climáticos de perigo de incêndio na Amazôniaoriental: um estudo de caso para diferentes usos do solo

The fire frequency in the Amazon increased rapidly after the 1990s due to deforestation and forest degradation, and it is expected to increase in response to climate change. We analyzed the fire occurrence and assessed seven fire hazard indices in the municipality of Canaã dos Carajás, in the eastern Amazon, for different land use and land cover (LULC) types. We used data from three weather stations located at different heights to compare the performance of the indices using skill scores and success percentages for each LULC. Overall most hotspots occurred in deforested areas and native forests, which were the main LULC types, while few were observed in rupestrian fields, urban areas, and mining areas. However, forests presented the lowest number of hotspots per unit area, especially inside protected areas, and all hotspots in forest areas were observed after a severe drought in 2015. The performance of the fire indices varied as a function of the LULC class and the weather station considered, which indicates the importance of choosing the most appropriate location of the station according to the purpose of the monitoring. The Keetch-Byram Drought Index showed the best performance for predicting fire occurrence for all LULC classes, and forests and deforested areas individually. Despite its simplicity, the Angstrom index stood out due to its good performance in the prediction of days with more than six hotspots.

A frequência dos incêndios na Amazônia aumentou rapidamente após a década de 1990 devido ao desmatamento e degradação florestal, e espera-se que continue aumentando em resposta às mudanças climáticas. Analisamos a ocorrência de incêndios e avaliamos sete índices de perigo de incêndio no município de Canaã dos Carajás, na Amazônia oriental, para diferentes tipos de uso e cobertura do solo. Usamos dados de três estações meteorológicas situadas em diferentes altitudes para comparar o desempenho dos índices usando skill scores e porcentagens de sucesso para cada uso do solo. Em geral, a maior parte dos focos de calor ocorreu em áreas desmatadas e florestas nativas, que têm as maiores áreas de cobertura no município, enquanto poucos focos foram observados nas áreas de campo rupestre, urbanas e de mineração. No entanto, as florestas apresentaram o menor número de focos de calor por unidade de área, especialmente dentro de áreas protegidas, e todos os focos em floresta foram observados após uma seca severa em 2015. O desempenho dos índices de incêndio variou em função do uso do solo e da estação meteorológica utilizada, mostrando a importância da escolha da localização apropriada da estação, conforme o objetivo do monitoramento. O Índice de Seca Keetch-Byram apresentou o melhor desempenho para predizer a ocorrência de incêndios considerando todos os usos do solo, e para as áreas de floresta e desmatadas separadamente. Apesar de sua simplicidade, o índice de Angstrom se destacou por seu desempenho na predição de dias com mais de seis focos de calor detectados.

Assessment of fire hazard weather indices in the eastern Amazon: a case study for different land uses

RESUMO A frequência dos incêndios na Amazônia aumentou rapidamente após a década de 1990 devido ao desmatamento e degradação florestal, e espera-se que continue aumentando em resposta às mudanças climáticas. Analisamos a ocorrência de incêndios e avaliamos sete índices de perigo de incêndio no município de Canaã dos Carajás, na Amazônia oriental, para diferentes tipos de uso e cobertura do solo. Usamos dados de três estações meteorológicas situadas em diferentes altitudes para comparar o desempenho dos índices usando skill scores e porcentagens de sucesso para cada uso do solo. Em geral, a maior parte dos focos de calor ocorreu em áreas desmatadas e florestas nativas, que têm as maiores áreas de cobertura no município, enquanto poucos focos foram observados nas áreas de campo rupestre, urbanas e de mineração. No entanto, as florestas apresentaram o menor número de focos de calor por unidade de área, especialmente dentro de áreas protegidas, e todos os focos em floresta foram observados após uma seca severa em 2015. O desempenho dos índices de incêndio variou em função do uso do solo e da estação meteorológica utilizada, mostrando a importância da escolha da localização apropriada da estação, conforme o objetivo do monitoramento. O Índice de Seca Keetch-Byram apresentou o melhor desempenho para predizer a ocorrência de incêndios considerando todos os usos do solo, e para as áreas de floresta e desmatadas separadamente. Apesar de sua simplicidade, o índice de Angstrom se destacou por seu desempenho na predição de dias com mais de seis focos de calor detectados.

ABSTRACT The fire frequency in the Amazon increased rapidly after the 1990s due to deforestation and forest degradation, and it is expected to increase in response to climate change. We analyzed the fire occurrence and assessed seven fire hazard indices in the municipality of Canaã dos Carajás, in the eastern Amazon, for different land use and land cover (LULC) types. We used data from three weather stations located at different heights to compare the performance of the indices using skill scores and success percentages for each LULC. Overall most hotspots occurred in deforested areas and native forests, which were the main LULC types, while few were observed in rupestrian fields, urban areas, and mining areas. However, forests presented the lowest number of hotspots per unit area, especially inside protected areas, and all hotspots in forest areas were observed after a severe drought in 2015. The performance of the fire indices varied as a function of the LULC class and the weather station considered, which indicates the importance of choosing the most appropriate location of the station according to the purpose of the monitoring. The Keetch-Byram Drought Index showed the best performance for predicting fire occurrence for all LULC classes, and forests and deforested areas individually. Despite its simplicity, the Angstrom index stood out due to its good performance in the prediction of days with more than six hotspots.