Σχεδιασμός πρόβλεψης συμπεριφοράς και αξιολόγηση των επιπτώσεων δασικών πυρκαγιών με χρήση γεωπληροφορικής

Abstract

The primary research goal was the design and application of a methodology that will enable the conduction of fire behavior simulations and estimation of forest fire effects by using tools and methods of geoinformatics in Greece. For the first time, geoinformatics tools were combined for two case study areas (Lesvos Island and Evros) in order to conduct an overall assessment of the wildfire aftermath. Results will aid on gaining knowledge on which are the best practices for the implementation of similar analysis for other wildfire events of Greece. In particular, we quantified and mapped fire-related characteristics of forest structure through field inventories, statistics, remote sensing, and geographical information systems. Then, fire behavior modeling was applied on Lesvos Island by simulating wildfires with state-of-the art software (FARSITE, FlamMap and Minimum Travel Time). Finally, the research was focused on analyzing the effects and impacts of the large 2011 Lefkimi Evrou wildfire, by using geoinformatics, aided by field measurements conducted immediately after the fire.A secondary goal aimed at creating a context for the evaluation of each wildfire of Greece, based on the effects it has caused on society, economy and the environment. A scientific approach is missing based on wildfire classification and overall assessment of wildfire effects. This prompted our research thoughts about the need for introducing a new ranking method that will be based on expert judgment, with scientific evaluation of what has happened and what it is expected to occur based on several fire related aspects and parameters. Towards this goal, this research is to contribute with a methodology that it is relatively easy to use; based on thorough study and knowledge of local conditions; with small variations, if it is applied by different users; and using widely implemented tools and processes. The backbone of the proposed Fire Ranking and Effects Index (FIRE Index) is the Analytical Hierarchical Process that is used to combine the scores of 7 categories and 56 wildfire effects criteria that comprise them. These categories form two groups of wildfire effects: Environmental Fire Effects with three categories and Socioeconomic Fire Effects with four categories. End-users are able to estimate the FIRE Index in a user-friendly, web-based platform that runs all the necessary calculations in the background.

Το θέμα της διδακτορικής διατριβής είναι ο σχεδιασμός πρόβλεψης συμπεριφοράς και η αξιολόγηση των επιπτώσεων δασικών πυρκαγιών με χρήση της γεωπληροφορικής. Για το πρώτο τμήμα της έρευνας έγιναν εκτεταμένες δειγματοληψίες στα δάση της Λέσβου ώστε να καταγραφούν δασικοί–οικολογικοί παράγοντες που σχετίζονται με το φαινόμενο των δασικών πυρκαγιών. Ακολούθησε στατιστική ανάλυση και χαρτογράφηση βασικών παραμέτρων που μετρήθηκαν στο πεδίο και αφορούν την κόμη των δασικών συστάδων, κυρίως για τα δάση κωνοφόρων, ώστε να επιτευχθεί η χαρτογράφηση τους με απώτερο σκοπό την χρήση τους σε λογισμικά προσομοίωσης συμπεριφοράς πυρκαγιών. Στη συνέχεια, διεξήχθησαν αναλύσεις γνωστών ιστορικών περιστατικών πυρκαγιάς που εκδηλώθηκαν στη νήσο Λέσβο για την εκτίμηση της ακρίβειας προσομοίωσης. Έπειτα, διεξήχθη ενδελεχής εκτίμηση των επιπτώσεων πυρκαγιών πρώτης τάξης καθώς και της συμπεριφοράς της πυρκαγιάς που εκδηλώθηκε στην Λευκίμμη Έβρου το 2011. Διενεργήθηκαν δειγματοληψίες εντός της καμένης περιοχής για τη μέτρηση και εκτίμηση των αμέσων συνεπειών που προέκυψαν από την δράση της πυρκαγιάς. Οι μετρήσεις διεξήχθησαν με εφαρμογή των πρωτοκόλλων δειγματοληψιών του FIREMON. Οι μετρήσεις συσχετίστηκαν με αποτελέσματα που προέκυψαν από την ανάλυση δορυφορικών εικόνων Landsat, με κύριο αποτέλεσμα την εκτίμηση και χαρτογράφηση της σφοδρότητας καύσης και της περιμέτρου της πυρκαγιάς. Ακολούθησε η χαρτογράφηση της μεταπυρικής κατάστασης της βλάστησης με δορυφορικές εικόνες υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας. Έπειτα, διενεργήθηκαν χωρικές προσομοιώσεις της συμπεριφοράς της πυρκαγιάς με τα λογισμικά FARSITE και FlamMap και διενεργήθηκε χωρική εκτίμηση των επιπτώσεων πρώτης τάξης της πυρκαγιάς. Τέλος, διεξήχθη έρευνα για τον σχεδιασμό ενός δείκτη εκτίμησης επιπτώσεων δασικών πυρκαγιών. Συγκεκριμένα, καθορίστηκαν κατηγορίες επιπτώσεων, κάθε μια με τα δικά της κριτήρια, ενώ το κάθε κριτήριο είχε τις δικές του προκαθορισμένες επιλογές σε μια κλίμακα από 0 (καμία επίπτωση) έως και 100 (υψηλή επίπτωση). Οι βαθμολογίες των κριτηρίων σταθμίζονται με συντελεστές βαρύτητας που προέκυψαν από την εφαρμογή της μεθόδου Analytic Hierarchy Process, ενώ στη συνέχεια συνδυάζονται για να αποδοθεί η συνολική βαθμολογία της κατηγορίας. Οι επιμέρους βαθμολογίες των κατηγοριών συνδυάζονται για να προκύψει η τελική βαθμολογία του δείκτη. Η προτεινόμενη μέθοδος δοκιμάστηκε για την πυρκαγιά της Λευκίμμης, ενώ σχεδιάστηκε και διαδικτυακό λογισμικό που επιτρέπει την αυτοματοποίηση της όλης διαδικασίας.