DISTRIBUCIÓN GEOGRÁFICA Y TEMPORAL DE INCENDIOS EN COLOMBIA UTILIZANDO DATOS DE ANOMALÍAS TÉRMICAS

Patrones de distribución en el tiempo y en el espacio de las anomalías térmicasdetectadas por el sensor MODIS son analizadas para el territorio colombiano entrediciembre 2000 y Febrero 2009. Se presenta un estudio de la dinámica inter-anuale intra-anual de la superfi cie afectada por los incendios para distintas coberturasde vegetación. También se analiza los patrones al interior de áreas protegidas,reservas forestales, reservas indígenas y territorio de comunidades negras, con lafi nalidad de analizar el posible rol como barrera a los incendios de estas fi guras demanejo en Colombia. Adicionalmente se analiza la distribución temporal y espacialpor regiones naturales, Corporaciones Autónomas Regionales y Departamentos.La información proporcionada por este tipo de análisis puede ser de gran utilidadpara la toma de decisiones en el manejo de los recursos naturales en el país. Losresultados obtenidos indican que los Llanos de Colombia es el área más afectadaanualmente por los incendios, seguida del Caribe y de la zona Andina, en particularel piedemonte amazónico. Estos análisis muestran el potencial para identifi car ymodelar la distribución de los incendios en el país y la identifi cación de patronesen función tanto de las características de la vegetación como del manejo que se estérealizando en un lugar determinado y pueden ser de utilidad para mejorar la gestiónde riesgo de incendios en el país, así como para entender los cambios de uso que sehan dado en Colombia en la última década.

DISTRIBUCIÓN GEOGRÁFICA Y TEMPORAL DE INCENDIOS EN COLOMBIA UTILIZANDO DATOS DE ANOMALÍAS TÉRMICAS

Geographic and temporal distribution of fire in Colombia using thermal anomalies data

DOLORS ARMENTERAS
FEDERICO GONZÁLEZ-ALONSO
CAROL FRANCO AGUILERA

Departamento de Biología, Universidad Nacional de Colombia, Bogotá, D.C. Colombia.darmenterasp@unal.edu.co; canfrancoa@unal.edu.co

Laboratorio de Teledetección, CIFOR - INIA, Ctra. A Coruña, km 7,5 28040, Madrid. España. alonso@inia.es

RESUMEN

Patrones de distribución en el tiempo y en el espacio de las anomalías térmicas detectadas por el sensor MODIS son analizadas para el territorio colombiano entre diciembre 2000 y Febrero 2009. Se presenta un estudio de la dinámica inter-anual e intra-anual de la superficie afectada por los incendios para distintas coberturas de vegetación. También se analiza los patrones al interior de áreas protegidas, reservas forestales, reservas indígenas y territorio de comunidades negras, con la finalidad de analizar el posible rol como barrera a los incendios de estas figuras de manejo en Colombia. Adicionalmente se analiza la distribución temporal y espacial por regiones naturales, Corporaciones Autónomas Regionales y Departamentos. La información proporcionada por este tipo de análisis puede ser de gran utilidad para la toma de decisiones en el manejo de los recursos naturales en el país. Los resultados obtenidos indican que los Llanos de Colombia es el área más afectada anualmente por los incendios, seguida del Caribe y de la zona Andina, en particular el piedemonte amazónico. Estos análisis muestran el potencial para identificar y modelar la distribución de los incendios en el país y la identificación de patrones en función tanto de las características de la vegetación como del manejo que se esté realizando en un lugar determinado y pueden ser de utilidad para mejorar la gestión de riesgo de incendios en el país, así como para entender los cambios de uso que se han dado en Colombia en la última década.

Palabras clave. Focos activos, incendios, patrones, MODIS, Colombia.

ABSTRACT

Spatial and temporal distribution patterns of the thermal anomalies detected by the sensor MODIS are analyzed for the Colombian territory between December 2000 and February 2009. A study of the inter-annual and intra-annual dynamics of the surface affected by fires for different vegetation types is presented in this paper. We also analyze patterns inside protected areas, forest reserves, indigenous reserves and black communities' territories, in order to analyze the possible role as barrier to fires of these management figures in Colombia. Additionally we provide information on the spatial and temporal distribution of fire hotspots in the natural regions, Environmental Authorities and administrative boundaries such as Colombian Departments. The information provided by this type of analysis can be very useful for the decision making in the management of natural resources in the country. The results indicate that annually the Colombian Llanos is the most affected area more by fires, followed by the Caribbean and the Amazonian regions, in particular the Amazon piedmont. These analyses show the potential to identify and to model the distribution of fires in the country and the identification of fire patterns according to the characteristics of the vegetation as well as their management. They can be useful to improve the management of fire risk in the country as well as to understand changes in land use cover occurred in Colombia in the last decade.

Key words. Hotspot, fire, patterns, MODIS, Colombia.

Recibido: 16/04/2009
Aceptado: 12/08/2009

INTRODUCCIÓN

Los incendios de la vegetación y en particular los incendios forestales, tanto naturales como antrópicos, son considerados hoy en día un factor muy importante en los cambios en los usos del suelo de Latinoamérica y juegan un importante papel tanto en la estructura como en el funcionamiento de muchos ecosistemas (Dwyer et al. 1999). Algunas cifras recientes calculan que el área quemada en la región representó el 5.81% del total mundial (entre 1997-2004) (van der Werf et al. 2006). En este sentido, y teniendo en cuenta que la composición de la atmosfera está controlada por procesos tanto naturales como antrópicos, la emisión de partículas por quema de biomasa vegetal representa una importante fuente de aerosoles atmosféricos y gases de efecto invernadero que puede resultar en impactos profundos en aspectos de radiación llegando a afectar incluso las tasas fotosintéticas de ecosistemas o las propiedades de las nubes (Di Bella et al. 2006). Se calcula que en Latinoamérica las emisiones generadas por los incendios representaron el 15.77% de las emisiones por quema de biomasa en todo el mundo (van der Werf et al. 2006). Aunque en algunos casos los fuegos forman parte de la dinámica de ciertos ecosistemas, muchos de los incendios provocan una alteración de la biodiversidad de estos, impactan el suelo, el ciclo de nutrientes e incluso pueden llevar procesos erosivos hasta la desertificación (Díaz Delgado et al. 2003)

La conservación y uso sostenible de la vegetación natural en Latinoamérica es fundamental en el actual contexto de cambio climático acelerado provocado por el calentamiento de la atmósfera. La Teledetección espacial debido a sus especiales características en cuanto a repetitividad, globalidad, homogeneidad y objetividad de la información que obtiene de la superficie de la Tierra, es una herramienta insustituible de cara a una gestión sostenible de los recursos naturales a nivel mundial y al establecimiento de un sistema de seguimiento sistemático que permita conocer de forma operativa la evolución de los mismos.

Estudiar la distribución en el tiempo y en el espacio de los incendios en Colombia puede ser de gran utilidad para desarrollar planes de prevención de incendios y mejorar la planificación y gestión de los recursos naturales. En este estudio se realiza una comparación temporal y espacial de la frecuencia de focos de calor como indicador de incendios detectados para los diferentes tipos de vegetación en el país en los últimos 10 años y en el conjunto del territorio. Esta información es de gran interés desde el punto de vista científico para comparar los patrones con otros países de Sudamérica que sufren el mismo fenómeno e incluso con otras zonas tropicales. Es también relevante en términos de gestión, ya que el conocimiento de la intensidad de los incendios en las diferentes zonas de Colombia y en los diferentes años permite hacer unas primeras predicciones sobre los futuros regímenes de incendios en el país. Este trabajo analiza también si las diferentes figuras de manejo del territorio como son las áreas protegidas, resguardos indígenas, reservas forestales y territorios de comunidades negras presentan patrones similares de incendios activos en comparación con el resto del territorio colombiano. Finalmente se muestra la variación intra anual de detección de focos de calor detectados a partir de las anomalías térmicas detectadas a partir de las imágenes MODIS y algunas cifras comparativas a nivel de departamentos y corporaciones autónomas regionales.

MATERIALES Y MÉTODOS

El área de estudio de este trabajo comprende todo el territorio continental colombiano. Se estableció un sistema de información geográfica integrando información de varias fuentes diferentes: (i) una serie temporal de anomalías térmicas o focos de calor (i.e. hotspot) detectadas por el sensor MODIS y procesadas en la Collection 4 Active Fire dataset (FIRMS, 2007), desde diciembre 2000 a Febrero 2009, (ii) una capa de información sobre vegetación proveniente del Mapa oficial de Ecosistemas de Colombia (IDEAM et al. 2007) que se utilizó para clasificar los hotspot en función de la vegetación presente (iii) cobertura del Sistema Nacional de áreas Protegidas, Resguardos Indígenas, Territorios de Comunidades Negras y Reservas forestales de Colombia, Corporaciones Autonomas Regionales y Departamentos (IGAC, 2008) y iv) mapa de regiones naturales de Colombia (adaptado de WWF, 2002)

De las categorías de cobertura que presenta el mapa nacional de ecosistemas (IDEAM et al. 2007), se hizo una reclasificación para simplificar la información de las coberturas de vegetación más afectadas por incendios en 6 categorías, estas con las descripciones proporcionadas por IDEAM et al. 2007 son:

1. Áreas agrícolas heterogéneas y cultivos. Esta categoría incluye áreas de cultivos (anuales, semianuales, permanentes o transitorios) o áreas que presentan mezcla de los diferentes tipos de cultivos, por ejemplo mosaico de cultivos anuales y permanentes.
2. Bosques Naturales. Incluyen coberturas de vegetación dominadas por árboles de altura promedio superior a 5 m y con densidad de copas superior al 70% con una extensión superior a las 50 ha. Incluye bosques densos, fragmentados, de galería o riparios, y manglares (IDEAM et al. 2007)
3. Herbazales. Categoría que representa una vegetación dominada por hierbas y gramíneas donde encontramos herbazales de páramos, de sabanas y xerofíticos
4. Pastos. Cobertura de vegetación con especies herbáceas que han sido plantadas, y relacionadas con actividades ganaderas. Pueden ser pastos limpios, arbolados, enmalezados o enrastrojados (IDEAM et al. 2007)
5. Vegetación Secundaria. Categoría de cobertura vegetal que incluye vegetación de baja altura donde se encuentran rastrojos y cobertura vegetal en estado de sucesión temprano (IDEAM et al. 2007)
6. Otros, incluye áreas mayormente transformadas como zonas urbanas, plantaciones forestales, coberturas no afectadas por el fuego como superficies de agua o superficies con nubes o sin información

Los focos de calor o anomalías térmicas (hotspots) fueron adquiridos a través de FIRMS- Fire Information for Resource Management System: Archiving and Distributing MODIS Active Fire Data, Collection 4 (Davies et al. 2009) en formato shapefile, con información sobre la ubicación geográfica, día y hora de la toma del dato, nivel de confiabilidad del dato y satélite con el cual se adquirió la información. Este producto derivado de las imágenes MODIS permite. Se utilizó información a partir de Diciembre 2000 porque anterior a esta fecha este producto presenta unos errores derivados de una descalibración de los sensores (FIRMS, 2007). La detección del foco active de fuego se realiza a través de un algoritmo contextual que utiliza la fuerte emisión de radiación en el infrarojo medio de los incendios (Giglio et al., 2003) Por ser un análisis más comparativo y descriptivo que cuantitativo, y para minimizar una sobreestimación de las áreas posiblemente afectadas por incendios, en este estudio tomamos únicamente los focos activos detectados con una confiabilidad igual o superior al 90%. Se analizaron los patrones anuales y espaciales de estas capas de información y se cruzaron con las capas de información mencionadas anteriormente. Al cruzar con la capa de vegetación, se considera que la superficie afectada por el fuego, asociada a cada anomalía térmica es de un máximo de 100 ha y es el valor que se utilizó en este trabajo siguiendo estimaciones generales anteriores (Huesca et al. 2009), aunque considerando que el paso de anomalía térmica a superficie quemada tiene limitaciones asociadas. Las 100ha representan el máximo posible quemado y las cifras derivas de este estudio deben ser utilizadas con caución.

RESULTADOS

La superficie afectada por el fuego en toda Colombia para el periodo comprendido entre Diciembre 2000 y Febrero 2009 tiene una distribución presente en todo el país pero con un claro énfasis en la zona de los Llanos Orientales, piedemonte Caquetá y zona de Bolívar, Magdalena y César (Figura 1). El total de superficie acumulada afectada por incendios de vegetación en el período analizado es de unos 32.446 km2 que representa un 2.84% de la superficie terrestre total de Colombia. Los departamentos del Pacífico son los menos afectados por fuegos y es la región donde menos anomalías térmicas fueron detectadas.

Figura 1.-Superficie afectada por fuegos (nivel confianza >90%) acumulada en el periodo 2000-2009.

Analizando la relación entre número de focos de calor o hotspots por tipo de vegetación en el país (Figura 2) detectados entre diciembre 2000 y Febrero 2009, se puede observar como la superficie afectada por los fuegos en la categoría de vegetación de herbazales es el doble que la afectada en pastos y bosques naturales, siendo estas tres los tipos de vegetación a nivel de país más afectados por los incendios seguidos por la vegetación secundaria y las zonas agrícolas heterogéneas y cultivos. Esta tendencia ha sido muy similar a lo largo de los diferentes años como se puede apreciar en la Figura 2.

Figura 2.- Relación entre número de focos de calor por tipo de vegetación detectados entre diciembre 2000 y febrero 2009.

Analizando el porcentaje de focos de calor detectados, menos del 10 % ocurren dentro Áreas Protegidas (3.3%), Resguardos Indígenas (6.1%), Reservas Forestales (0.1%) o Tierras Comunidades Negras (0.1%). El porcentaje más elevado, como era de esperar, del 90.5% ocurren en el resto del país. De ese 9.5%, es interesante notar que ocurren el doble de fuegos al interior de resguardos indígenas que áreas protegidas a nivel nacional, con la misma tendencia a lo largo de los diferentes años analizados (Figura 3). Cabe destacar que la afectación del territorio bajo la figura de Áreas Protegidas es de un promedio anual de 0.09% (unas 10333 ha), y en el caso de los Resguardos Indígenas el 0.079% anual de sus áreas se ven afectados (22677 ha anuales). Esto es debido en parte al gran número de resguardos indígenas ubicados en la Orinoquia y la Amazonia, dos de las regiones con mayor incidencia de incendios detectados. Adicionalmente una cifra baja similar del territorio de las Reservas Forestales ((0.086%) y aún más bajo de Tierras Comunidades Negras (0.011%) se ve afectada.

Figura 3. Numero de focos de calor detectados acumulados dentro de los limites de áreas protegidas, AP, Resguardos Indígenas (RI), Reservas Forestales (RF), Tierras Comunidades Negras (TCN)

Evaluando la superficie anual afectada por el fuego para cada una de las regiones naturales de Colombia (Figura 4), tal y como se observaba inicialmente en la distribución general (Figura 1), la región que presenta una mayor área afectada por incendios es la Orinoquia seguida por la Amazonia y el Caribe. Siguen un patrón temporal muy similar, pero se destaca el incremento en superficie alterada en la región amazónica, influenciada en gran parte por al zona del piedemonte del Caquetá y Putumayo en particular en dos años 2004 y 2007. De hecho estos años en la mayoría de los resultados destacan por ser años con unos picos de anomalías térmicas asociados en parte al patrón climático anual. Adicionalmente se puede observar claramente los patrones intra anuales de incendios identificados en Colombia (Figura 5), donde se aprecia un patrón bimodal característico de dos épocas de verano características en el periodo comprendido típicamente entre diciembre y marzo y un pequeño pico alrededor de julio y agosto, tendencia que se ha mantenido desde el inicio de nuestro periodo de análisis.

Figura 4.- Superficie anual afectada, medida en hectáreas por regiones naturales entre diciembre 2000 y febrero 2009.
Figura 5. Promedio mensual del número de anomalías térmicas detectadas entre diciembre 2000 y febrero 2009.

A nivel de Corporaciones Autónomas Regionales (Anexo 1, Figura 6) y Departamentos (Figura 7), los territorios de las autoridades ambientales regionales, se observa que Corporinoquia, con un total de 11862 focos acumulados detectados en total en los años analizados, y Cormacarena (7927 focos de calor acumulados) son las dos corporaciones con más afectación de superficie por fuegos. A estas le siguen Corpoamazonia (2434 focos acumulados), Corpomag (1930 focos acumulados) y Corpocesar (1886 focos acumulados). En términos de Departamentos, los más afectados son Meta (7927 focos) y Vichada (6456), seguidos de Arauca (2345 focos), Casanare (2344 focos) y Caquetá (2132 focos) y con menor afectación Magdalena (1930 focos), Cesar (1886 focos) y Bolívar (1319 focos).

Figura 6. Número de focos de calor acumulados para el periodo diciembre 2000 a febrero 2009 por Corporación Autónoma Regional.
Figura 7. Número de focos de calor acumulados para el período diciembre 2000 a febrero 2009 por departamento.

CONCLUSIONES

En este trabajo se presenta un primer estudio nacional de patrones de incendios que muestra un panorama más cualitativo de este fenómeno que cuantitativo. En este sentido, claramente la zona de los Llanos colombianos es una de las regiones del país que anualmente sufre mayor impacto por los incendios y coincide con otros estudios publicados al respecto (Armenteras et al. 2005). No obstante tanto el piedemonte andino como la zona Caribe han venido en los últimos años sufriendo una alta afectación por fuegos que ha pasado desapercibida en el país y son zonas que probablemente están sufriendo un proceso acelerado de cambio de uso de la tierra.
Las áreas bajo alguna figura de manejo especial sirven de alguna forma como barrera contra incendios de la vegetación a pesar de que en el manejo de los territorios indígenas se detecta, probablemente debido a sus prácticas agrícolas y de subsistencia, el doble de afectación que las áreas bajo figuras más estrictas de conservación, como son los parques naturales. En el caso de reservas forestales, por un lado su menor extensión en el territorio colombiano pero por otro lado su uso y manejo dirigido a la explotación forestal de estos territorios hace que haya menos fuegos. Los Territorios de Comunidades Negras, por su ubicación geográfica, son mucho menos susceptibles a incendios.

Los resultados obtenidos en el presente trabajo, muestran la utilidad de los productos de anomalías térmicas de MODIS para estudiar la distribución espacio-temporal de los incendios a una escala nacional. Estos resultados son útiles para realizar una comparación y un análisis cualitativo de la frecuencia y la presencia de incendios, pero debido a la limitación de los datos de focos detectados por el satélite MODIS, entre otras, la periodicidad de la toma de datos, cada 16 días, los resultados presentados aquí no son una cifra final de área afectada en el país, sino una aproximación. Es importante mejorar las estimaciones de la relación de número de focos de calor y área quemada diferenciando los procesos que suceden en cada tipo de cobertura vegetal y sus condiciones ambientales. Esto ayudará a utilizar los datos de focos como un mejor "proxy" de áreas quemadas en países como Colombia y optimizar los cálculos de emisiones de gases o contaminantes atmosféricos resultantes de la quema de biomasa vegetal.

AGRADECIMIENTOS

A Mónica Morales Rivas por sus comentarios en una versión muy preliminar del manuscrito que ayudaron a mejorarlo. A la Agencia Española de Cooperación Internacional por su apoyo a través de la Acción Complementaria C/7838/07 y el proyecto A/019951/08. A los dos evaluadores anónimos del manuscrito por sus sugerencias para consolidar el mismo.

LITERATURA CITADA

1. ARMENTERAS, D., M. ROMERO & G. GALINDO. 2005 Vegetation fire in the savannas of the Llanos Orientales of Colombia. World Resource Review 17 (4): 531-543
2. CLC2000 (CORINE Land Cover 2000), European Environment Agency, 2007. Disponible online en http://dataservice.eea.eu.int/
3. DAVIES, D.K., S. ILAVAJHALA, M.M. WONG & C.O. JUSTICE. 2009. "Fire Information for Resource Management System: Archiving and Distributing MODIS Active Fire Data". IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 47 (1):72-79.
4. DE SANTIS, A. & E. CHUVIECO. 2007. Burn severity estimation from remotely sensed data: Performance of simulation versus empirical models. Remote Sensing of Environment 198:422-435.
5. DIAZ DELGADO, R., F. LLORET & X. PONS. 2003. Influence of fire severity on plant regeneration through remote sensing imagery. Internationa Journal of Remote Sensing 24:1751-1763.
6. DI BELLA, C.M., E.G. JOBBÁGY, J.M. PARUELO & S. PINNOCK. 2006. Fire density controls in South America. Global Ecology and Biogeography 15:192-199.
7. DWYER, E., J.M.C. PEREIRA, J.M. GRÉGOIRE & C.C. DACANARA. 1999. Characterization of the spatio-temporal patterns of global fire activity using satellite imagery for the period April 1992 to March 1993. Journal of Biogeography 27:57-69.
8. FIRMS. Fire Information for Resource Managemente System. Agosto 2007 http://maps.geog.umd.edu/firms//shapes.htm
9. GIGLIO, L., J. DESCLOITRES, C.O. JUSTICE & Y.J. KAUFMAN. 2003. An enhanced contextual fire detection algorithm for MODIS. Remote Sensing of Environment, 87:273-282.
10. HUESCA, M., F. GONZALEZ-ALONSO & J.M. CUEVAS-GONZALO. 2009. Distribución espacial y temporal de los incendios forestales en España utilizando datos de anomalías térmicas. Ponencia sometida al Congreso Asociación Española de Teledetección 2009
11. IDEAM, IGAC, IAvH, Invemar, I. Sinchi e IIAP. 2007. Ecosistemas continentales, costeros y marinos de Colombia. Instituto de Hidrologia, Meteorologia y Estudios Ambientales, Instituto Geografico Agustin Codazzi, Instituto de Investigacion de Recursos Biologicos Alexander von Humboldt, Instituto de Investigaciones Ambientales del Pacifico Jhon von Neumann, Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras Jose Benito Vives De Andreis e Instituto Amazonico de Investigaciones Cientificas Sinchi. Bogotá, D. C, 276 p. + 37 hojas cartograficas.
12. G.R. VAN DER WERF, J.T. RANDERSON, L. GIGLIO, G.J. COLLATZ, P.S. KASIBHATLA & A.F. ARELLANO JR. 2006. Interannual variability of global biomass burning emissions from 1997 to 2004. Atmos. Chem. Phys. Discuss., 6, 3175-3226
13. WWF 2002. Mapa de Ecorregiones de América Latina (1:1'500.000 WWF - US).