@PhDThesis{Tourigny:2014:CoLaSu,
author = "Tourigny, Etienne",
title = "Multi-scale fire modeling in the neotropics: coupling a land
surface model to a high resolution fire spread model, considering
land cover heterogeneity",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2014",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2014-05-26",
keywords = "fire, neotropics, multi-scale, burned area products validation,
arc of deforestation, fogo, neotr{\'o}picos, multi-escala,
valida{\c{c}}{\~a}o de produtos de {\'a}rea queimada, arco do
desmatamento.",
abstract = "Land-Use and Land-Cover Change (LUCC) is a major cause of biomass
burning in neotropical ecosystems, through logging and
slash-and-burn clearing of forests for agriculture and subsequent
pasture burning. Current Dynamic Vegetation Models (DGVMs), the
land surface components of Earth System Models (ESMs), are
incapable of modeling fire processes in tropical rainforests, and
do not represent the local-scale land surface properties and
processes associated with LUCC and fire spread. The modeling of
the complex interactions between LUCC, climate change, droughts
and fire in the tropics requires a framework to simulate these
components and their interactions across multiple scales. A new
modeling framework is proposed, in order to better represent fire
in the neotropics within DGVMs, by simulating fire spread and its
interactions with LUCC and the global Earth System. This study
consists of three parts: the implementation of \emph{subgrid
tiling} in the INLAND DGVM and a multi-scale framework to
down-scale the model to a finer scale; the implementation of a
simple fire spread model and one-way coupling (downscaling) with
the INLA:\{"}D mo del ; the validation of global burned area
products in the {"}are of deforestation{"} for mo del calibration
and validation. The implementation of \emph{subgrid tiling} in
the INLAND DGVM has made it possible to represent different land
surface types (natural or modified by human activities) inside a
given mo del grid cell. However further work is needed in order to
parametrize landscapes infiuenced by human activities. The custom
fire spread model, coupled to the INLAND model, has demonstrated
the ability to simulate realistic fire spread patterns and
sensitivity to various parameters such as land cover type,
deforestation patterns, the presence of roads, and wind speed and
direction. Further work is needed in order to improve the
parametrizations and consider air and fuel moisture and fuel
content, as well as up-scaling the results to the coupled DGVM.
The validation of global burned area products in the {"}are of
deforestation{"} brings sufficient confidence in using these
products for the calibration and validation of the fire components
of DGVMs and ESMs in this region. This study has demonstrated the
potential of the multi-scale modeling framework for studying the
synergies between climate change, LUCC and fire in the neotropics.
RESUMO: A mudan{\c{c}}a do uso e cobertura da terra (LUCC;
\emph{Land-Use and Land-Cover Change}) {\'e} uma das principais
causas de inc{\^e}ndios nas florestas neotropicais,
principalmente pelo desmatamento e queima da floresta
prim{\'a}ria para usos agr{\'{\i}}colas e subsequente queima de
pasto. Os atuais Modelos Globais de Vegeta{\c{c}}{\~a}o
Din{\^a}mica (DGVMs; \emph{Dynamic Vegetation Models}), os quais
s{\~a}o o componente superficial de Modelos do Sistema Terrestre
(ESMs; \emph{Earth System Models}), s{\~a}o incapazes de
representar os processos do fogo em florestas tropicais
{\'u}midas e n{\~a}o representam em escala local as propriedades
da superf{\'{\i}}cie terrestre e os processos associados com o
LUCC e a propaga{\c{c}}{\~a}o do fogo. A modelagem das
intera{\c{c}}{\~o}es complexas entre LUCC, mudan{\c{c}}as
clim{\'a}ticas, secas e as queimadas nos tr{\'o}picos requer um
quadro para simular os diferentes componentes e suas
intera{\c{c}}{\~o}es em m{\'u}ltiplas escalas. Prop{\~o}e-se
um novo ambiente de modelagem para melhor representar o fogo nos
ecossistemas neotropicais dentro dos DGVMs, simulando a
propaga{\c{c}}{\~a}o do fogo e as rela{\c{c}}{\~o}es com LUCC
e o sistema terrestre global. Este projeto de pesquisa consiste em
tr{\^e}s partes: implementa{\c{c}}{\~a}o de \emph{subgrid
tiling} no modelo INLAND e de um ambiente de modelagem
multi-escala para fazer o \emph{downscaling} do modelo para a
escala mais fina: implementa{\c{c}}{\~a}o de um modelo simples
de propaga{\c{c}}{\~a}o do fogo e acoplamento unidirecional
(downscaling) com o modelo INLAND; e valida{\c{c}}{\~a}o de
produtos globais de {\'a}rea queimada no {"}arco do
desmatamento{"} para calibra{\c{c}}{\~a}o e
valida{\c{c}}{\~a}o de modelos. A implementa{\c{c}}{\~a}o de
\emph{subgrid tiling} no modelo INLAND tornou poss{\'{\i}}vel a
representa{\c{c}}{\~a}o de diferentes tipos de
superf{\'{\i}}cie (naturais ou modificados por atividades
humanas) dentro de uma determinada c{\'e}lula de grade do modelo.
Ainda assim mais estudos s{\~a}o necess{\'a}rios a fim de
parametrizar paisagens influenciadas pelas atividades humanas. O
modelo de propaga{\c{c}}{\~a}o do fogo, acoplado ao modelo
INLAND, demonstrou a habilidade em simular padr{\~o}es realistas
de propaga{\c{c}}{\~a}o do fogo e sensibilidade {\`a}
mudan{\c{c}}a de v{\'a}rios par{\^a}metros, como o tipo de
cobertura do solo, os padr{\~o}es de desmatamento, a
presen{\c{c}}a de estradas, e as velocidade e dire{\c{c}}{\~a}o
do vento. Em estudos futuros s{\~a}o necess{\'a}rios melhorias
nas parametriza{\c{c}}{\~o}es e inclus{\~a}o da umidade do ar e
dos combust{\'{\i}}veis, e a quantidade de combust{\'{\i}}vel,
bem como o \emph{upscaling} dos resultados para a DGVM acoplado.
A valida{\c{c}}{\~a}o de produtos globais de {\'a}rea queimada
no {"}arco do desmatamento{"} traz confian{\c{c}}a suficiente
para o uso desses produtos na calibra{\c{c}}{\~a}o e
valida{\c{c}}{\~a}o dos componentes de fogo dos DGVMs e ESMs
nessa {\'a}rea. Este estudo demonstrou o potencial deste ambiente
de modelagem multi-escala para estudar as sinergias entre
mudan{\c{c}}as clim{\'a}ticas, LUCC e fogo nos
neotr{\'o}picos.",
committee = "Oliveira, Gilvan Sampaio de (presidente) and Nobre, Carlos Afonso
(orientador) and Cardoso, Manoel Ferreira and Brando, Paulo
Monteiro and Magalh{\~a}es, Marina Hirota",
englishtitle = "Modelagem multi-escala do fogo nos neotr{\'o}picos: acoplamento
de um modelo de superf{\'{\i}}cie com um modelo de alta
resolu{\c{c}}{\~a}o de propaga{\c{c}}{\~a}o do fogo,
considerando a heterogeneidade da cobertura do solo.",
language = "en",
ibi = "8JMKD3MGP5W34M/3GD37Q2",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP5W34M/3GD37Q2",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "27 abr. 2024"
}