AVALIAÇÃO DA PREVISÃO DO RISCO DE FOGO DESENVOLVIDA NO INPE APLICANDO O MODELO ETA: ANÁLISE OBJETIVA E COMPARATIVA ENTRE DUAS VERSÕES PARA 2003

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1 AVALIAÇÃO DA REVISÃO DO RISCO DE FOGO DESENVOLVIDA NO INE ALICANDO O MODELO ETA: ANÁLISE OBJETIVA E COMARATIVA ENTRE DUAS VERSÕES ARA 2003 Raffi Agp Sismanglu 1, Albert W. Setzer 2 ABSTRACT The evaluatin f daily frecast f vegetatin fire risk t 72 hurs with the ETA mdel were perfrmed applying 2 versins f bserved fire risk. The first methd des nt take the ht spts series in accunt and the 2 nd des, depending upn the precisin f the 1 st versin. The intrductin f anmalus-term regarding the ccurrence f ht spts in lw risk areas fr at least 3 past rain less days by 1 st versin, cntributed significantly fr the ne day predictin maps by new versin, mainly in lw tax perids f vegetatin fire, frm January t June and Octber t December. The skill index imprved arund f 10 and 30 perceptual pints fr medium t extreme risk classes (which means mre than 95% f ht spts ccurrences) and frm 10 t 22 pints fr the high zne (85%.f amunt). Fr the 2 nd and 3 rd frecast days, had nt difference amng tw last days and the skill were 5 pints smaller fr the medium level regarding the 1 st day and high level znes perfrmed the same skills. Thus 95% f ht spts ccurred in medium level znes and 80% t high level znes. RESUMO Avaliaram-se as estimativas diárias d risc de fg previst para 72 hras pel ETA, utilizand duas metdlgias d risc de fg bservad. A primeira descnsidera s fcs e a segunda inclui-s cndicinad à precisã d cálcul da primeira. A intrduçã d term risc-anômal relativ à crrência de fcs em áreas de risc baix em pel mens 3 dias cnsecutivs, pel primeir métd, cntribuiu significativamente n cálcul d risc para 1 DIA pela nva versã, principalmente em épcas de baixa temprada de queimadas. Os índices de acerts melhraram entre 10 e 30 pnts percentuais para a curva média (mais de 95% ds fcs analisads) e entre 10 e 22 pnts para a curva de alt risc (85% d ttal ds fcs). ara segund e terceir dias de previsã nã huve diferenças n desempenh entre s métds e s índices de acerts n ttal fram apenas 5 1 Centr de revisã de Temp e Estuds Climátics- CTEC Institut Nacinal de esquisas Espaciais- INE, Brasil Rd. residente Dutra, Km.39, Cacheira aulista, S.. (12) raffi@cptec.inpe.br 2 CTEC/INE - asetzer@cptec.inpe.br

2 pnts menres para nível médi e pra nível alt nã huve alteraçã em cmparaçã cm s 3 dias prevists 95% ds fcs crreram nas área de risc médi de junh a julh, e para nível de risc alt índice fi de 80%. INTRODUÇÃO O cnheciment ds níveis de risc de crrência de incêndi a lng ds dias em áreas vegetadas está diretamente assciad à imprtância d desenvlviment d seu sistema peracinal de detecçã de queimadas e mnitrament diári de queimadas em quase tda a América d Sul realizad pel INE desde a década de 80. De acrd cm Setzer (2002), desde 1998, grup de queimadas da Divisã de Sistemas e Satélites Ambientais d INE, vem desenvlvend e aprimrand métd de estimativa d risc de fg (RF) que utiliza fatres climátics tais cm a precipitaçã, umidade mínima e temperatura máxima d ar, e recentemente, de acrd cm Sismanglu e Setzer (2004), inclui s fcs detectads pel sistema Naa 12 e 16. A versã diagnóstica d RF fi adaptada para a pçã prgnóstica para até 3 dias, utilizand-se s mdels d CTEC. Inicialmente aplicava-se apenas mdel GLOBAL de baixa resluçã espacial (200km). A partir de 2002, s mapas de riscs REVISTOS também passaram a ser gerads cm mdel reginal ETA de mair resluçã (40Km), ampliand dmíni riginal para quase tda a América d Sul. Outras referências pdem ser encntradas em Sismanglu e Setzer (2004). O mdel Eta é um mdel de messcala, em pnt de grade, de equações primitivas. A versã d mdel Eta que rda peracinalmente n Centr de revisã de Temp e Estuds Climátics (CTEC) é hidrstátic e cbre a mair parte da América d Sul e ceans adjacentes. A resluçã hrizntal atual é de 40 km e a vertical de 38 camadas. As previsões sã frnecidas duas vezes a dia, uma cm cndiçã inicial às 0000 e utra às 1200 UTC. A cndiçã inicial é prveniente da análise d Natinal Centers fr Envirnmental redictin (NCE) e as cndições de cntrn lateral sã prvenientes das previsões d mdel glbal d CTEC e atualizadas a cada 6 hras. O praz de integraçã é de 72 hras. A grade hrizntal é a grade E de Arakawa e a crdenada vertical é a crdenada eta. A letra grega eta () dá nme a mdel. A tpgrafia é representada em frma de degraus. As variáveis prgnósticas d mdel sã: temperatura d ar, cmpnentes znal e meridinal d vent, umidade específica, água líquida da nuvem, pressã à superfície e energia cinética turbulenta. A versã prgnóstica depende, além das mesmas variáveis d RF (de md previst) tais cm precipitaçã ttal em 6hs; temperatura e umidade d ar (nível de 2 metrs às 18UTC), das infrmações d RF d dia anterir d iníci d cálcul, pis as saídas numéricas d ETA sã das 18 UTC a partir das análises das 00 UTC. r exempl, para cálcul das previsões ds dias "n+1", "n+2", "n+3", é

3 1 2 Dia Dia dia dia; dia dia; utilizad RF d dia "n". Operacinalmente RF d dia "n" é gerad às 23:00 hras lcal e as previsões de 72 hras d RF às 7:00 hras lcal d dia "n+1". De acrd cm mencinad anterirmente existem duas versões em us d RF, cujas diferenças principais estã na utilizaçã ds fcs d Naa 12 u 16. Referencias pdem ser encntradas em Sismanglu e Setzer (2004). Este trabalh tem pr finalidade de avaliar bjetivamente desempenh diári d cálcul d risc REVISTO de fg (R) ns 12 meses de 2003, usand as duas versões de cálcul d RF e cmparand-s pr mei ds dads d Naa 12, para 72 hras de prgnóstics. MATERIAL e MÉTODOS Cálcul d Risc de Fg (R) A seguir será apresentada resumidamente a metdlgia R para até 3 dias, independente d mdel de previsã numérica adtad. Os cálculs ds R para as duas versões fram baseads cm s respectivs RF's. De acrd cm s esquemas abaix citads, a partir de um únic RF, relativ a d dia anterir a primeir Risc revist, é determinad R para 3 dias. As temperaturas máximas previstas e umidades mínimas sã relativs das 18 UTC. Cnsiderand que: pp = 0.01* T ; u = ( * UR ) ; ( exp( 0.231* prec1) ) p = ; tp RF * pp * u * p = e p1 = exp( * prec1) em que T = temperatura máxima d ar prevista d 1 UR= Umidade mínima d ar prevista d 1 R 1 = tp * p1 ( prec1 = precipitaçã prevista (mm) das 18UTC d 1 RF = risc de fg bservad um dia antes (diagnsticad pels dis as duas versões); R1 = risc previst d 1 C); Cnsiderand que: pp = 0.01* T ; u = ( * UR ) ; ( exp( 0.231* prec2) ) p = ; tp RF * pp * u * p = e p2 exp( * prec1) =,

4 3 Dia dia. dia dia; dia; dia dia dia; dia; dia; dia dia tems: R 2 = tp * p2 em que T2 = temperatura máxima d ar prevista d 2 UR2= Umidade mínima d ar prevista d 2 ( prec2 = precipitaçã prevista (mm) das 18UTC d 2 prec1 = precipitaçã prevista (mm) das 18UTC d 1 RF = risc de fg bservad dis dias antes (diagnsticad pelas duas versões); R2 = risc previst d 2 C); Cnsiderand que: pp = 0.01* T ; u = ( * UR ) ; ( exp( 0.231* prec3) ) p = ; tp RF * pp * u * p ( * 1) p3 = exp prec em que = ; p2 = exp( * prec2) R 3 = tp * p2* p3 T3 = temperatura máxima d ar prevista d 3 UR3= Umidade mínima d ar prevista d 3 ( prec3 = precipitaçã prevista (mm) das 18UTC d 3 prec2 = precipitaçã prevista (mm) das 18UTC d 2 prec1 = precipitaçã prevista (mm) das 18UTC d 1 RF = risc de fg bservad três dias antes (diagnsticad pelas duas versões); R3 = risc previst d 3 Fram gerads s Risc revists pelas duas versões, iss é, pel RF (sem fcs) e pel RF (cm fcs persistids) de acrd cm as saídas ds 3 dias d mdel ETA para an de Os resultads diáris, pelas duas versões, ds 12 meses de R's fram cmparads pixel a pixel (cm 25 km de resluçã) cm s respectivs fcs bservads d dia de acrd cm as previsões, send acumulads em pixels da mesma resluçã. As matrizes ds R's X fcs fram agrupadas de acrd cm as classe de níveis risc médi a crític e alt a crític. C);

5 Cálcul d Risc de Fg (RF) O Risc de Fg (RF) também chamad de "Risc Observad" é a base teórica para R. A seguir será apresentada, resumidamente a seqüência de cálculs d RF, estimads pr Setzer*. Determina precipitaçã em mm ns períds 1 dia, 2-4dias, 5-9 dias, dias, dias, dias e dias. Cada classe de precipitaçã, pssui uma funçã expnencial f(x) variand de 0 a 1, chamads de "fatres de precipitaçã" que determinarã períd de secura (SE) : ( x ) e f n = = A ( n= 1,7). ( n= 1,7) em que A é cnstante para cada funçã, variand de , para 90 dias de chuva acumulada a , para 1 dia de chuva acumulada e é a precipitaçã acumulada em mm Determina númer de Dias de Secura a partir ds fatres de precipitaçã. ( x1) * f ( x5 )... f ( 90) SE = 105* f x Determina risc de fg "básic" (máx.=0.9 dependend de SE ) p/ cada um ds 5 tips de vegetaçã. CLASSVGE T (N=1,5) VEGET.1 VEGET.2 VEGET.3 VEGET.4 VEGET.5 TipVeget Ombr.densa Ombr.Aberta Cntat+Campinarana Estacinal+Decídua+Semi- Deciaual Nã Flresta Cnstte. A Risc Básic ( RB n=1, 5 ) = B 0,9*[1 + sin( An= 1, 5 * SE)]/ 2

6 Crrige risc de fg para a umidade relativa da tarde. RU = ( 0.056* ) n=1,5 RB n = 1,5 UR +, em que UR é umidade relativa bservada das 18UTC Crrige risc de fg para a temperatura máxima RT = RU n ), max n=1,5 ( = 1,5 Tmax + em que Tmax é a temperatura bservada das 18UTC Determina Risc de Fg (RF, variand de 0, risc mínim a 1, risc crític) RF n eq. 01 n= 1,5 = RTmax * RU =1 n= 1,5,5 Obs: De acrd cm mencinad pr Sismanglu e Setzer (2004) Risc de Fg fi adaptad em 2004, para uma versã que inclui a presença ds fcs detectads pel Naa 12 u 16. Nesta versã, RF é frçad para um valr alt (ex. 0,9) cas RF padrã, determinad cnfrme a equaçã 01, calcule cm RF baix ( < 0.4) um pixel n qual fi bservad a presença de fc ns em pel mens 1 ds 3 dias anterires e que nã huvesse registr de chuvas n lcal. RESULTADOS Os resultads das avaliações das prcentagens de acerts (de fcs) pr classes de níveis de R, para s 3 dias serã apresentads em separads:

7 1 DIA Figura 01 - Resultad final: percentual de acerts d ttal de fcs assciad às classes de risc de fg REVISTO p/ 1 DIA, cmparativ entre s dis as duas versões (MET 2) e métd sem fcs (MET 1). Fnte: INE/DSA De acrd cm gráfic da figura 01, a linha em azul cntínua representa a prcentagem de acerts d ttal de fcs bservads na América d Sul que fram diagnsticadas entre s níveis MËDIO a CRÍTICO pela metdlgia nva (risc persistid), a curva azul tracejada representa a mesma curva cm a metdlgia anterir. A linha em vermelha cntínua representa a prcentagem de acerts d ttal de fcs bservads na América d Sul que fram diagnsticadas entre s níveis ALTO a CRÍTICO pela metdlgia nva (risc persistid), e a curva vermelha tracejada representa a mesma curva cm a metdlgia anterir. r exempl: se cnsiderarms mês de janeir, verificarems que 40% ds fcs deste mês fram diagnsticadas cm risc alt a crític e 60% cm risc médi a crític pela metdlgia anterir. ela nva metdlgia s mesms índices de acerts seriam de 61% e 79% respectivamente.

8 De md geral, a intrduçã d term d fc persistid, melhru entre 10 e 30 pnts percentuais (em média) s índices de acerts das curvas ns dis níveis estudads, especialmente em períds de baixa temprada de queimadas n Brasil, i.e., de janeir a junh e também bservu-se melhra de setembr a dezembr (10 pnts). Deve-se salientar que a mairia ds fcs n primeir períd crrespndem as ds países da América d Sul e s d segund blc sã d nrte da Amazônia e d NE, e que de acrd cm Sismanglu e Setzer (2004), estã sujeits à falhas sistemáticas n prcess de aquisiçã ds dads pel Naa 12 e/u a falta de dads representativs especialmente de precipitaçã. Ou seja, a intrduçã d term d fc persistid, pela sua própria definiçã, pde ter cmpensad a má interpretaçã teórica d risc calculad pel métd. Segund Chu et al. (1998), nestas regiões de baixa densidade de dads, mdel Eta tende a errs numérics e em especial nas estações de estiagem.

9 Figura 02 - Resultad final: percentual de acerts d ttal de fcs assciad às classes de risc de fg bservads de 2003, cmparativ entre as duas versões: fc persistid e métd sem fcs. Fnte: INE/DSA (Sismanglu e Setzer (2004) N restante d cicl da alta temprada de queimadas cmpreendid entre junh e setembr, a cntribuiçã d fc melhru em 2 pnts percentuais s índices de acerts das curvas ds dis níveis. Quantitativamente, em média mais de 95 % ds fcs cncrdaram cm s níveis de riscs MËDIO a CRÍTICO ns períds mais prpícis à crrência de fcs, cncrdand cm risc teóric bservad (RF) para mesm dia, verificad na figura 02 que fi determinad pr Sismanglu e Setzer (2004). raticamente nã há diferenças entre as curvas de níveis de riscs MÉDIO a CRÍTICO (azul), entre a bservaçã e a previsã de um dia. rém para níveis de riscs ALTO a CRÍTICO

10 (vermelha) cuja previsã é mais cmplicada, a diferença é de 10 pnts percentuais entre a bservaçã e a previsã, para ambas versões de previsã d RF. Ainda de acrd cm as figuras 1 e 2, percebe-se também que tant Risc revist de 1 dia quant a Risc Observad d mesm dia, btiveram 5 meses seguids de acerts superires a 90% na classe MËDIO a CRÍTICO. Outr aspet interessante pde ser verificad cm a curva de nível de risc MÉDIO a CRÍTICO d métd anterir que superu a curva de ALTO a CRÍTICO d métd atual em td períd, sugerind algumas mudanças que pdem ser intrduzidas nas classes de risc para melhr interpretaçã ds resultads. Cm relaçã à previsibilidade d Eta, e em cmparaçã cm s resultads d Risc revist de 1 dia, váris autres (Seluchi e Garreaud, 2002); Black (1994); cnfirmam que mdel pssui ba cnfiabilidade nas previsões de chuva em 24hs. Chu et al. (1998) analisad a previsibilidade mensal d Eta mstraram também a ba perfrmance das previsões numéricas ns períds secs e em especial n Brasil Central, regiã de crrência das mairias das queimadas neste períd. Ainda de acrd cm Chu et al.(1998), ns meses de nvembr e dezembr e especialmente na regiã NE, a habilidade de Eta prever a precipitaçã é menr, explicand numericamente entã, a tendência de queda ns índices de acerts d Risc revist uma vez que NE cntribui significativamente cm ttal ds fcs nestes meses. 2 DIA ara 2 dia de previsã, de acrd cm a figura 3, s cmprtaments das duas curvas de nível ALTO a CRÍTICO e MÉDIO a CRÍTICO para ambas versões fram idênticas, ist é, para prgnóstics de 48hs nã huve cntribuiçã da inclusã d term d fc persistid d RF. Esse fat pde estar relacinad cm as baixas qualidades das previsões d Eta para 2 dia que estã explícits nas equações ds Risc revists. Cnseqüentemente, a tendência de acerts diminuiu 20 pnts percentuais cm relaçã a prgnóstic de 1 dia ns períds de baixa temprada de queimadas para s dis níveis. de-se perceber cmprtament similar entre as duas curvas entre s 1 e 2 dias de previsã pel primeir métd. De acrd cm almeira et al. (2002), que estudaram a previsibilidade d Eta sbre a regiã sudeste n verã, a precisã das previsões de precipitaçã cai para 50% de acert. A partir de mai índice melhra a atinge máxim de 95 % de cncrdância em julh e agst para nível MÉDIO a CRÍTICO e de 80 % para nível ALTO a CRÍTICO, e se estende até nvembr. Cm relaçã a 1 dia de previsã, a amplitude d períd de melhr respsta d mdel diminuiu em 2 meses neste cas. A partir de utubr s índices diminuem para 70% e 45 %

11 respectivamente, mantend a tendência até fevereir. Em març atingem máxim secundári cujs índices sã de 75 % e 60 % respectivamente. Ainda de acrd cm a figura 3, pir desempenh crre em mai, em parte explicada pel baixa quantidade de fcs. De acrd cm as figuras 2 e 3, percebe-se também que tant Risc revist de 2 dias quant a Risc Observad de dis dias atrás, btiveram 4 meses seguids de acerts superires a 90% na classe MËDIO a CRÍTICO. Figura 03 - Resultad final: percentual de acerts d ttal de fcs assciad às classes de risc de fg REVISTO p/ 2 DIA, cmparativ entre as duas versões: fc persistid (MET 2) e métd sem fcs (MET 1). Fnte: INE/DSA 3 DIA ara 3 dia de prgnóstics, de acrd cm a figura 4, s cmprtaments das duas curvas de nível ALTO a CRÍTICO e MÉDIO a CRÍTICO para ambas versões também fram idênticas, ist é, para prgnóstics de 72hs também nã huve cntribuiçã da inclusã d term d fc persistid d RF. Cnsequentemente, a tendência de acerts diminuiu 20 pnts percentuais cm relaçã a

12 prgnóstic de 1 dia ns períds de baixa temprada de queimadas para s dis níveis. de-se perceber cmprtament similar entre as duas curvas entre s 1 e 3 dias de previsã pel primeir métd. A partir de mai índice tende a melhrar, atingind máxim de 95 % de cncrdância apenas n mês de julh para nível MÉDIO a CRÍTICO e de 80 % para nível ALTO a CRÍTICO. Cm relaçã a 1 dia de previsã, a amplitude d períd de melhr respsta d mdel diminuiu em 3 meses neste cas. Deste mês até setembr, s índices diminuem para 90% e 85 % respectivamente, Após setembr a fevereir a queda trna-se mais acentuada, u seja 55 % e 29% respectivamente. Em març atingem máxim secundári cujs índices sã de 75 % e 58 % respectivamente. Ainda de acrd cm a figura 3, pir desempenh crre em mai, em parte explicada pel baixa quantidade de fcs. De acrd cm Rzante e Chu (2002), que também estudaram a previsibilidade d Eta, em terms de ressã Atmsférica d ar, a precisã das previsões desta variável, tende a cair para 60% de acert nas previsões de mais de 60 hras integraçã.

13 Figura 04 - Resultad final: percentual de acerts d ttal de fcs assciad às classes de risc de fg REVISTO p/ 3 DIA, cmparativ entre as duas versões: fc persistid (MET 2) e métd sem fcs (MET 1). Fnte: INE/DSA CONCLUSÃO A avaliaçã anual d prcentagem de acerts d risc de fg, previst para 3 dias pel mdel ETA, nas classes ALTA a CRÍTICA e MEDIA a CRÍTICA, em cmparaçã cm s fcs detectads pel Naa 12-21UTC apresentu resultads bastante satisfatóris, cujs índices de acerts superaram respectivamente em mais de 85 % e 95% cnsiderand as duas metdlgias de cálcul. Fi bservad que ns períds de baixa crrências de queimadas nv métd superu em 30 pnts percentuais mesm índice de acerts na classe MEDIA a CRÍTICO d métd anterir, para um dia de previsã. Tdavia a inclusã ds fcs na determinaçã d RF, nã cntribuiu para a melhria das previsões d RF d segund e terceir dias. rém s índices de acerts mantiveram mesm patamar, prém cm grau de crrência menr, iss e', menr amplitude tempral.

14 As avaliações pderiam ser reginalizadas, mstrand as regiões de melhr desempenh d mdel. Os resultads demnstram, especialmente para a classe ALTA e CRÏTICA d primeir dia de previsã, que "fcs fictícis" pderiam ser estimads para serem assimilads pels mdels de dispersã de pluentes. AGRADECIMENTOS Os autres desejam expressar apreç às diversas pessas e Instituições úblicas que clabraram u financiaram diretamente à execuçã destes trabalhs, em especial INE, IBAMA/NUD pel api técnic e financeir e às equipes d DSA, d CTEC (Clima, Srs. Lincln M. Alves e Christpher A. C. Castr e na Metp, Adma e Rzante e à Dra. Sin Chan Chu) pel frneciment ds dads numérics d mdel ETA e pels esclareciments diverss. REFERÊNCIAS Black, T.L. The new NMC mesescale Eta mdel: Descriptin and frecast examples. Wea and Frecasting,9, Chu, S. C., Nunes, A M. B., Cavalcanti, I. F. A. Extended range frecasts ver Suth America using the reginal Eta Mdel. In: Cngress Brasileir de Meterlgia, 10, 1998, Ri de Janeir, RJ, Anais... Ri de Janeir: Sciedade Brasileira de Meterlgia, Janjic, Z. I., 1994: The step-muntain crdinate: Further develpments f the cnvectin, viscus sublayer, and turbulence clsure schemes. Mnthly Weather Review, 122, almeira, R., M., J., Tanajura, C.A S, Cárdenas, J.W. Validaçã d mdel Eta na previsã de temp sbre sudeste durante verã de 2001/2002. In: Cngress Brasileir de Meterlgia, 12, 2002, Fz d Iguaçu, R, Anais... Fz d Iguaçu: Sciedade Brasileira de Meterlgia, Rzante, J.R., Chu, S.C. Avaliaçã das previsões d mdel eta de alta resluçã rdad em uma platafrma de trabalh (WrkStatin).. In: Cngress Brasileir de Meterlgia, 12, 2002, Fz d Iguaçu, R, Anais... Fz d Iguaçu: Sciedade Brasileira de Meterlgia, Seluchi M., Garreaud, R.D. revisã da cnvecçã sbre Altiplan Sul American utilizand mdel reginal Eta/CTEC. In: Cngress Brasileir de Meterlgia, 12, 2002, Fz d Iguaçu, R, Anais... Fz d Iguaçu: Sciedade Brasileira de Meterlgia, Setzer*, Albert W. (esquisadr INE). Cmunicaçã essal. (25 set. 2002). Sismanglu, R.A. e Setzer, A.W. Risc de Fg para a vegetaçã da América d Sul: Cmparaçã de duas versões para In: Cngress Brasileir de Meterlgia, 13, 2004, Frtaleza, CE, Anais. Frtaleza: Sciedade Brasileira de Meterlgia, 2004.(Submetid).

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