Pesquisadores simulam como incêndios florestais se espalham por comunidades

A Califórnia já registrou mais de 6.000 incêndios florestais neste ano, ressaltando a necessidade de melhores estratégias de mitigação para reduzir seu impacto devastador. Agora, pesquisadores criaram um modelo que pode lançar luz sobre como esses incêndios se espalham por comunidades na interface urbano-selvagem (WUI), permitindo-nos avaliar melhor os riscos de incêndios florestais e tomar medidas para construir comunidades mais resilientes.

Em um estudo publicado recentemente no Anais do Instituto de Combustãouma equipe de pesquisadores liderada por Michael Gollner, professor de engenharia mecânica, demonstrou como esse novo modelo simula incêndios florestais à medida que eles se propagam pelas comunidades.

Ao reconstruir dois grandes incêndios florestais anteriores, eles conseguiram extrair dados que descrevem o comportamento do fogo, obtendo insights sobre como brasas, chamas de incêndios florestais e estruturas urbanas contribuem juntas para a propagação e destruição do fogo.

“Com este modelo, não estamos apenas reconstruindo um incêndio; estamos aprendendo mais sobre o processo pelo qual o fogo destruiu essas comunidades”, disse Gollner. “Também podemos usar o modelo para ver quais estratégias de mitigação podem ser eficazes para proteger comunidades no futuro.”

Uma visão holística da interação entre incêndios florestais e paisagens urbanas

O modelo 2D dos pesquisadores é o primeiro do gênero a integrar completamente os processos de propagação de incêndios urbanos e florestais. Ao visualizar a interação tipo amarelinha entre incêndios florestais e paisagens urbanas, ele captura a dinâmica complexa dos incêndios WUI e oferece insights sobre os mecanismos primários de propagação de incêndios.

Ao desenvolver seu modelo, os pesquisadores se propuseram a preencher uma grande lacuna nas ferramentas de modelagem atuais usadas para avaliar o risco. “Toda comunidade e toda estrutura são literalmente rotuladas como não inflamáveis ​​nos modelos de incêndio florestal de hoje. E foi isso que buscamos mudar”, disse Gollner. “Para obter uma avaliação de risco mais precisa, precisávamos introduzir dados para quantificar o risco de incêndio florestal para as estruturas.”

Esses dados incluem atributos estruturais, como materiais de construção e vegetação ao redor, bem como a intensidade do fogo de chamas que se aproximam. Enquanto atributos estruturais determinam a suscetibilidade, a intensidade do fogo e as brasas representam a exposição ao fogo e, juntos, sua capacidade de inflamar estruturas. “Integrar esses fatores permite estimar danos estruturais, considerando tanto a variabilidade nos atributos quanto a força das chamas que se aproximam”, disse Gollner.

Além disso, os pesquisadores projetaram seu modelo para abordar de forma abrangente os três principais caminhos para que os incêndios da WUI se espalhem para a comunidade: contato direto com a chama, quando as estruturas se inflamam por meio do contato direto com as chamas de um incêndio florestal que se aproxima; radiação, o calor intenso emitido pelas chamas que aumenta a temperatura de materiais combustíveis sobre ou dentro de uma estrutura; e ignição por faísca, quando a vegetação inflamável ou materiais estruturais se quebram e viajam à frente do fogo que avança, como visto com brasas.

Eles então integraram perfeitamente seu modelo WUI com o ELMFIRE, uma ferramenta existente que simula a propagação de incêndios florestais e é usada por empresas de energia e condados em todo o estado para avaliação de risco. Essa integração tornou possível modelar o processo de propagação de incêndios florestais para as comunidades urbanas.

Aprendendo com incêndios florestais passados

Para testar seu modelo, os pesquisadores simularam os incêndios Tubbs e Thomas, dois incêndios históricos e devastadores da WUI. No incêndio Tubbs, que ocorreu no norte da Califórnia em outubro de 2017, 22 pessoas perderam suas vidas, 36.810 acres foram queimados e mais de 5.643 estruturas e 5% do estoque habitacional da cidade de Santa Rosa foram destruídos. O incêndio Thomas ocorreu no sul da Califórnia em dezembro de 2017, queimando 281.893 acres e destruindo 1.063 estruturas antes de ser completamente contido.

Mesmo considerando um certo nível de incerteza embutida, as previsões do modelo alcançaram uma precisão superior a 85% para perímetros de incêndio e cerca de 70% para casas danificadas, com mais de 30% das casas incendiadas por tições.

A precisão do modelo foi avaliada usando dados de observação em perímetros de incêndio da Geospatial Multi-Agency Coordination (GeoMAC). Para danos e perdas estruturais, os pesquisadores usaram dados de inspeção do programa CAL FIRE Wildfire Damage Inspection (DINS), que armazena registros de dezenas de milhares de casas destruídas ao longo dos anos por incêndios florestais.

Além de validar o papel que as estruturas urbanas desempenham na propagação de incêndios, os resultados do modelo forneceram novos insights sobre como o fogo se comporta nesses ambientes.

“O fogo se espalha mais lentamente na comunidade do que pela floresta e pelas árvores, mas também é muito destrutivo. O comportamento é diferente”, disse Gollner. “A maneira como uma casa queima é diferente, e ao incluir esses dados em nosso modelo, agora vemos a influência de cada processo — das casas queimando, de sua disposição lado a lado, do clima — e como todos esses processos e fatores atuam juntos.”

Novas ferramentas para comunidades e indústria

Por meio deste trabalho, o autor principal Dwi MJ Purnomo, um acadêmico de pós-doutorado no Departamento de Engenharia Mecânica, visa ajudar comunidades em toda a Califórnia a tomar medidas proativas para melhorar sua resiliência. Ele prevê que os proprietários de imóveis usem esta nova ferramenta para entender melhor seus riscos individuais e coletivos, trabalhando então com seus vizinhos para tornar toda a comunidade mais resiliente. Isso inclui tomar medidas para proteger a estrutura de uma casa, ou endurecê-la, mudando os materiais, as aberturas, o telhado e o espaço defensável ao redor dela.

“Porque temos um modelo, podemos testar milhões de cenários, fazer alterações nos dados e testá-los novamente para ver o que acontece”, disse Purnomo. “Idealmente, as comunidades podem usar essas informações para elaborar práticas eficazes de gerenciamento de paisagens e obter mitigação antes do próximo incêndio.”

O modelo também continua útil para investigar incêndios que já aconteceram. Reconstruir esses incêndios pode nos ajudar a aprender o que deu certo, o que deu errado e como podemos evitar essa destruição no futuro.

Aumento da precisão e facilidade de uso

Seguindo em frente, os pesquisadores estão buscando maneiras de “democratizar” seu modelo. Atualmente, eles têm os dados necessários para apenas algumas áreas na Califórnia. O plano deles é coletar e carregar dados relevantes para todo o estado.

“Nosso próximo passo é liberar os pipelines de dados para que qualquer pessoa, em qualquer comunidade, possa executar esses modelos para avaliar os riscos”, disse Gollner.

A ferramenta, que é de código aberto e está disponível online, ainda pode ser um pouco complicada de usar para não especialistas. Com o tempo, os pesquisadores esperam simplificar alguns aspectos e tornar o modelo mais fácil de operar, para que engenheiros praticantes ou planejadores de paisagens possam usá-lo pronto para uso.

Embora sempre haja incêndios florestais, esse modelo pode potencialmente nos ajudar a reduzir o ciclo de devastação. “Imagine se pudéssemos tornar nossas comunidades mais resilientes e adaptáveis ​​ao fogo, de modo que, quando um incêndio acontecesse, fosse um evento de um dia e nenhuma casa queimasse”, disse Gollner. “Espero que agora estejamos um passo mais perto de tornar esse cenário uma realidade.”