sábado, 13 de junio de 2015

Alien vs. Predator y los fuegos de copa

Los modelos de predicción teóricos (físicos, biológicos) para mí son auténticos "Aliens". Como diría Sheldom Cooper, "porque eres ingeniero y no te enteras de nada". Si un extraterrestre viniera a tomar una caña conmigo pillaría al menos sus intenciones. Con lo modelos físicos, los que no llegamos al nivel teórico necesario para entenderlos, simplemente los asumimos como una cuestión de fe que roza lo paranormal: "ellos están ahí fuera e Iker Jiménez (o Eduard Punset) nos pone al día". Por otro lado los modelos empíricos yo los llamo "Predators" puesto que son básicos, fáciles de entender y devoran el proceso. Eso sí, no pidáis que os ofrezca mucha información de los "por qués" de su naturaleza ¿por qué el escorpión mata a la rana al cruzar el río? ¿Le preguntarías a un tipo tan simpático como Predator por qué diantres quiere matar al entrañable Alien cuya único objetivo es poner la semilla del conocimiento en el estómago humano?

Fuente

Tanto "Alien" como "Predator" tienen ventajas e inconvenientes. La principal crítica que se hace siempre a los "Predators" por parte de los modelizadores teóricos alienígenas es que los modelos empíricos son ecuaciones sólo aplicables al rango de datos para los que has sido generados, esto es, las predicciones ofrecen gran incertidumbre si se usan datos fuera de dicho rango o en diferentes ecosistemas de los que fueron ajustados estadísticamente. Por contra, la crítica fundamental de los modelos de base física o biológica (también denominados mecanicistas o de procesos) es su dificultad de aplicación, e incluso de validación, puesto que usan gran cantidad de variables que intervienen en el modelo, muchas de ellas difíciles de medir. Por tanto la gran ventaja de los modelos teóricos es su generalidad de aplicación a un rango amplio de situaciones y la de los modelos empíricos su facilidad de manejo al tener que usar pocas variables fáciles de obtener. Por esta razón es frecuente en muchas ramas de las ciencia usar modelos semiempíricos o también denominados modelos híbridos, esto es, modelos de base teórica simplificados para poder ser usados de forma operativa mediante el uso de ajustes experimentales de alguna de las variables o realizando una serie de asunciones como valores constantes
 Modelo híbrido fifty-fifty Fuente
Las dificultades para obtener datos fiables en incendios reales sobre el comportamiento del fuego de copas generó una evidente necesidad de experimentación. Mientras que en Estados Unidos hubo a partir de los años 1970s una tendencia a la elaboración de modelos de base física completados y/o validados con experimentación (modelos híbridos), el enfoque tradicional del sistema canadiense y australiano fue usar variables conocidas que se sabían intervenían en el comportamiento del fuego para elaborar modelos estadísticos de predicción de fácil manejo ("predators").  Los investigadores Miguel Cruz, Martin Alexander y Ronald Wakimoto propusieron un modelo estadístico en 2004 basado en datos de comportamiento del fuego obtenidos en experimentos donde se simularon fuegos de copa. El modelo predice la subida del fuego a las copas de los árboles mediante una ecuación logística ajustada estadísticamente ¿mejora este modelo las predicciones de la sinfonía de Van Wagner? ¿Es una nueva sinfonía estadística que supera o completa al híbrido físico-empírico?

Vista del diseño experimental del ICFME Fuente


Parcela experimental del ICFME Fuente

Como no quiero agobiar con más ecuaciones simplemente comentaros que el modelo logístico es una ecuación que clasifica los datos predichos en dos categorías, Sí o No, esto es, SÍ hay subida de fuego a copas o NO hay subida de fuego a las copas (podéis consultar más detalles sobre el modelo logístico en un clásico de Fuegolab "Mi modelo, mi tesoro"). Miguel Cruz y colaboradores propusieron que dicha subida a las copas se podía predecir utilizando las siguientes variables de fácil (o al menos posible) obtención:

  • La discontinuidad vertical del combustible (Fuel Strata Gap FSG)
  • El combustible consumido en superficie (Surface Fuel Consumption SFC)
  • La humedad de los combustibles muertos y finos de superficie (Estimated Fine Fuel Moisture EFFM)
  • La velocidad del viento a 10 m de altura (Wind Speed U10)
Vemos que en el fondo usa ideas similares a Van Wagner, ya que SFC, EFFM y U10 informan sobre la intensidad del fuego de superficie y su capacidad para inflamar las copas (concepto de intensidad crítica). Mantiene el concepto de CBH (altura de las copas) pero la sustituye por un término más realista: FSG como medida de la discontinuidad entre el estrato de combustible y las copas.


¿Qué ocurre con la humedad de las hojas de los árboles? ¡Para este "Predator" la humedad de las copas no importa! Recordemos que en el modelo de Van Wagner era una variable fundamental en cambio en el modelo estadístico no aparece ¿quiere decir esto que no interviene? ¿os simplemente su importancia es pequeña y por tanto no interviene significativamente en el modelo? Vemos aquí las ventajas e inconvenientes de un modelo "Alien vs. Predator": uno explica los "por qués" y llega hasta las entrañas del problema y otro devora el problema pero ofrece un resultado eficaz. Pero ¿es siempre eficaz cuando lo aplicamos a datos externos?

En el proyecto INFOCOPAS simulamos la subida del fuego a las copas de los árboles en el túnel de combustión del INIA y validamos el modelo "Híbrido" de van Wagner y el modelo "Predator" de Cruz, Alexander y Wakimoto. Los resultados mostraron que el modelo "Predator" devoraba mucho mejor los datos que las entrañas híbridas del modelo basado en la física de la combustión. Además las predicciones del modelo de Van Wagner mejoraban mucho si sustituíamos CBH por FSG, tal como proponía Cruz y colaboradores, siendo por tanto una variable más apropiada para predecir la subida del fuego a las copas y destacando de nuevo la necesidad de una adecuada caracterización de los modelos de combustible de superficie, ya sea estructuralmente (altura, cobertura) como físicamente (biomasa, clases de tamaño y humedad del combustible). Como dijimos en entradas anteriores, nuevas herramientas como el LiDAR o el análisis de imágenes de satélite se antojan imprescindibles para extrapolar estas predicciones a escala de paisaje.



Las predicciones de subida y propagación del fuego de copas ayudan a dimensionar las áreas preventivas de defensa (cortafuegos), a planificar la seguridad del personal en las operaciones de extinción e incluso a predecir la vulnerabilidad y por tanto la capacidad de regeneración de una masa en caso de incendio. El modelo de Cruz, Alexander y Wakimoto está implementado en el programa CFIS (Crown Fire Initiation and Spread Software) de libre acceso. Animo desde aquí a todos los gestores a usarlo puesto que, a pesar de haber sido desarrollado en otros ecosistemas, en nuestra opinión presenta mejores predicciones que el modelo de Van Wagner y además no depende de la humedad de las copas, variable generalmente no disponible por los gestores. Como estamos en un momento de cambio (climático, socioeconómico) la tendencia actual es desarrollar los modelos físicos para hacerlos operativos. Es el caso del modelo HIGRAD/FIRETEC que es capaz de simular en 3D un fuego forestal teniendo en cuenta todos los complejos procesos físicos de interacción de fluidos, energía y gases. Los investigadores se esfuerzan por "domesticar" al "Alien". Llegados a este punto ¿sois Alien o Predator? ¿o preferís ser Híbrido? Yo os doy la información, la decisión es sólo vuestra.

Para ampliar:

Óscar García (2007). Dimensionalidad en los modelos de crecimiento. Cuadernos de la SECF 23:19-25 (disponible on-line)

Combustibles forestales, Modelos, Simuladores de incendios...y Groucho Marx. Fuegolab 5 marzo


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