Llamado a tesistas Proyecto FONDEF: Diseño de paisajes resistentes a incendios forestales integrando modelos de simulación, optimización e inteligencia artificial

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En marco del proyecto FONDEF ID20i10137, se realiza el llamado para estudiantes que estén iniciando su proceso de tesis, que se interesen por alguno de los siguientes temas:

1. Propuesta de una metodología para predicción dinámica de igniciones usando información de sensores remotos como fuente de información primaria

Prof. guía: Horacio Gilabert (PUC) / Co-guía: Alejandro Miranda (U. Chile).

La predicción de ocurrencia de incendios forestales requiere de una herramienta que permita estimar la probabilidad o la susceptibilidad de que en un área determinada se produzca una ignición que se convierte posteriormente en un incendio, esta herramienta estadístico-matemática se llama modelo de ignición. Estos modelos tienen como variable resultado una estimación de la probabilidad o un índice de susceptibilidad que cuantifica cuán probable o posible es que en esa área ocurra una ignición como una función de una serie de predictores que expresan condiciones estáticas y dinámicas que favorecen o desfavorecen una ignición, topografía, condiciones meteorológicas y de clima, carga de biomasa, uso del suelo, actividad humana, etc. La tesis debe evaluar la capacidad predictiva que tiene la información que proveen los satélites para un modelo de ignición dinámico, es decir que considera que la probabilidad o susceptibilidad cambia en el tiempo.

Posibles candidatos/as:Estudiantes de Ingeniería Forestal o Ciencias Ambientales. Con habilidades en procesamiento de información de sensores remotos y manejo de bases de datos mediante el uso de software de S.I.G.

2. Implementación de un modelo de iniciación y propagación de incendios de copas

Prof. guía: Jaime Carrasco (U. Chile) / Co-guía:Andrés Weintraub (U. Chile), Miguel Castillo (U. Chile).

Se entiende por incendios de copa cuando el fuego sube a la copa de los árboles, que lleva a una expansión de incendios mucho más intensa. La modelización de estos se basa en el tratamiento de dos cuestiones básicas: el análisis de las condiciones que favorecen la transición de un fuego de superficie a la vegetación aérea; y el estudio de las variables que determinan su comportamiento (si es fuego activo o pasivo de copas). Los primeros estudios de este fenómeno fueron realizados en Estados Unidos y Canadá.Mediante el análisis de las principales variables que condicionan la evolución de un incendio de superficie a uno de copa (humedad del combustible foliado, continuidad vertical, velocidad del viento, intensidad lineal del frente, etc), se encontraron los límites de dicha transición. El estudio semiempírico de Van Wagner (1977) fue uno de los más relevantes de la época, y sigue vigente en la actualidad. Otros modelos de relevancia son: McArthur (1967) en Australia y Rothermel (1991) en Estados Unidos.El sistema chileno de comportamiento del fuego KITRAL, ha desarrollado e implementado modelos de comportamiento del fuego de superficie obteniendo excelentes resultados comparado con la evidencia empírica. Sin embargo, no se ha desarrollado (a la fecha) su extensión natural al comportamiento de fuego de copas, aspecto clave de los incendios de gran tamaño y de alta liberación de energía.La tesis tiene como objetivo analizar, evaluar e implementar un modelo de copas con base en el sistema KITRAL, para ser posteriormente implementados (algunos de ellos) en un simulador de incendios forestales llamado Cell2Fire, desarrollado y administrado por nuestro equipo.

Posibles candidatos/as:Estudiantes de Ingeniería Civil Industrial, Ingeniería Civil Matemática, Ingeniería Forestal o Ciencias Ambientales. Con habilidades en programación y S.I.G.

3. Simulación de incendios forestales utilizando datos dinámicos de los combustibles, obtenidos de sensores remotos, mediante modelos de optimización e inteligencia artificial

Prof. guía:Alejandro Miranda (U. Chile) / Co-guía:Jaime Carrasco (U. Chile), Andrés Weintraub (U. Chile).

La simulación de incendios tiene una restricción fundamental que es la utilización de una capa de coberturas del suelo o combustibles que es estática y que no necesariamente considera el estado actual de la vegetación. Esto hace imposible la planificación a corto plazo de las medidas de manejo a escala de paisaje para disminuir el daño de los incendios de manera eficiente. Los sensores remotos permitirían evaluar la propagación de los incendios utilizando fuentes de datos dinámicos para la planificación estratégica de recursos en el ataque y la planificación anual de cortafuegos u otras medidas de manejo y prevención. La hipótesis es que mediante la utilización de datos de sensores remotos se pueden ajustar los parámetros de comportamiento del fuego utilizados para la simulación, mediante la evaluación histórica de su comportamiento. Para esto se utilizarán modelos de optimización black box e inteligencia artificial que ajuste los parámetros de propagación en diferentes paisajes de Chile central y centro sur.

Posibles candidatos/as:Estudiantes de Ingeniería Civil Industrial, Ingeniería Civil Matemática o post grados en las mismas. Con habilidades en programación y S.I.G.

4. Implementación de un modelo de spotting para la modelación de focos secundarios

Prof. guía: Jaime Carrasco (U. Chile) / Co-guía: Andrés Weintraub (U. Chile), Alejandro Miranda (U. Chile), Cristóbal Pais (U. Berkeley).

La aparición de focos secundarios (o spotting) es un fenómeno que se asocia a los incendios de gran tamaño y alta severidad. Representa una amenaza para las zonas urbanas próximas al incendio, afecta la eficacia de las brigadas de bomberos, así como las medidas de protección preventivas (cortafuegos, etc). A pesar de la complejidad y aleatoriedad inherentes a los focos secundarios, la predicción de los condicionantes que favorecen su formación y la determinación de su lugar geométrico (dirección y distancia) más probable son una buena ayuda en la tarea de minimizar sus efectos. Existen diferentes enfoques que han modelado este fenómeno con escasa validación empírica: en USA (Albini, 1979, 1981, 1983; Woycheese et al, 1999, etc), en Australia (McArthur, 1967, Elis 1997, etc), Francia (Colin, 2000) son algunos ejemplos. La tesis tiene como objetivo revisar el estado del arte de los diferentes enfoques de modelación (inputs, outputs, limitaciones), para ser posteriormente desarrollar uno en un simulador de incendios forestales llamado Cell2Fire, desarrollado y administrado por nuestro equipo.

Posibles candidatos/as:Estudiantes de Ingeniería Civil Industrial, Ingeniería Civil Matemática, Ingeniería Forestal o Ciencias Ambientales. Con habilidades en programación y S.I.G.

5. Evaluación de la susceptibilidad a incendios forestales mediante la integración de atributos de estructura y composición del paisaje, carga de combustible y topografía bajo diferentes condiciones atmosféricas.

Prof. guía:Alejandro Miranda (U. Chile) / Co-guía: Horacio Gilabert (PUC), Jaime Carrasco (U. Chile), Andrés Weintraub (U. Chile).

Una pregunta abierta en términos de planificación territorial es: ¿cómo diseñar paisajes resistentes a incendios forestales? Para entender inicialmente los paisajes resistentes a incendios se puede recurrir a la historia de incendios para explorar cuál es la composición y estructura espacial de los paisajes que han sufrido incendios y por otro lado, como son los paisajes que dado las mismas condiciones de riesgo de ignición, condiciones atmosféricas y topografía que han tenido un menor daño. De esta manera se puede dilucidar de forma inicial que características tienen los paisajes resistentes. Para ello utilizaremos datos históricos de cicatrices de incendios, las coberturas del suelo, atributos del paisaje y condiciones atmosférica que puedan determinar una mayor susceptibilidad ante incendios forestales y aquellas condiciones que por el contrario han permitido tener un paisaje resistente a estos eventos.

Posibles candidatos/as: Estudiantes de Ingeniería Forestal o Ciencias Ambientales. Con habilidades en procesamiento de información de sensores remotos,manejo de bases de datos mediante el uso de software de S.I.G.y análisis espacial.

6. Desarrollo de campo meteorológico para simulación de incendios

Prof. guía: René Garreaud (U. Chile) / Co-guía:Andrés Weintraub (U. Chile).

En el mundo real la propagación de incendios forestales depende de complejos procesos de microescala que determinan la intensidad y propagación de las lenguas de fuego. Estos procesos son parcialmente controlados por factores de mayor escala incluyendo la distribución del combustible sobre el terreno, las características geográficas de este y las condiciones meteorológicas imperantes, cuyo conocimiento permite la simulación numérica de los incendios forestales. La distribución de combustible y geografía pueden considerarse condiciones de borde invariantes en el tiempo y pueden obtenerse de bases de datos geoespaciales. En contraste, las condiciones meteorológicas varían en el tiempo (horas a días) y el espacio (cientos de metros a decenas de kilómetros) durante eventos de incendios forestales. Adicionalmente, las observaciones meteorológicas son realizadas de manera puntual (estaciones) usualmente separadas por decenas (o más) kilómetros. En un dominio espacial de 200×200 km2 podrían existir menos de 5 estaciones con los datos relevantes: temperatura del aire (Ta), humedad relativa (HR) junto a la dirección y magnitud del viento (dd y ff, respectivamente). En consecuencia, los datos atmosféricos observados deben ser extrapolados para generar campos meteorológicos con una resolución horizontal suficiente (30-100 m) cubriendo la totalidad del dominio espacial previo a su empleo en la simulación de incendios forestales. Esta extrapolación no es un ejercicio puramente matemático, sino que debe considerar elementos físicos que la hacen plausible. Por ejemplo, la temperatura está altamente controlada por la elevación del terreno siguiendo gradientes verticales dependiendo de la hora del día y condiciones de humedad. La extrapolación del viento es particularmente sobre terreno complejo y debe respetar el principio de continuidad de masa. De manera similar, las observaciones meteorológicas suelen estar disponibles cada 3 o 6 horas debiendo ser llevadas a una tasa horaria, aunque este proceso es más simple pues se trata de una interpolación temporal (en contraste a una extrapolación espacial bidimensional). Existe una gran variedad de técnicas de extrapolación en meteorología, desde aproximaciones empíricas simples hasta el uso de modelos numéricos. Aunque las técnicas más complejas suelen resultar en una extrapolación de mayor fidelidad, son las que requieren mayor cantidad de datos de entrada y poder de cálculo. En esta tesis se evaluará qué técnica de extrapolación produce al “menor costo” el mejor resultado en términos de una adecuada simulación de incendios forestales en la zona centro sur de nuestro país.

Posibles candidatos/as: Estudiantes de Magíster en Meteorología y Clima (MMC), Ingeniería Civil Industrial o Ingeniería Civil Matemática. Con alto interés en modelación numérica, capacidad de trabajo independiente, habilidad de computación científica.

Duración tesis: 6 a 9 meses. Apoyo económico al término de tesis: $1.200.000

Interesados/as enviar correo a galfarorojas@gmail.com