Experimental setup

El comportamiento de los quiebres detectados y sus métricas desplegadas respecto a los contextos espacio temporal de los territorios estudiados, nos permiten evaluar la influencia de las dinámicas climáticas, las características del paisaje, el uso del suelo y en cierta medida, la influencia de políticas y estrategias de control implementadas en los dos ecosistemas mediterráneos abordados en esta investigación. En este sentido, los resultados dan cuenta que en promedio las latitudes más altas, Norte de España y Sur de Chile, están ligadas a caídas en la productividad de mayor MQ y pendientes de recuperación elevadas, a diferencias de las restantes zonas del mediterráneo. Esto puede estar estrechamente relacionado, con la mayor biomasa presente en estos territorios previo a los incendios (expresado en los mayores valores promedio de VB con 0,57 para el Sur de Chile y 0.58 en el caso del Norte de España), y que, en contexto de cambio climático, sequías prolongadas y aumento en las temperaturas en periodos estivales, aumenta la propagación de los incendios en superficies de combustible continuo (Badia et al., 2019; Dacre et al., 2018; De la Barrera et al., 2018; Sabadin et al., 2015; Urbieta, Franquesa, Viedma, y Moreno, 2019).

En términos temporales, la situación expresa una concentración de eventos de incendios para el año 2012 en las tres zonas del mediterráneo español, con una baja ocurrencia en el resto de la temporalidad (Figura 7). Mientras en Chile, la distribución temporal ofrece una mayor variabilidad en la ocurrencia, con un aumento sostenido en el número de incendios. La baja presencia de incendios en España puede estar asociada a las estrategias de control implementadas después de los grandes eventos en la década de 1980, donde se establecieron mejoras en la gestión de incendios considerando tanto la prevención como la extinción de incendios (Turco, Llasat, von Hardenberg, y Provenzale, 2014; Urbieta, Franquesa, Viedma, y Moreno, 2019). La respuesta observada para el caso chileno responde a un aumento de la ocurrencia de incendios forestales en los últimos años en el centro-sur de Chile, siendo las temporadas 2013-2014 y 2014-2015 particularmente excepcionales en términos de área quemada (M.E. González et al., 2020; Úbeda y Sarricolea, 2016). Durante

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estos periodos se vieron afectadas 106.000 y 129.000 hectáreas, respectivamente. Aunque, los catastróficos incendios de la temporada 2016-2017 rompieron todos los registros previos con más de medio millón de hectáreas quemadas (M.E. González et al., 2020).

En términos comparativos, el comportamiento promedio para las zonas Norte y Centro del mediterráneo en el territorio chileno, presenta valores de recuperación (pNDVI) estadísticamente similares, lo que se explica principalmente por las características equivalentes en términos de la vegetación dominante y los patrones del uso de suelo. De igual manera, se observa una relación estadísticamente significativa entre el Norte de Chile y el Centro del mediterráneo español para las variables pNDVI y MQ, probablemente está relación puede responder a condiciones climáticas similares y patrones de uso de suelo que definen regímenes de incendio cercanos estadísticamente. En base a la variable pNDVI, la zona del mediterráneo del Centro de España converge estadísticamente con todas las zonas de chile. Esto puede estar asociado a unas características similares respecto al manejo del territorio, donde la zona centro de Cataluña es un territorio con características áridas, por lo que los patrones en el comportamiento de los incendios se asemejan a la condición chilena. Estas comparaciones resultan de difícil interpretación, ya que existe una amplia diversidad de factores que eventualmente pueden estar modelando este comportamiento (Hernández, Miranda, Arellano, y Dobbs, 2016). Además, estas aseveraciones no han sido estudiadas en términos específicos, a partir de las métricas expuestas en esta investigación.

4. Clasificación de anomalías asociadas a Incendios forestales

La agrupación de las variables MQ y pNDVI que describen a las rupturas de las tendencias de productividad primaria en bosques, entrega tres clases que permiten caracterizar los regímenes del fuego en los territorios estudiados.

Los grupos estadísticamente diferenciados presentan patrones particulares para los dos países en estudio, expresados en términos espaciales como se representa en la figura 10. El ejemplo expuesto en este resultado muestra, para el caso de España, un evento de incendio de alto impacto que afecta principalmente a bosques frondosos, clasificado mayormente en el grupo 3 (altas magnitudes y pendientes) y uno de los más importantes ocurridos en la última década. En chile por su parte, el ejemplo expuesto representa al área de uno de los focos en los mega incendios del 2017, afectando predominantemente a bosques de Nothofagus, configurados en parches insertos en una matriz rural-forestal, dando cuenta de cómo los regímenes de incendio son influenciados por las características del paisaje. Este indicador de clasificación de magnitudes y pendientes, concuerda con el

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comportamiento del índice de severidad para el mismo evento de incendio expuesto por De la Barrera (2018).

Diversas proyecciones del cambio en los regímenes de incendios forestales sugieren respuestas divergentes en los ecosistemas mediterráneos a nivel global, sin embargo, es posible establecer que incluso un escenario más cálido y húmedos puede conducir a un aumento de la actividad del fuego por la emergencia de mayor de biomasa inflamable (Van Der Werf et al., 2008; Batllori, Parisien, Krawchuk, y Moritz, 2013). Las condiciones climáticas adversas, son un elemento clave para determinar los regímenes actuales y futuros de incendios en las zonas mediterráneas. En los biomas mediterráneos abordados en esta investigación, se proyectan tendencias positivas en el número y extensión de incendios forestales para escenarios climáticos como los planteados (Batllori, Parisien, Krawchuk, y Moritz, 2013), en otros términos, podemos interpretar que los cambios abruptos en las tendencias de NDVI podrían presentar un aumento en el número de detecciones y en las MQ de las anomalías. Sin embargo, como se observa en los resultados y en diversas investigaciones (Urbieta et al.,2019), en los últimos cuarenta años, la tendencia en el número de incendios en el territorio español va a la baja, lo que indica que las mejoras en la gestión y manejo de incendios han compensado con creces la tendencia climática, evidenciando como el clima y la gestión de incendios ejercen influencias opuestas en el régimen de incendios al favorecer o restringir la presencia de grandes incendios, pudiendo contrarrestar los efectos del cambio climático a mediano plazo (20 años) Para condiciones futuras, mantener las acciones de manejo sin cambios no será capaz de equilibrar las tendencias climáticas y se espera que el número y agresividad de eventos aumente en ausencia de mejoras adicionales en los sistemas de extinción y manejo de incendios (Turco, Llasat, von Hardenberg, y Provenzale, 2014; Batllori et al., 2013).

El ecosistema mediterráneo de Chile Central expresa una tensión crítica en la relación entre el cambio climático y los incendios forestales, trayendo la probabilidad en el futuro que se produzcan incendios más grandes en el centro sur de Chile debido a la combinación entre condiciones cálidas y secas en paisajes dominados por plantaciones forestales exóticas, ricas en combustible. Las diferencias en los regímenes de estos dos ecosistemas comparados, no solo se explican por las características climáticas y de ocupación del suelo, sino que también por cuestiones asociadas a la gestión estatal forestal del territorio y el manejo integral de incendios (Pedraza 2017). Comparando la legislación y la prevención de incendios forestales de Chile y España, nos encontramos que el país europeo cuenta con legislaciones sobre incendios forestales y prevención más amplia, donde la gestión se encuentra mayormente integrada (Badia et al.,2019). En España llega al nivel de las comunidades autónoma y con

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una institución más robusta a cargo del Ministerio de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente, mientras Chile no cuenta con instrumentos locales para una prevención adecuada, ni con la institucionalidad legal apropiada para la gestión a nivel comunal, estando concentradas tanto las acciones preventivas como de combate en la Corporación Nacional Forestal (P. González, 2017; Brotons et al., 2013). A pesar de lo anterior, se ha reconocido que en España y otros países de la cuenca mediterránea, las políticas de gestión de incendios se basan básicamente en la extinción de incendios y no abordan suficientemente los problemas socioeconómicos y de gestión de los paisajes asociados a los fenómenos de incendios forestales (Duane, 2018). Esta situación en Chile es aún más crítica, donde tras los eventos extremos del 2017, se generaron diversas propuestas para el territorio chileno teniendo como punto relevante una planificación con un enfoque hacía una mayor regulación de las plantaciones de las zonas de interfaz urbano-forestal para la prevención de incendios ante la ocurrencia de eventos climáticos extremos, proteger las cuencas abastecedoras de agua y establecer un sistema transparente de advertencia de incendios forestales basado en la vegetación chilena y los datos de incendios forestales chilenos (De la Barrera et al., 2018; Arellano, Morales, Gilabert, Gaxiola, y Miranda, 2018).

5. Relación entre anomalías, zonas y tipos de bosque

Los modelos predictivos presentan un alto rendimiento ajustado y sus resultados permiten comprender como el conjunto de variables asociadas a las anomalías en las series temporales de NDVI, relacionan y determinan en menor o mayor medida sus comportamientos. La interpretación de los modelos puede ser compleja, sin embargo, el objetivo en el marco de la presente investigación es identificar la importancia de las variables que definen la predicción para tres variables claves de la detección de rupturas.

En primer lugar, en términos genéricos los resultados evidencian que tanto la MQ como la posterior pNDVI no están mayormente explicados por el bosque que lo caracteriza o sus contextos espaciales. En lo particular la predicción de las MQ, expresada en el modelo A, está modelada principalmente por el valor base de NDVI desde la cual se produce el quiebre en la tendencia. Los niveles de valor base pueden estar asociado al contenido de combustible desde el cual se produce el cambio abrupto, por lo tanto, mayores productividades conllevan un mayor grado de afectación por los incendios. Además, el modelo confirma la importancia de las variables climáticas, donde el resultado sugiere que las temperaturas mínimas y máximas, junto a la precipitación acumulada asociadas temporal y espacialmente a los quiebres abruptos juegan un rol relevante en la intensidad del incendio (Burkle, Myers, Belote, y Peters, 2015). Esto se explica por lo comentado anteriormente, el cambio climático está

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conduciendo a veranos más largos, más cálidos y secos (disminuyendo el contenido de humedad en la vegetación), generando mejores condiciones para la propagación del fuego de altos niveles de intensidad (Turco et al.,2014).

En este sentido el modelo B, correspondiente a la variable pNDVI o tasa de recuperación, está definido principalmente por la MQ y valor base de los quiebres, tipo de bosque, zona del mediterráneo y las variables climáticas precipitación y temperatura respectivamente. La MQ de los quiebres resulta ser la variable más preponderante en definir la tasa de recuperación, mientras que los tipos de bosque constituyen una de las variables de menor contribución en la predicción. Este resultado indica que la resiliencia de un bosque estará determinada por el impacto del cambio que afecté al ecosistema. El tipo de bosque jugará un rol de mayor relevancia en los bosques de España debido a las estrategias adaptativas comentadas (Casady, van Leeuwen, y Marsh, 2010).

43 Conclusión

La presente investigación aborda un análisis de la dinámica espacio temporal de las perturbaciones generadas por incendios forestales en ecosistemas mediterráneos de Chile y España, durante un periodo de 17 años en base a cambios en las series temporales de productividad primaria potencial. Al respecto, el método BFAST aplicado para la detección de cambios abruptos en la tendencia de series temporales de NDVI-MODIS, permite la vinculación con datos espaciales que potencian las posibilidades de análisis. La utilización de series temporales de NDVI, permite una aproximación robusta a la dinámica temporal de la productividad primaria potencial (PPP), con el fin de caracterizar el estado de salud en estos ecosistemas.

Los resultados permiten observar un aumento creciente del número y la intensidad (MQ) de las rupturas en la PPP por incendios en Chile, panorama complejo en el contexto de la sequía prolongada y el aumento de olas de calor en periodos estivales en el territorio sudamericano. En Cataluña y Valencia, las magnitudes promedio son mayores, sin embargo, en términos temporales cerca del 80% de estas rupturas se concentran en los grandes incendios del 2012. Las respuestas en las pendientes (pNDVI) entrega valores altos para los bosques españoles en términos promedios, hecho que puede ser un indicador de una fuerte resiliencia de los ecosistemas mediterráneos. Sin embargo, para mejorar la interpretación de las métricas, es posible generar análisis de quiebres en las tendencias a una escala espacial más alta (por ejemplo, una escala poblacional), que permitan una mayor comprensión del estado real de la pérdida de productividad.

Investigaciones de estas características no se han realizado en ecosistemas mediterráneos a nivel comparativo, ni analizando el comportamiento de métricas que caracterizan a las anomalías (como es el caso de la MQ y pNDVI), con el fin de evaluar la respuesta de los regímenes de incendios y su efecto en los bosques a escala regional. En este sentido, se deslumbra el potencial de profundizar en el estudio del comportamiento de las tipologías de bosque similares, con un enfoque multi escalar e incorporando variables climáticas, topográficas y geofísicas con el fin de dilucidar la respuesta de los quiebres por incendios forestales en estos ecosistemas y generar indicadores cuantitativos de posibles pérdidas de funcionalidad, estructura y composición en estos biomas.

Por otra parte, la investigación da cuenta de una respuesta principalmente divergente en lo observado para las dos regiones de estudio en términos comparativos. La historia natural de ambos países es particular, donde las formas de ocupación del suelo han

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modelado paisajes con puntos comunes (alta densidad poblacional, junto con una actividad agrícola y ganadera intensiva). No obstante, factores como la gestión territorial, forestal y el manejo de incendios son preponderantes en el número y magnitud de estas perturbaciones. Así, mientras el contexto del cambio climático está produciendo condiciones favorables para la ocurrencia de incendios en los ecosistemas mediterráneos, tanto en número como en severidad, la gestión del territorio junto con las estrategias de combate de incendios ha resultado contraste entre ambos países. En Chile se ha observado un alza en los regímenes de incendios, mientras que en España las estrategias de gestión y manejo de incendio a nivel de las comunidades autónomas estudiadas han permitido contrarrestar estas dinámicas climáticas. En el país latinoamericano urge la necesidad del fortalecimiento de estrategias de gestión forestal que permitan regular el riesgo de incendio en el mediterráneo, considerando la proximidad a matrices urbanas.

Finalmente, los presentes análisis pueden ampliarse en el futuro en las siguientes direcciones:

1. Aplicación del método expuesto en esta investigación para el estudio de otras perturbaciones en series de tiempo de índices vegetacionales, dadas por cambios abruptos o graduales. Por ejemplo, caracterizar quiebres asociadas a plagas forestales, cambios de uso de suelo o deslizamiento de suelo por aluvión, entre otras alteraciones en coberturas de bosque.

2. Aplicación de metodología para la clasificación de quiebres asociados a incendios forestales en base a las características de las métricas de MQ y pNDVI. Con ello, sería posible la identificación de incendios históricos y generar datos espaciales de áreas de incendio para periodos sin información. Además, la clasificación de quiebres da cuenta grados de severidad de los incendios lo cual es clave para caracterizar los regímenes de fuego.

3. Generación de un modelo predictivo de incendios forestales en ecosistemas mediterráneos incorporando variables predictivas que permitan modelar en tiempo real la posible magnitud de un evento. Esto con miras de proveer de herramientas para la toma de decisión y gestión de incendios forestales en ecosistemas mediterráneos.

45 Resumen

La presente investigación busca analizar las características de los incendios forestales en Chile y en España a partir del estudio de cambios abruptos en la productividad primaria potencial en series temporales de NDVI – MODIS (2001-2017). La detección de los cambios se realiza mediante la descomposición de series temporales de NDVI bajo el método BFAST, el cual permite evaluar estadísticamente la presencia de quiebres en la tendencia de la serie temporal. A partir de las detecciones de anomalías, se registran las fechas de detección de los quiebres en la serie de tiempo de NDVI (T), el valor de base de NDVI (VB), la magnitud del quiebre (MQ) y la pendiente (pNDVI) generada desde el quiebre detectado hasta el próximo quiebre o hasta el término de la serie de tiempo. Para estudiar estas métricas se practicaron análisis estadísticos, comparaciones de medianas, clasificación de variables y métodos de regresión. Los resultados a nivel estadístico para las MQ promedio de las rupturas, entregan valores mayores en el caso español, seguramente debido a el menor número de quiebres detectados y la presencia de múltiples eventos extremos del año 2012. Se observan también altos valores en las pNDVI, asociados probablemente a bosques con adaptaciones de regeneración frente al fuego entregando una mayor resiliencia de estas comunidades. En Chile los quiebres se expresan durante toda la temporalidad analizada, con un notorio aumento en el número y MQ de los eventos en las décadas más recientes. En cuanto a las pNDVI en Chile Central, se evidencian bajos valores promedio, lo que indica una lenta capacidad de recuperación del sistema. Si bien se observan algunos patrones similares en términos estadísticos, las respuestas en la detección de anomalías son principalmente divergentes en lo observado para las dos regiones en estudio. En términos comparativos responde probablemente a distintas estrategias en la gestión del territorio y de los incendios forestales. La clasificación de los quiebres genera un indicador de la intensidad de afectación y la recuperación posterior a una anomalía permitiendo evidenciar patrones espacio temporal de este tipo de cambios. Por su parte el modelo que predice las MQ permite evidenciar la importancia de las variables VB (estado productivo previo al cambio), así como las variables climáticas (temperaturas y precipitaciones). Mientras que la pNDVI es una respuesta modelada principalmente por la intensidad del cambio (MQ), donde a mayor productividad en general mayores son los quiebres en la tendencia. Los resultados permiten analizar desde una perspectiva poco estudiada la productividad primaria a escala regional, entregando una caracterizar de las dinámicas espacio temporales de anomalías significativas en respuesta a incendios forestales de ecosistemas mediterráneos.

Palabras Claves: Serie de Tiempo NDVI - MODIS, Puntos de quiebre, BFAST, Incendios Forestales, Ecosistemas Mediterráneos, Chile, España

46 Referencias

Abatzoglou, John T, Solomon Z Dobrowski, Sean A Parks, y Katherine C Hegewisch. 2018. “TerraClimate, a high-resolution global dataset of monthly climate and climatic water balance from 1958-2015”. Scientific Data 5: 1–12.

Almeida, Alexandre Esteves. 2017. “Alexandre Esteves Almeida Time Series Components and Breakpoints in Remote Sensing Image Analysis Componentes e Pontos de Quebra em Séries Temporais na Análise de Imagens de Sensoriamento Remoto”.

Arellano, Eduardo et al.,2018. “Acción temprana post-incendio en Chile: herramientas para definir objetivos de restauración de zonas incendiadas”. Temas de la Agenda Pública 13(110): 1–11.

Badia, Anna, Montserrat Pallares-Barbera, Natàlia Valldeperas, y Meritxell Gisbert. 2019. “Wildfires in the wildland-urban interface in Catalonia: Vulnerability analysis based on land use and land cover change”. Science of the Total Environment 673: 184–96. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.04.012.

Batllori, Enric., Marc André. Parisien, Meg A. Krawchuk, y Max A. Moritz. 2013. “Climate change-induced shifts in fire for Mediterranean ecosystems”. Global Ecology and