Efeitos de incêndios florestais sobre a distribuição etária em florestas heterogêneas

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: NOVAES, Rebeca Cabral de
• Orientador(a): COUTINHO, Sérgio Galvão
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pos Graduacao em Fisica
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Forest Fires; Cellular Automata; Trees’ age; Idade das Árvores; Incêndios florestais; Autômatos celulares
• Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/16559

Florestas em equilíbrio podem ser caracterizadas por uma distribui¸c˜ao espaçotemporal estacionária de espécies de ´arvores no que diz respeito `a sua localiza¸c˜ao e idade. Por´em, vários fatores externos, como pragas recorrentes, manejos florestais para extra¸c˜ao de madeira e incêndios florestais, devem perturbar a dinâmica da evolução das populações de espécies de árvores, sobrepostos aos fatores topográficos e hidrológicos inerentes, bem como `as varia¸c˜oes clim´aticas sazonais. Nesta disserta¸c˜ao, foram investigados os efeitos provocados por incˆendios florestais ocasionais sobre a distribui¸c˜ao espa¸co-temporal das ´arvores em um ecossistema florestal. Para isso, foi proposto um modelo de autˆomatos celulares (AC) para descrever a propaga ¸c˜ao de incˆendios em uma distribui¸c˜ao espacial de ´arvores com estrutura et´aria bem definida. Esse modelo leva em conta a taxa de envelhecimento das ´arvores quando os incˆendios s˜ao causados por raios em uma escala de tempo longa quando comparada com o tempo caracter´ıstico para a regenera¸c˜ao da floresta. No modelo proposto, os autˆomatos celulares est˜ao associados com s´ıtios de uma rede quadrada (L × L) e podem estar em um de trˆes estados poss´ıveis: uma ´arvore natural (A), uma ´arvore em chamas (C) e uma ´arvore queimada ou espa¸co vazio (V). A idade das ´arvores est´a de alguma forma relacionada com a sua robustez `a queima (ou a sua inflamabilidade) e determina o grau de resistˆencia (ou facilidade) para igni¸c˜ao, de modo que as ´arvores mais jovens ou mais antigas, devem ser mais suscet´ıveis `a queima do que aquelas na idade madura. Nesse modelo, o grau de resistˆencia `a igni¸c˜ao (ou inflamabilidade) de uma ´arvore natural (A), ´e definido pelo n´umero m´ınimo de vizinhos R que s˜ao suficientes para uma ´arvore natural (A) tornar-se uma ´arvore queimando (C) no pr´oximo passo de tempo. A dinˆamica do modelo AC ´e implementada pelas regras locais para alterar os estados dos autˆomatos, pela taxa de recupera¸c˜ao da popula¸c˜ao de ´arvores naturais p e pela probabilidade f de ocorrˆencia de raios ou outra maneira ocasional de igni¸c˜ao de ´arvores. 1/p estabelece o tempo m´edio para brotamento de ´arvores e 1/f, o intervalo de tempo m´edio entre a ocorrˆencia de dois raios, fixando portanto as escala de tempo para a dinˆamica do modelo. O modelo AC foi aplicado para descrever e investigar os efeitos dos incˆendios, no caso mais simples de florestas de uma ´unica esp´ecie, considerando o grau de resistˆencia `a igni¸c˜ao de cada ´arvore natural variando desde R = 1 at´e R = 8, dependendo da idade da ´arvore. Em particular, este estudo se concentrou no regime dinˆamico, onde p/f → ∞, quando a probabilidade de intera¸c˜ao entre os incˆendios ´e nula, e investigou as propriedades do estado estacion´ario da popula¸c˜ao de ´arvores, estimadas atrav´es de v´arias simula¸c˜oes e analisadas de acordo com os diversos parˆametros do modelo. Os resultados obtidos indicam que a densidade de ´arvores evolui em largas escalas de tempo para um dos dois poss´ıveis estados estacion´arios (atratores), independente da configura¸c˜ao inicial da distribui¸c˜ao de ´arvores. Para cada estado atrator, investigamos a distribui¸c˜ao espacial das ´arvores de acordo com a idade e inflamabilidade atrav´es dos respectivos histogramas das frequˆencias, e calculamos a distribui¸c˜ao dos tamanhos dos incˆendios. Os resultados mostram que um dos estados atratores da dinˆamica, chamado de floresta densa (FD), ´e caracterizado por uma alta densidade de ´arvores (da ordem de 0,9), bem acima do limiar de percola¸c˜ao para esse modelo. Al´em disso, esse estado apresenta uma fun¸c˜ao de distribui¸c˜ao de tamanho de queimadas com decaimento exponencial t´ıpico, indicando que a presen¸ca de um n´umero massivo de ´arvores adultas evita a propaga¸c˜ao de grandes incˆendios. Por outro lado, para certo conjunto de valores dos parˆametros, o segundo estado atrator ´e alcan¸cado, chamado aqui de floresta savana (S), caracterizado por uma baixa densidade de ´arvores muito jovens (≈ 0, 3, abaixo do limiar de percola¸c˜ao) e exibindo um comportamento do tipo lei de potˆencia para a fun¸c˜ao de distribui¸c˜ao de tamanhos de incˆendios, permitindo a propaga¸c˜ao de um grande n´umero de incˆendios extensos. Em suma, a inclus˜ao da correla¸c˜ao entre a idade das ´arvores e sua inflamabilidade no modelo de autˆomatos celulares proposto para descrever a propaga¸c˜ao de incˆendios florestais, mesmo em um ambiente de floresta mono-esp´ecie, leva a uma poss´ıvel transi¸c˜ao de fase dinˆamica entre o estado de floresta densa para o de uma savana. Um esbo¸co desse diagrama de fases em fun¸c˜ao dos parˆametros do modelo ´e apresentado.