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- Deteção automática de alterações de coberto vegetal em áreas de interface urbano-ruralPublication . Barbosa, Bruno Misson Mori; Rocha, Jorge; Caetano, MárioOs incêndios florestais são considerados pela proteção civil como um dos desastres ambientais mais graves existentes em Portugal devido à sua frequência e extensão. Para fazer face ao problema existe o Sistema de Defesa da Floresta Contra Incêndios, que estabelece a implementação de faixas de gestão de combustíveis como forma de auxiliar o combate aos incêndios. A proposta desenvolvida neste trabalho foi elaborar um modelo capaz de identificar a remoção da vegetação nas faixas de gestão de combustível no entorno de aglomerados populacionais através da análise de séries temporais de imagens de satélite Sentinel 2. O modelo utilizado baseia-se na busca de diferenças estatisticamente significantes entre séries temporais de um máximo de 60 dias antes e depois da data analisada. A análise utiliza três informações da série temporal: (i) o valor do Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) em cada pixel dentro da área de estudo; (ii) o valor da média do NDVI dos pixeis vizinhos com um raio de 500 metros, fora da área de estudo e em um mesmo uso do solo; e (iii) a diferença entre estes valores. Posteriormente a cada data da série temporal é aplicado o Welch t-test. A identificação de uma alteração é dada quando o t-test aponta a diferença significativa para o valor do ‘pixel (i)’ e da ‘diferença (iii)’ e não na ‘média (ii)’ em uma mesma data. O modelo foi aplicado no entorno das áreas urbanas de cinco municípios de Portugal continental. Os resultados mostraram-se promissores para identificar os locais onde não foi feita a gestão das faixas de combustível, ou seja, áreas de infração a legislação, indicando que o modelo pode ser utilizado para verificar se houve ou não a gestão anual das faixas de combustível previstas na lei. O resultado obtido demonstra a potencialidade do método utilizado em servir como meio de suporte às ações de prevenção e fiscalização, além disso pode ser expandido para todo o território nacional.
- Spatial correlates of COVID-19 first wave across continental PortugalPublication . Barbosa, Bruno; Silva, Melissa; Capinha, César; Garcia, Ricardo; Rocha, JorgeThe first case of COVID-19 in continental Portugal was documented on the 2nd of March 2020 and about seven months later more than 75 thousand infections had been reported. Although several factors correlate significantly with the spatial incidence of COVID-19 worldwide, the drivers of spatial incidence of this virus remain poorly known and need further exploration. In this study, we analyse the spatiotemporal patterns of COVID-19 incidence in the at the municipality level and test for significant relationships between these patterns and environmental, socioeconomic, demographic and human mobility factors to identify the mains drivers of COVID-19 incidence across time and space. We used a generalized liner mixed model, which accounts for zero inflated cases and spatial autocorrelation to identify significant relationships between the spatiotemporal incidence and the considered set of driving factors. Some of these relationships were particularly consistent across time, including the ‘percentage of employment in services’; ‘average time of commuting using individual transportation’; ‘percentage of employment in the agricultural sector’; and ‘average family size’. Comparing the preventive measures in Portugal (e.g., restrictions on mobility and crowd around) with the model results clearly show that COVID-19 incidence fluctuates as those measures are imposed or relieved. This shows that our model can be a useful tool to help decision-makers in defining prevention and/or mitigation policies.
- Automatic detection of vegetation cover changes in urban-rural interface areasPublication . Barbosa, Bruno; Rocha, Jorge; Costa, Hugo; Caetano, MárioThe present work started from the need to streamline the process of monitoring changes in vegetation in the in urban-rural interface fuel management bands, defined by Portuguese legislation as areas where the existing biomass must be totally or partially removed. The model developed uses a time series of Sentinel 2 satellite images to search for changes in the vegetation cover in a 100 m buffer around built-up areas. The use of satellite data allows analysing large areas and speeds up the task of identifying the places where fuel management took place and the places where there is a need to carry out such management. The objective of the proposed method is to give a script in Python language that can verify the cleanliness of vegetation in the fuel management ranges through multi-temporal analysis of satellite images. • The paper presents a step-by-step procedure for a Sentinel 2 time series vegetation index analysis. • Automated routine to detection of spatiotemporal vegetation changes based on statistical parameters. • Used Python language to do geoprocessing analysis.
- Detecção Automática de Alterações de Coberto Vegetal em Áreas de Interface Urbano-RuralPublication . Barbosa, Bruno; Costa, Hugo; Rocha, Jorge; Caetano, MárioPara fazer face aos incêndios florestais o SDFCI estabelece faixas de gestão de combustíveis como forma de auxiliar o combate e mitigação deste problema. O objetivo do trabalho foi elaborar um modelo capaz de identificar a remoção da vegetação nestas faixas através da análise do NDVI em séries temporais de imagens Sentinel 2. O modelo busca diferenças estatisticamente significantes, através do Welch t-test, nas informações contidas nas imagens. O modelo foi aplicado no concelho de Figueiró dos Vinhos e os resultados mostraram-se promissores na identificação de áreas onde não foi feita a gestão, ou seja, áreas de infração a legislação.
- Uncovering vegetation changes in the urban–rural interface through semi-automatic methodsPublication . Barbosa, Bruno; Rocha, Jorge; Costa, Hugo; Caetano, MárioForest fires are considered by Portuguese civil protection as one of the most serious natural disasters due to their frequency and extent. To address the problem, the Fire Forest Defense System establishes the implementation of fuel management bands to aid firefighting. The aim of this study was to develop a model capable of identifying vegetation removal in the urban–rural interface defined by law for fuel management actions. The model uses normalised difference vegetation index (NDVI) of Sentinel-2 images time series and is based on the Welch t-test to find statistically significant differences between (i) the value of the NDVI in the pixel; (ii) the mean of the NDVI in the pixels of the same land cover type in a radius of 500 m; and (iii) their difference. The model identifies a change when the t-test points for a significant difference of the NDVI value in the ‘pixel’ as comparted to the ‘difference’ but not the ‘mean’. We use a moving window limited to 60 days before and after the analysed date to reduce the phenological variations of vegetation. The model was applied in five municipalities of Portugal and the results are promising to identify the places where the management of fuel bands was not carried out. This indicates which model could be used to assist in the verification of the annual management of the fuel bands defined in the law.
- Mapping the wildland-urban interface at municipal level for wildfire exposure analysis in mainland PortugalPublication . Barbosa, Bruno; Oliveira, Sandra; Caetano, Mário; Rocha, JorgeThe Wildland-Urban Interface (WUI), where vegetation and built-up structures intermingle, encompasses a variety of territorial elements that interact spatially, being variable both in space and time. Mapping the WUI at finer scales is paramount to assess wildfire exposure and define tailored mitigation strategies. Our aim was to develop a semi-automated method to map the WUI at municipal level, leveraging recent advances in data and technology. We tested the procedure in four municipalities of mainland Portugal with different fire history, biophysical conditions, and sociodemographic contexts. We considered WUI as either intermix or interface. Our approach integrates both building location data and high-resolution vegetation maps, to calculate the density of buildings and forest cover proportion within different circular moving window sizes. Within each radius, we evaluated the total area and spatial distribution of the WUI types, as well as the number of buildings within WUI and within the fire perimeters recorded between the years 2000 and 2022 and analysed the differences between municipalities. We then compared the mapped WUI with previous WUI mappings for mainland Portugal, to identify common spots and potential spatial divergences. We found that the area mapped as WUI within all four municipalities ranged from about 400 km2 to 1135 km2 depending on the radius size. A distinct distribution for each type of WUI was observed as the radius size increased: the intermix WUI showed a tendency to increase, and the interface WUI increased only between the radius of 100 and 200 m, decreasing gradually in subsequent radii. Between 39.4% and 45.5% of the nearly 200,000 buildings in the study areas were within WUI, depending on radius size and a total of 5436 buildings were within the historic fire perimeter. Although the comparison with other maps showed fair agreement, due to differences in data and methodology, common areas mapped as WUI were found, which suggests that these areas should receive greater attention from decision-makers regarding fire management strategies, since their classification as WUI remains consistent across different methodologies.
- Detecção automática de alterações de coberto vegetal em áreas de interface urbano-ruralPublication . Barbosa, Bruno; Costa, Hugo; Rocha, Jorge; Caetano, MárioPara fazer face aos incêndios florestais o Sistema de Defesa da Floresta contra Incêndios estabelece faixas de gestão de combustíveis como forma de auxiliar o combate e mitigação deste problema. O objetivo do trabalho foi elaborar um modelo capaz de identificar o controlo da biomassa nestas faixas através da análise do NDVI em séries temporais de imagens Sentinel 2. O modelo busca diferenças estatisticamente significativas, através do Welch t-test, nas informações contidas nas imagens. O modelo foi aplicado no concelho de Figueiró dos Vinhos e os resultados mostraram-se promissores na identificação de áreas onde não foi feita a gestão, ou seja, áreas de infração à legislação.
- Identifying priority villages for wildfire mitigation based on exposure and vulnerability levels at the local scalePublication . Oliveira, Sandra; Gonçalves, Ana; Barbosa, Bruno; Rocha, JorgeThis study aimed to assess wildfire risk specifically for human settlements, testing the procedure in three regions of mainland Portugal, representing the west coast (Oeste), the south coast (Algarve) and a central inland sector (Viseu-Dão-Lafões).
- Análise da Influência da Fragmentação Florestal e Efeitos de Margens na Ocorrência de Incêndios em Portugal Continental Utilizando Padrões Morfológicos de Uso e Ocupação do SoloPublication . Barbosa, Bruno; Silveira, Giulia; Gomes, Eduardo; M. Viana, Cláudia; Oliveira, Sandra; Rocha, JorgeAs características ecológicas das fronteiras florestais têm vindo a ser estudadas, mas a ocorrência e a intensidade dos incêndios como efeitos de margem em larga escala são menos conhecidas, assim como o papel das diferentes características do uso e ocupação do solo na modificação dessa relação. Um aspeto importante na descrição do padrão espacial da floresta é a identificação precisa e o mapeamento da fragmentação “interna” e “externa”. Diferentes causas de alterações na paisagem podem ter assinaturas características relacionadas a esses tipos de fragmentação. Por exemplo, o aparecimento de lacunas internas nas florestas introduz “efeitos de margem” bióticos e abióticos diretamente no seu interior. Os incêndios tendem a ocorrer com mais frequência em florestas fragmentadas e estão associados principalmente às suas margens. A maioria dos incêndios relacionados com as margens desloca-se para as florestas a partir de áreas desmatadas, e o desmatamento adicional fragmenta a floresta remanescente. A alteração do regime de incêndio torna-se ainda mais influenciada pela proximidade das margens florestais desmatadas e produz, entre outros, o aumento da dessecação e de cargas de combustível nas áreas de margem. A combinação da desflorestação e da fragmentação florestal torna a floresta mais vulnerável aos incêndios, e este fenómeno pode ser agravado pelas alterações climáticas. Neste trabalho usamos processamento morfológico de imagens para classificar os padrões espaciais ao nível do pixel em mapas binários (floresta e não floresta) de uso e ocupação do solo. O padrão de ocupação do solo é classificado como “perfurado”, “margem”, “mancha” e “núcleo” com grande resolução espacial e exatidão temática em comparação com abordagens anteriores, mantendo a capacidade de rotular esses padrões ao nível de pixel para diferentes escalas de observação. Também analisámos a fragmentação e a ocorrência e intensidade dos incêndios em Portugal continental. Posteriormente calculámos a distância com que os incêndios relacionados com as margens ocorrem no interior da floresta e fora da margem da floresta. A fragmentação florestal teve um impacto significativo na ocorrência e frequência do incêndio, apoiando a hipótese de que quanto mais fragmentada for uma floresta, maior será o grau de combustão de biomassa. Estes resultados estão de acordo com a ocorrência de um efeito de margem tanto na ocorrência como na frequência do incêndio. Apesar de, de uma forma geral, os diferentes tipos de gestão influenciarem a ocorrência e a frequência do incêndio, o incêndio como efeito de margem em grande escala ocorre independentemente do tipo de gestão. Este trabalho foi financiado pelos projetos FTC, Change4Fire (2022.05015.PTDC) e AgroEcoDecipher (2022.09372.PTDC), e Bolsa de Doutoramento 2022.12095.BD.
- Determinantes espaciais da primeira vaga de Covid-19 em Portugal continentalPublication . Barbosa, Bruno; David, Melissa; Garcia, Ricardo; Rocha, Jorge; Capinha, CésarApesar de vários determinantes se relacionarem significativamente com a incidência espacial da COVID-19 em todo o mundo, estes continuam a ser pouco conhecidos e necessitam de uma maior exploração. Neste estudo, analisamos os padrões espaço temporais da incidência de COVID-19 a nível municipal e testamos as relações significativas entre estes padrões e os fatores ambientais, socioeconómicos, demográficos e de mobilidade humana, a fim de identificar os principais fatores determinantes da incidência da COVID-19 ao longo do tempo e do espaço. Utilizou-se um modelo generalizado de efeitos mistos, que responde por zero casos inflados e autocorrelação espacial para identificar relações significativas entre a incidência espaço temporal e o conjunto considerado de fatores impulsionadores. Algumas destas relações foram particularmente consistentes ao longo do tempo, incluindo a “percentagem de emprego nos serviços”; “tempo médio de deslocação por transporte individual”; “percentagem de emprego no setor agrícola”; e “dimensão média da família”. A comparação entre as medidas preventivas em Portugal e os resultados do modelo mostra claramente que a incidência da COVID-19 varia à medida que estas medidas foram impostas ou retiradas. Isto mostra que este modelo pode ser um instrumento útil para ajudar os decisores na definição de políticas de prevenção e/ou mitigação.