title: Optimization of the Canadian Fire Weather Index (FWI) for the Mediterranean region
title: Βελτιστοποίηση του Καναδικού Δείκτη Κινδύνου Πυρκαγιάς (FWI) για την περιοχή της Μεσογείου
Creators: name: Αγγελης Παναγιωτης
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2023

description: Fire weather prognosis tools are of great importance for mitigating the catastrophic impacts of wildfires posed on human lives, valuable resources and assets. Their importance is getting higher if we reflect on the side effects of climate change such as rising temperatures, extreme drought phenomena and shifting precipitation patterns. These factors contribute to the heightened frequency and severity of wildfires. The Canadian Fire Weather Index (FWI) System stands out as one of the most extensively used tools for fire weather prognosis. Its reliability has been demonstrated across various forest types worldwide. Nevertheless, the FWI equations were initially developed within Canadian boreal forests, which posses different characteristics compared to other forest types, like Mediterranean forests, in terms of their vegetation and climatic conditions. The goal of this project is to refine the already effective Canadian Fire Danger System (FWI) and tailor it for the different characteristics of the Mediterranean climate reference region in order to get improved fire weather prognosis for that particular geographical region.
The first part of the study is finding constants in the equations of the FWI that result from empirical calculations or laboratory tests with region specific characteristics and altering them so as to get different FWI values, that give better or worse fire weather prognosis. Each alteration is rated as better or worse depending on its correlation yield between the corresponding FWI values and Burned Area. The second part of the study is correlating the variables mentioned above using two methods. The first method is the correlation of all the grid boxes of the study region with Burned Area data and the second is the correlation on each grid box by itself providing that enough data of Burned Area is available for it.
Firstly, this study indicates that an underlying positive correlation exists between the average monthly FWI values and the logBA values, which confirms the reliability of the Canadian FWI System.  Secondly, using the first method of correlation, the altered FWI codes showed an increase in correlation of up to 10%, suggesting that optimizating the FWI for the Mediterranean climate refernce region is feasible. However, it is noticed that despite accomplishing the goal of increased correlation, there is a noteable difference between the FWI values of the optimized and original FWI code. Special attention should be given on this observation, since certain FWI values are associated with certain fire risk thresholds for different regions. Moreover, using the second method of correlation, from the Figures of Correlation Map and Correlation Map Difference, no clear pattern of increase or decrease in correlation was observed, throughout the study region. This pattern could be cleared out, either by using a broader study period or by accounting for the land use and vegetation type of each gridbox.
description: Τα εργαλεία πρόγνωσης πυρκαγιών έχουν μεγάλη σημασία για την αντιμετώπιση των καταστροφικών επιπτώσεων των πυρκαγιών στις ανθρώπινες ζωές, τους πολύτιμους πόρους και τα περιουσιακά στοιχεία. Η σημασία τους αυξάνεται αν σκεφτούμε τις όλο και εντονότερες επιδράσεις της κλιματικής αλλαγής, όπως την αύξηση της θερμοκρασίας, τα ακραία φαινόμενα ξηρασίας και τις μεταβολές στα μοτίβα των βροχοπτώσεων. Αυτοί οι παράγοντες συνεισφέρουν στην αυξημένη συχνότητα εκδήλωσης πυρκαγιών καθώς και στην αυξημένη έντασή τους. Ο Καναδικός Δείκτης Κινδύνου Πυρκαγιάς (FWI) ξεχωρίζει ως ένα από τα πιο ευρέως διαδεδομένα εργαλεία για την πρόγνωση του κινδύνου πυρκαγιάς. Η αξιοπιστία του έχει επιβεβαιωθεί σε διάφορους τύπους δασών παγκοσμίως. Ωστόσο, οι εξισώσεις που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό του δείκτη FWI αναπτύχθηκαν αρχικά για τα δάση του Καναδά, τα οποία έχουν διαφορετικά χαρακτηριστικά σε σύγκριση με άλλους τύπους δασών, όπως τα δάση της μεσογείου, όσον αφορά τη βλάστηση και τις κλιματικές συνθήκες τους. Ο στόχος αυτής της εργασίας είναι η βελτιστοποίηση του ήδη αποτελεσματικού Καναδικού Δείκτη Κινδύνου Πυρκαγιάς (FWI) και η προσαρμογή του στα διαφορετικά χαρακτηριστικά της περιοχής της μεσογείου, προκειμένου να προσφέρει βελτιωμένη πρόγνωση κινδύνου πυρκαγιάς για την συγκεκριμένη γεωγραφική περιοχή.
Το πρώτος σκέλος της εργασίας αφορά την εύρεση σταθερών συντελεστών στις εξισώσεις του FWI που προκύπτουν από εμπειρικούς υπολογισμούς ή εργαστηριακά πειράματα που χρησιμοποιούν χαρακτηριστικά της περιοχής και την τροποποίησή τους ώστε να ληφθούν διαφορετικές τιμές FWI που προσφέρουν καλύτερη ή χειρότερη πρόγνωση κινδύνου πυρκαγιάς. Κάθε τροποποίηση αξιολογείται ως καλύτερη ή χειρότερη ανάλογα με τη συσχέτισή της, μεταξύ των αντίστοιχων τιμών FWI και των καμένων εκτάσεων (Burned Area). Το δεύτερο σκέλος της εργασίας αφορά τη συσχέτιση των ανωτέρω μεταβλητών χρησιμοποιώντας δύο μεθόδους. Η πρώτη μέθοδος αφορά τη συσχέτιση όλων των κελιών από τα πλεγματικά δεδομένα της περιοχής που έχουν καμένες εκτάσεις και η δεύτερη αφορά τη συσχέτιση του κάθε κελιού μόνο του, δεδομένου ότι υπάρχουν επαρκή δεδομένα καμένων εκτάσεων για αυτό.
Αρχικά, η εργασία αναδεικνύει πως υπάρχει μια υποκείμενη θετική συσχέτιση μεταξύ των μέσων μηνιαίων τιμών του FWI και των τιμών logBA (λογάριθμος των καμένων εκτάσεων), πράγμα που επιβεβαιώνει την αξιοπιστία του Καναδικού Δείκτη Κινδύνου Πυρκαγιάς (FWI). Δεύτερον, από την πρώτη μέθοδο συσχέτισης, οι τροποποιημένοι συντελεστές στις εξισώσεις του FWI έδειξαν αύξηση της συσχέτισης έως και 10%, συμπεραίνοντας πως η βελτιστοποίηση του FWI για την περιοχή της Μεσογείου είναι εφικτή. Ωστόσο, παρατηρείται ότι παρά την επίτευξη του στόχου της αυξημένης συσχέτισης, υπάρχει μια σημαντική διαφορά μεταξύ των τιμών FWI του βελτιστοποιημένου και του αρχικού κώδικα. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί σε αυτήν την παρατήρηση, καθώς ορισμένες τιμές FWI χρησιμοποιούνται ως όρια κινδύνου πυρκαγιάς για συγκεκριμένες περιοχές. Επιπλέον, από τη δεύτερη μέθοδο συσχέτισης, δεν παρατηρήθηκε κάποιο σαφές μοτίβο αύξησης ή μείωσης της συσχέτισης στην περιοχή μελέτης. Αυτό το μοτίβο θα μπορούσε να γίνει πιο ξεκάθαρο, είτε χρησιμοποιώντας ένα ευρύτερο χρονικό διάστημα μελέτης, είτε λαμβάνοντας υπόψη τις χρήσεις γης και τον τύπο βλάστησης του κάθε κελιού.