I modelli: uno strumento per descrivere la diffusione ed il comportamento

I large fires interessando maggiore superficie bruciata provocano potenzialmente più danni rispetto ad incendi più contenuti.

Uno strumento essenziale per studiare e meglio comprendere il comportamento degli incendi boschivi e di quelli di interfaccia urbano-rurale (Mell et al., 2007) nonché la mappatura del rischio (Fiorucci et al., 2007) è rappresentata dalla modellizzazione.

Gli studi della modellizzazione del comportamento degli incendi boschivi sono iniziati nel 1920. Negli anni a seguire sono proseguiti in maniera più o meno discontinua per diversi motivi quali la mancanza di fondi o di obiettivi non sempre facilmente raggiungibili o ancora per uno ―spostamento‖ dell‘attenzione verso altre ricerche (per esempio lo studio degli effetti del bombardamenti di massa avvenuti durante la Seconda Guerra Mondiale in diverse città quali ad esempio ad Amburgo, Germania) (Sullivan, 2009 (a)).

Negli ultimi anni, l‘aumento nelle capacità di telerilevamento, della potenza di calcolo e dei sistemi di informazione geografica ha permesso un miglioramento della conoscenza sulla modellizzazione e simulazione della propagazione degli incendi boschivi e di conseguenza sulla prevenzione e sulla gestione della tecnica degli incendi (Fiorucci et al., 2007; (Sullivan 2009 (a)).

I simulatori rappresentano quindi un valido aiuto nello studio di questa tipologia di incendi al fine di contenere e limitare i danni che da essi derivano.

Nell‘ultimo decennio i modelli di propagazione sono stati oggetto di differenti revisioni sulla base delle quali sono stati classificati: i) in base alla natura delle equazioni (fisico, empirica e quasi- empirica), ii) al sistema fisico modellato (modelli di incendi di superficie, di incendi di chioma, di spot fire, di incendi sotterranei) ed infine iii) alle variabili studiate (modelli di propagazione degli incendi boschivi e modelli delle proprietà del fronte di fuoco) (Pastor et al. 2003; Sullivan 2009 (a)).

l‘abilità di predire, quanto più accuratamente possibile il comportamento di un incendio, incrementa la sicurezza nonché l‘effettivo controllo dei cosiddetti wildfire (Alexander & Cruz, 2013; Pastor et al., 2003).

Come detto in precedenza in base alla natura delle equazioni e quindi, a seconda del metodo usato per predire il processo di diffusione del fuoco i modelli possono essere divisi in tre grandi categorie (Albright et al., 1999) ognuno coi propri punti di forza e debolezza:

 modelli fisici. Si basano sul processo fisico della combustione per descrivere la diffusione del fuoco, distinguendo tre diversi modi di trasferimento del calore: conduzione, convezione e radiazione. Il loro limite è dato dalla grande quantità di dati richiesti e dalla difficoltà di ottenere altezza di fiamma e temperatura dagli esperimenti, considerando inoltre che radiazione e convezione possono variare notevolmente da un fuoco ad un altro. I modelli fisici si basano essenzialmente sugli stessi processi quello che si differenzia in ciascun modello è solo la scelta delle equazioni che descrivono i processi nonchè la loro attuazione e soluzione (Sullivan, 2009 (a)).

 modelli empirici. Questo tipo di modelli non considerano in nessuna misura le basi chimiche del fenomeno ma forniscono un set di equazioni statistiche che derivano da test sul fuoco. I parametri necessari per predire l‘equazione sono il tasso di diffusione, l‘intensità lineare del fuoco ed il consumo di combustibile. Il loro limite è rappresentato dal fatto che, non considerando i processi chimici, sono difficilmente esportabili in regioni con vegetazione differente da quella usata per effettuare gli esperimenti.

 modelli semi-empirici. Si ha la combinazione tra il processo fisico e la correlazione statistica esistente tra le diverse variabili usate. All‘interno di questa categoria rientra il modello di Rothermel (1972).

comportamento del fuoco che sono in uso e sono ben accettati da coloro che si occupano di incendi boschivi (Sullivan, 2009 (b)).

La seconda classificazione dei modelli si basa invece sul sistema fisico modellizzato che prevede 4 grandi categorie (Pastor et al., 2003):

1. incendi di superficie. In questo caso il sistema fisico è costituito da piccoli alberi, vegetazione erbacea e cespugli ovvero da combustibile che presenta un‘altezza minore di 2 metri. L‘importanza di questi modelli risiede nel fatto che molti degli attuali sistemi di calcolo si basano su di essi. Questo tipo di modelli ha fornito le nozioni più elementari sulle dinamiche degli incendi boschivi e le principali caratteristiche sul comportamento del fuoco assieme all‘influenza della pendenza e degli effetti del vento sul trasferimento di calore nella propagazione di un incendio.

2. incendi di chioma. Il sistema fisico è costituito da strati di vegetazione aerea e di superficie. Se il fronte del fuoco si diffonde bruciando nello stesso momento entrambi gli strati siamo di fronte ad un incendio attivo. Se il fuoco consuma vegetazione di superficie e le chiome di singoli alberi ci troviamo in presenza di un incendio passivo. Gli incendi di chioma sono estremamente pericolosi e difficili da spegnere. La loro modellizzazione è complessa e pochi lavori sono stati pubblicati riguardo tale tipo di incendi proprio a causa della loro complessità.

3. spotting. Siamo in presenza di tizzoni o pezzi di materiale che brucia (foglie, corteccia etc.), che sono trasportati dalla colonna di convezione e portati oltre il perimetro principale del fuoco. Il fenomeno dello spotting è associato principalmente ai large fires. Difficili da predire creano delle situazioni che presentano un alto grado di pericolo per gli addetti alle operazioni di spegnimento soprattutto perché possono rimanere intrappolati tra due fronti di fuoco.

tipo di incendi sono caratterizzati dal fatto che bruciano senza fiamma e la loro propagazione è veramente lenta. Sebbene presentino un impatto visivo nettamente inferiore ad esempio agli incendi di superficie il loro danno a livello ambientale è molto alto. A causa del consumo dello strato organico del suolo e del danno alle radici a causa del forte calore sprigionato nel sottosuolo viene compromessa in modo grave l‘attività biotica del sistema forestale.

Infine secondo le variabili studiate si hanno i seguenti modelli (Pastor et al. 2013):

1. di propagazione di incendi boschivi. Questo tipo di modelli fornisco i meccanismi per ottenere le principali variabili fisiche che sono connessi direttamente all‘avanzamento del perimetro dell‘incendio. Le variabili più importanti sono il tasso di propagazione, l‘intensità della linea di fuoco ed il consumo di combustibile.

2. di proprietà del fronte di fuoco. In questo caso il modello ci fornisce una descrizione delle caratteristiche della fiamma quali la sua altezza, la lunghezza, la profondità ed il suo angolo di inclinazione.

FARSITE è uno dei principali software che implementano un modello di simulazione che descrive le variazioni spaziali e temporali della diffusione e del comportamento del fuoco. Basato sul modello di predizione semi-empirico sviluppato da Rothermel (1972) simula la crescita del fuoco mediante la propagazione di onde ellittiche. Applicando il principio di Huygens (Richard, 1990; Finney, 1998) sul perimetro esterno dell‘incendio si possono individuare una serie di vertici dai quali si originerà una piccola ellisse che permette di definire la propagazione delle fiamme (Anderson et al., 1982). La forma e la direzione dell‘ellisse sono determinate dal vettore vento e pendenza, mentre la dimensione è data dal tasso di propagazione dell‘incendio e dalla lunghezza del time-step.

2007(a), 2007(b), 2007(c)) al fine di poterlo calibrare sulla base delle condizioni meteorologiche e delle caratteristiche della vegetazione dell‘area oggetto di studio.

Come è logico immaginare la grande gamma di situazioni che si rinvengono nei diversi Stati del mondo e localmente, anche all‘interno di una stessa regione, fanno si che la validazione e la calibrazione del modello presentano un grado di difficoltà più o meno elevato.

La letteratura riporta differenti applicazioni di FARSITE che hanno verificato la sua utilità in specifiche aree geografiche quali Turchia (Bilgili e Saglam, 2003), Grecia (Dimitrakopoulos, 2002), Portogallo (Fernandes, 2001) e diverse sono le applicazioni che considerano la macchia mediterranea.

In quest‘ambito si rinvengono lavori relativi alla validazione di FARSITE per la Sardegna (Arca et al., 2006, 2007(a), 2007(b), 2008) accompagnati da studi sui modelli di combustibile (Bacciu, 2009; Pellizzaro, 2003). La scelta del modello di combustibile è particolarmente importante in quanto risulta essere l‘elemento che determina le maggiori difficoltà nella simulazione come dimostrano diversi autori (es. Philips et al., 2006; Arca et al., 2008).

I modelli di combustibili proposti da Anderson (1982) e rivisitati da Scott & Burgan (2005) infatti sono stati messi a punto per realtà diverse da quelle dove poi vengono usate. La vegetazione, come ad esempio quella mediterranea, può presentare sia una eterogeneità e complessità differente nonché diverse caratteristiche (contenuto di umidità, carico di combustibile, compattezza, ecc) che concorrono a determinare tassi di diffusione ed intensità del fuoco caratteristici e che necessitano di specifici modelli di combustibile che non sono compresi nei modelli standard elaborati da Scott e Burgan.

I modelli di simulazione del comportamento di un incendio producono dei risultati che devono essere valutati. Tale valutazione richiede la comparazione del valore previsto con quello osservato, al fine di stabilire la credibilità e l‘errore potenziale che deriva dallo strumento utilizzato. Il disaccordo tra il comportamento dell‘incendio osservato e quello predetto può avere origine da tre diversi ragioni (Alexander& Cruz, 2013):

Particolarmente importante, soprattutto quando si utilizzano modelli semi- empirici come FARSITE , risulta quindi essere la fase di validazione e calibrazione dello stesso.

2 OBIETTIVI

Gli obiettivi che il lavoro di tesi si prefigge sono:

1. analizzare il regime degli incendi in Sardegna nel periodo 2005-2012;

2. calibrare e validare il simulatore FARSITE in ambiente Mediterraneo, prendendo in esame i più grandi incendi osservati in Sardegna nel periodo 2005-2012;

3. quantificare il comportamento potenziale degli incendi in esame sulla base delle condizioni ambientali osservate nel corso degli eventi,

4. analizzare gli effetti delle condizioni ambientali sulla propagazione e sul comportamento degli incendi ;