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Compound dry hot fire extreme events in the Pantanal

dc.contributor.advisorSantos, Renata Libonati dos
dc.contributor.advisorCo1Peres, Leonardo de Faria
dc.contributor.advisorCo1Latteshttp://lattes.cnpq.br/3276726816442040pt_BR
dc.contributor.advisorLatteshttp://lattes.cnpq.br/8713173968634129pt_BR
dc.contributor.referee1Nunes, Ana Maria Bueno
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0608605487125183pt_BR
dc.contributor.referee2Nieto Muñiz, Raquel Olalla
dc.contributor.referee3Damasceno Junior, Geraldo Alves
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/2968576714855735pt_BR
dc.creatorBelém, Liz Barreto Coelho
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/0440112320591718pt_BR
dc.date.accessioned2026-03-27T20:06:11Z
dc.date.available2026-05-16T03:09:00Z
dc.date.issued2026-03
dc.description.abstractIn recent years, the Pantanal biome, the largest continuous wetland in the world, located within the Upper Paraguay River Basin (UPRB), has been severely affected by vegetation fires associated with the intensification of hydroclimatic extremes. The combination of severe droughts, heatwaves, and anthropogenic pressures culminated in 2020 in the most extreme fire event ever recorded in the region, when more than 30% of the biome was consumed by fire, generating substantial socio-economic and environmental impacts. More recently, in June 2024, at the onset of the fire season, the Pantanal registered a record burned area of approximately 440,000 hectares, about 50 times the historical average for the month. This episode reflected exceptional climatic conditions, with an estimated return period of 35 years, within a broader context in which 2024 became the warmest year ever recorded both globally and in Brazil. In the Pantanal, these anomalies manifested as extreme drought, persistent heatwaves, and meteorological conditions highly conducive to fire spread, resulting in an exceptionally prolonged fire season from June to October. Over recent decades, the Pantanal has experienced an increase in the frequency and intensity of hydroclimatic extremes, driven by interactions among regional climate change, alterations in the hydrological regime, and anthropogenic pressures. These processes have modulated fire dynamics, favoring the occurrence of large-scale fires. Within this context, this thesis adopts an integrated approach to investigate how hydroclimatic extremes, particularly severe droughts, heatwaves, and deficits in moisture transport, modulate the occurrence, severity, and expansion of fires in the Pantanal, while also advancing the development of methods for burned-area monitoring and mapping. The first research axis investigates the atmospheric mechanisms and the occurrence of compound dry–hot events that culminated in the extreme fires of 2024, the warmest year ever recorded globally. Through the integration of satellite data, climate indicators, and synoptic analyses, 2024 is identified as the most severe drought within the 1980–2024 period, characterized by exceptional precipitation and soil-moisture deficits, the absence of the flood pulse, and the occurrence of persistent heatwaves. These factors acted simultaneously and synergistically, generating highly fire-prone conditions and elevating fire-danger indices. The second research axis deepens understanding of large-scale atmospheric processes that modulate critical droughts in the biome by analysing moisture transport and its anomalies during years of extreme drought associated with high fire activity. The application of the Lagrangian model FLEXPART allowed the identification of changes in the relative contributions of terrestrial and oceanic moisture sources, revealing that persistent deficits in moisture transport play a crucial role in the onset, duration, and severity of droughts. These patterns help explain the interannual variability of fire activity and reinforce the influence of remote atmospheric processes on regional hydroclimatic dynamics. The third research axis develops and validates a harmonized burned-area product for the Pantanal covering the 2014– 2024 period, based on the integration of the Landsat-8/9 and Sentinel-2 constellations. The method incorporates automatic sampling guided by VIIRS detections and morphological filtering to generate consistent training samples, resulting in classification accuracy exceeding 99.6% and performance metrics above 0.99. The resulting annual and monthly maps document the spatial and temporal patterns of fire activity across the biome, providing a robust foundation for ecological, climatic, and environmental management studies. By integrating physical diagnostics, atmospheric-process analyses, and methodological advances in remote sensing, this thesis contributes to a comprehensive understanding of the relationship between hydroclimatic extremes and fire in the Pantanal. The results underscore the importance of incorporating the compound nature of these events into mitigation and adaptation policies, while also providing an analytical framework and a set of tools to improve operational monitoring and integrated fire management under a scenario of accelerated climate changept_BR
dc.description.resumoNos últimos anos, o Bioma Pantanal, a maior planície alagável contínua do mundo, inserida na Bacia do Alto Paraguai (BAP), tem sido severamente afetado por incêndios na vegetação, associados à intensificação de extremos hidroclimáticos. A combinação entre secas severas, ondas de calor e pressões antrópicas culminou, em 2020, no evento mais extremo já registrado na região, quando mais de 30% do bioma foi consumido pelo fogo, gerando impactos socioeconômicos e ambientais expressivos. Mais recentemente, em junho de 2024, ainda no início da temporada de incêndios, o Pantanal registrou uma área queimada recorde de aproximadamente 440.000 hectares, o que equivale a cerca de 50 vezes a média histórica do mês. Esse episódio refletiu condições climáticas excepcionais, com um período de retorno estimado em 35 anos, em um contexto em que 2024 se consolidou como o ano mais quente já registrado globalmente e no Brasil. No Pantanal, essas anomalias se manifestaram por meio de seca extrema, ondas de calor persistentes e condições meteorológicas altamente favoráveis à propagação do fogo, resultando em uma temporada de incêndios excepcionalmente prolongada, de junho a outubro. Ao longo das últimas décadas, observa-se no Pantanal um aumento na frequência e na intensidade de eventos hidroclimáticos extremos, decorrente da interação entre mudanças climáticas regionais, alterações no regime hidrológico e pressões antrópicas. Esses processos têm modulado a dinâmica do fogo em um dos ecossistemas úmidos mais biodiversos do planeta, favorecendo a ocorrência de incêndios em grande escala. Diante desse contexto, esta tese adota uma abordagem integrada para investigar como extremos hidroclimáticos; em especial secas severas, ondas de calor e déficits no transporte de umidade; modulam a ocorrência, a severidade e a expansão dos incêndios no Pantanal, ao mesmo tempo em que avança no desenvolvimento de métodos para o monitoramento e mapeamento de áreas queimadas. No primeiro eixo, investigam-se os mecanismos atmosféricos e a ocorrência de eventos compostos secos–quentes que culminaram nos incêndios extremos de 2024, o ano mais quente já registrado globalmente. A partir da integração de dados de satélite, indicadores climáticos e análises sinóticas, identifica-se 2024 como a seca mais severa no período 1980–2024, caracterizada por déficits excepcionais de precipitação e umidade do solo, ausência do pulso de inundação e ocorrência de ondas de calor persistentes. Esses fatores atuaram simultaneamente e de forma sinergética, gerando condições altamente propícias ao fogo e elevando os índices de perigo. No segundo eixo, aprofunda-se a compreensão dos processos atmosféricos de grande escala que modulam secas críticas no bioma, por meio da análise do transporte de umidade e de seus desvios ao longo de anos de seca extrema, associados à elevada atividade de fogo. O uso do modelo lagrangiano FLEXPART permitiu identificar mudanças nas contribuições de fontes terrestres e oceânicas de umidade, revelando que déficits persistentes no transporte desempenham papel crucial no início, na duração e na severidade das secas. Esses padrões ajudam a explicar a variabilidade interanual da atividade de fogo e reforçam a influência de processos atmosféricos remotos na dinâmica hidroclimática regional. O terceiro eixo da tese desenvolve e valida um produto harmonizado de área queimada para o Pantanal (2014–2024), baseado na integração das constelações Landsat-8/9 e Sentinel-2. O método incorpora amostragem automática guiada por detecções do VIIRS e filtragem morfológica para a geração de amostras consistentes, resultando em classificações com acurácia superior a 99,6% e métricas de desempenho acima de 0,99. Os mapas anuais e mensais documentam padrões espaciais e temporais de fogo no bioma, oferecendo uma base robusta para estudos ecológicos, climáticos e de gestão ambiental. Ao integrar diagnósticos físicos, análises de processos atmosféricos e avanços metodológicos em sensoriamento remoto, esta tese contribui para uma compreensão aprofundada da relação entre extremos hidroclimáticos e fogo no Pantanal. Os resultados reforçam a importância de incorporar a natureza composta desses eventos em políticas de mitigação e adaptação, além de fornecer uma estrutura analítica e um conjunto de ferramentas para aprimorar o monitoramento operacional e a gestão integrada do fogo em um cenário de mudanças climáticas aceleradaspt_BR
dc.embargo.termsabertopt_BR
dc.identifier.citationBELÉM, Liz Barreto Coelho. Compound dry hot fire extreme events in the Pantanal. 2026. 244 f. Tese (doutorado) - Instituto de Geociências, Programa de Pós-Graduação em Meteorologia, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2026.pt_BR
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/11422/28976
dc.languageengpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal do Rio de Janeiropt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.departmentInstituto de Geociênciaspt_BR
dc.publisher.initialsUFRJpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Meteorologiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectIncêndios florestaispt_BR
dc.subjectExtremos climáticospt_BR
dc.subjectSecaspt_BR
dc.subjectClimatériopt_BR
dc.subjectSensoriamento remotopt_BR
dc.subjectPantanalpt_BR
dc.subjectWildfirespt_BR
dc.subjectClimate extremespt_BR
dc.subjectDroughtspt_BR
dc.subjectHeat waves (Meteorology)pt_BR
dc.subjectRemote sensingpt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::GEOCIENCIAS::METEOROLOGIA::CLIMATOLOGIApt_BR
dc.titleCompound dry hot fire extreme events in the Pantanalpt_BR
dc.typeTesept_BR

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