Før branden:Storstilet undersøgelse har til formål at forbedre brændingshåndteringen af ​​Flint Hills

Forskere fra Kansas State University er en del af et stort samarbejdsprojekt, der bruger ubemandede fly til at forbedre Kansas Flint Hills Smoke Management Plan.

Det treårige projekt er finansieret af Kansas Department of Health and Environment, eller KDHE, og involverer universitetsvidenskabsmænd; NASA videnskabsmænd; ubemandede flysystempiloter fra Kansas State University Polytechnic Campus; meteorologer; ranchere; og miljøforkæmpere. Forskergruppens medlemmer har forskellig baggrund, men de deler alle et fælles mål:at forbedre miljøet og menneskers sundhed og samtidig balancere levebrødet for ranchere og landmænd.

"Vi ønsker, at vores data skal være nyttige til at holde ild som en praksis, der er både økologisk acceptabel og socialt acceptabel i Great Plains, " sagde Carol Baldwin, projektlederen og en K-State Research and Extension associate i College of Agriculture.

Holdet samarbejder med en rancher fra Flint Hills for at indsamle data under typiske forbrændinger af højgræs. Forskerne har vedhæftet sensorer på ubemandede fly for at indsamle luftkvalitetsoplysninger under en forbrænding.

De oplysninger, de indsamler, hjælper NASA med at verificere satellitdataprodukter og letter samarbejdet mellem KDHE og Environmental Protection Agency for at forbedre Kansas Flint Hills Smoke Management Plan. Planen blev implementeret i 2011 og hjælper ranchere med at træffe beslutninger om de bedste dage at brænde uden at påvirke menneskers sundhed negativt, især i storbyområder.

I fortiden, når vejrforholdene var rigtige, Flint Hills forårsafbrænding påvirkede luftkvaliteten i Wichita, Topeka, Kansas City og storbyområder i Nebraska og Oklahoma. Den dårlige luftkvalitet er dårlig for mennesker med astma og andre helbredsproblemer. Udfordringen er, at ild er nødvendig for at bevare integriteten af ​​højgræsprærielandskabet, sagde Baldwin.

"Vi har brug for ild, " sagde Baldwin, som er ekspert i forvaltning af græsarealer. "Hvis vi tager ild og græsning ud af økosystemet, vi vil ikke have prærier, som vi kender dem. Vi ender med en kratbevokset skov."

Nuværende røghåndteringsmodeller, såsom Flint Hills-planen, bruge data fra brande i andre dele af USA, ikke på de store sletter, Baldwin sagde, og det er et problem. Det universitetsledede projekt ønsker at få mere nøjagtige branddata fra Great Plains-regionen ved at arbejde med rigtige ranchere under en typisk afbrænding.

"Det er vores håb, at ranchere i Flint Hills vil bruge disse værktøjer til at planlægge deres forbrændinger, så de ikke påvirker luftkvaliteten medvind fra branden, " sagde Doug Watson, luftovervågnings- og planlægningschef hos Kansas Department of Health and Environment. "På samme tid, vi ønsker at uddanne storbyområderne om vigtigheden af ​​Flint Hills-økosystemet og årsagerne til, hvorfor rancherne brænder for at opretholde det økosystem."

Brug af ubemandede fly

For at teste en ordineret forbrænding, forskerne arbejder sammen med Jane Koger, en Matfield Green rancher. Koger har tilladt forskerne at indsamle data før, under og efter de årlige afbrændinger på hendes ranchland.

UAS-piloter samler røgemissioner fra en kontrolleret forbrænding ved at flyve tre ubemandede fly ind i røgen over brandene. De ubemandede fly bruger kontinuerlige sensorer og prøvesensorer til at måle partikler og ozonfremkaldende kemikalier, og de bruger termisk billeddannelse til at måle brandtemperaturen. De kontinuerlige sensorer bruger lasere til at tage målinger og sende data, inklusive partikelkoncentration, ozonniveauer, temperatur og fugtighed. Prøvesensorerne har en lille pose til at samle og bringe luftpartikelprøver tilbage, der analyseres for partikler, eller PM, samt nitrogendioxid og flygtigt organisk kulstof, eller VOC, niveauer.

Travis Balthazor, UAS flyveoperationsleder, leder holdet af 12 uddannede UAS-piloter, som omfatter forskere og studerende med Kansas State University Polytechnic Campus. Eleverne får erfaringer fra den virkelige verden gennem projektet, sagde Balthazor.

"Dette er uden for vores normale boks, så dette er en indsats, der gavner os i det lange løb, " sagde Balthazor. "For så vidt angår drift af fly og ser på fremtiden for ubemandede fly, alle ønsker at flyve uden for synsvidde, og de ønsker at flyve højere. Det får vi en forsmag på med dette projekt."

Efter forbrændingen

Efter hver forbrænding, forskerne har en registrering af græsbiomasse, der blev brændt, ildens varmeniveauer og emissionsniveauerne fra ilden.

Disse data hjælper NASA med at verificere satellitbilleder og fjernstyrede emissionsestimater. NASA bruger billeddannelse fra satellitdata til at bestemme en brands intensitet og røgemissionshastigheder. For at fuldføre valideringen, forskere kombinerer direkte målinger af sort kulstofproduktion med data fra et termisk kamera, der måler hele området af en brands interne temperaturer. Forskningen hjælper også NASA med at forbedre satellitdatamodeller.

Andre projektsamarbejdspartnere – inklusive Deon Van Der Merwe, adjungeret fakultetsmedlem i diagnostisk medicin og patobiologi ved universitetets College of Veterinary Medicine - bruger det ubemandede fly til at estimere brandstørrelsen ved at flyve fly over græsarealer før en foreskrevet forbrænding for at bestemme, hvor meget græs, træer eller buske er i området.

For rancher Koger, forskningsprojektet kan hjælpe ranchere som hende med at lære at vedligeholde højgræsprærien uden at skade deres levebrød.

"Jeg tror, ​​det er vigtigt at få en bedre forståelse af, hvad vi laver, og hvad vi sætter i luften, " sagde Koger. "Vi har børn og børnebørn, og nogle af dem har astma. Det påvirker os alle sammen. Når vi har konkret videnskab – og når K-State deler det – lytter ranchere. At få nogle tal og vide, hvad vi virkelig laver, og få det ud til offentligheden igen, vil tale til folk."