NASA sporer naturbrande ovenfra for at hjælpe brandfolk under

Hver aften fra det sene forår til det tidlige efterår, to fly løfter fra lufthavne i det vestlige USA og flyver gennem solnedgangen, hver på vej mod en aktiv løbeild, og så en anden, og en anden. Fra 10, 000 fod over jorden, piloterne kan få øje på en ild, og lejlighedsvis kommer røg ind i kabinen, brænder øjne og hals.

Piloterne flyver en lige linje over flammerne, derefter vender du om og flyver tilbage i en tilstødende, men overlappende sti, som om de klipper en græsplæne. Når brandaktiviteten er på sit højeste, det er ikke ualmindeligt, at besætningen kortlægger 30 brande på en nat. Det resulterende luftfoto af landets farligste naturbrande hjælper med at etablere kanterne på disse brande og identificere områder tykke med flammer, spredte brande og isolerede hotspots.

En stor global konstellation af satellitter, drives af NASA og National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), kombineret med en lille flåde af fly, der drives af U.S. Forest Service (USFS), hjælper med at opdage og kortlægge omfanget, spredning og påvirkning af skovbrande. Efterhånden som teknologien har avanceret, så har værdien af ​​fjernmåling, videnskaben om at scanne Jorden på afstand ved hjælp af satellitter og højtflyvende fly.

Det mest umiddelbare, beslutninger om liv eller død i bekæmpelse af skovbrande-at sende røghoppere til en højderyg, for eksempel, eller kalder en evakueringsordre, når flammer springer en flod - foretages af brandmænd og ledere i kommandocentre og på brandlinjen. Data fra satellitter og fly giver situationsfornemmelse med en strategisk, stort billede.

"Vi bruger satellitterne til at informere beslutninger om, hvor vi skal placere aktiver i hele landet, "sagde Brad Quayle fra Forest Service's Geospatial Technology and Applications Center, som spiller en central rolle i tilvejebringelse af fjernsensningsdata til aktiv undertrykkelse af brande. "Når der er stor konkurrence om brandmænd, tankskibe og fly, der skal træffes beslutninger om, hvordan disse aktiver skal fordeles. "

Det er ikke ualmindeligt, at en satellit, der observerer jorden, er den første til at opdage en løbeild, især i fjerntliggende regioner som Alaskas vildmark. Og på højden af ​​ildsæsonen, når der er flere brande end fly til at kortlægge dem, data fra satellitter bruges til at estimere brandens udvikling, fange brændte områder, den skiftende omkreds og potentielle skader, ligesom i tilfælde af Montanas Howe Ridge Fire, som brændte i næsten to måneder i Glacier National Park sidste sommer.

Globalt brandbillede fra rummet

I januar 1980, to forskere, Michael Matson og Jeff Dozier, der arbejdede på NOAA's National Environmental Satellite, Data, og Information Service bygning i Camp Springs, Maryland, opdagede små lyspunkter på et satellitbillede af Den Persiske Golf. Billedet var taget med AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) instrumentet på NOAA-6 satellitten, og pletterne, de opdagede, var bålstørrelse bluss forårsaget af afbrænding af metan i oliebrønde. Det markerede første gang, at en så lille brand var set fra rummet. Dozier, hvem ville blive grundlægger af Bren School of Environmental Science and Management ved University of California i Santa Barbara, var "fascineret af mulighederne, "og han fortsatte med at udvikle, inden for et år, en matematisk metode til at skelne små brande fra andre varmekilder. Denne metode ville blive grundlaget for næsten alle efterfølgende satellitbranddetekteringsalgoritmer.

Hvad der blev lært af AVHRR informerede om designet af det første instrument med spektrale bånd eksplicit designet til at detektere brande, NASA's Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer, eller MODIS, opsendt på Terra -satellitten i 1999, og et andet MODIS -instrument på Aqua i 2002. MODIS informerede igen om designet af Visible Infrared Imaging Radiometer Suite, VIIRS, som flyver på Joint Polar Satellite System's NOAA/NASA Suomi-NPP og NOAA-20 satellitter. Hvert nyt instrument repræsenterede et stort skridt fremad inden for branddetekteringsteknologi.

"Uden MODIS, vi ville ikke have VIIRS -algoritmen, "sagde Ivan Csiszar, aktiv brandproduktledning til Joint Polar Satellite System -kalibreringsteamet. "Vi byggede videre på den arv."

Instrumenterne på polar-kredsende satellitter, ligesom Terra, Aqua, Suomi-NPP og NOAA-20, typisk observere en løbeild på et givet sted et par gange om dagen, mens de kredser om jorden fra pol til pol. I mellemtiden, NOAAs geostationære satellitter GOES-16 og GOES-17, som blev lanceret i november 2016 og marts 2018, henholdsvis, levere løbende opdateringer, dog i en grovere opløsning og til faste dele af planeten.

"Du kan ikke få et globalt billede med et fly, du kan ikke gøre det fra en jordstation, "sagde Ralph Kahn, seniorforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center. "For at få et globalt billede, du har brug for satellitter. "

MODIS -instrumentet kortlagde brande og brænder ar med en nøjagtighed, der langt overgik AVHRR. Og efter næsten 20 år i kredsløb, de optiske og termiske bånd på MODIS, som registrerer reflekteret og udstrålet energi, fortsætte med at levere daglige synlige billeder og oplysninger om natten om aktive brande.

VIIRS har forbedret branddetekteringsmuligheder. I modsætning til MODIS, VIIRS -billedbåndet har en højere rumlig opløsning, ved 375 meter pr. pixel, hvilket gør det muligt at opdage mindre, lavere temperaturbrande. VIIRS leverer også natdetekteringsfunktioner gennem sit Day-Night Band, som kan måle synligt lys med lav intensitet udsendt af små og nye brande.

De første øjeblikke efter en brand, der er antændt, er kritiske, sagde Everett Hinkley, National Remote Sensing Program Manager for U.S. Forest Service. I Californien, for eksempel, når intens vind kombineres med tørt brændstof, responstiden kan betyde forskellen mellem en katastrofal brand, ligesom Camp Fire, der indtog næsten hele byen Paradise, og en der hurtigt er indeholdt.

"De brandmænd, der er førstehjælpere, ved ikke altid den præcise placering af branden, hvor hurtigt det bevæger sig eller i hvilken retning, "Hinkley sagde." Vi arbejder på at forsøge at give dem information i realtid eller nær realtid for at hjælpe dem med bedre at forstå brandadfærden i de tidlige kritiske timer. "

Respondenter henvender sig i stigende grad til GOES -satellitterne for tidligt, præcis geolokalisering af brande i fjerntliggende områder. Den 2. juli, 2018, for eksempel, efter der blev rapporteret om røg i et skovområde nær Central Colorado's Custer County, GOES East opdagede et hotspot der. Forudsigere i Pueblo inspicerede visuelt dataene og gav de nøjagtige koordinater for, hvad der ville blive Adobe Fire, og mandskaber blev hurtigt sendt til stedet. Branddetekterings- og karakteriseringsalgoritmen, den nyeste version af NOAAs operationelle branddetekteringsalgoritme, er i færd med at blive opdateret og forventes yderligere at forbedre tidlig påvisning af brand og reducere falske positive.

"Den hellige gral er, at brandmænd gerne vil være i stand til at komme i brand i de første par timer eller endda inden for den første time, så de kan tage skridt til at slukke det, "sagde Vince Ambrosia, en skovbrand fjernmåling videnskabsmand ved NASAs Ames Research Center i Moffett Field, Californien. "Så det er afgørende at have regelmæssig og hyppig dækning."

Der kan tilgås fjernsensningsdata om naturbrande på mange forskellige måder. Blandt dem, NASAs brandinformation til ressourcehåndteringssystem, eller FIRMS, bruger MODIS- og VIIRS -data til at levere opdateringer om aktive brande i hele verden, herunder en grov placering af et detekteret hotspot. Billeder er tilgængelige inden for fire til fem timer.

Røg og folkesundhed

Selvfølgelig, hvor der er ild, der er røg, og det er vigtigt for luftkvaliteten at vide, hvordan røg i naturen løber gennem atmosfæren, synlighed og menneskers sundhed. Ligesom andre partikler i atmosfæren, røg fra naturbrande kan trænge dybt ned i lungerne og forårsage en række sundhedsproblemer. Satellitter kan give os vigtige oplysninger om denne røgs bevægelse og tykkelse.

Terra bærer multi-angle Imaging SpectroRadiometer (MISR) instrumentet, en sensor, der bruger ni faste kameraer, hver ser Jorden i en anden vinkel. MISR måler bevægelsen og højden af ​​en ilds røgplume, samt mængden af ​​røgpartikler, der kommer fra den brand, og giver nogle spor om plommens sammensætning. For eksempel, under lejrbranden, MISR -målinger viste en plume lavet af store, ikke-sfæriske partikler over Paradis, Californien, en indikation på, at bygninger brændte. Forskere har fastslået, at bygningsrøg fører til større og mere uregelmæssigt formede partikler end naturbrande. Røgpartikler fra afbrænding af den omgivende skov, på den anden side, var mindre og for det meste sfæriske. MISR's målinger viste også, at ilden havde røget næsten 2 miles ind i atmosfæren og ført den omkring 180 miles nedad i vinden, mod Stillehavet.

Forskere overvåger også nøje, om højden af ​​røgen har overskredet "nær overfladegrænselaget, "hvor forurening har en tendens til at koncentrere sig. Skovbrande med mest energi, såsom boreale skovbrande, er mest tilbøjelige til at producere røg, der går over grænselaget. I den højde, "Røg kan typisk rejse længere, blive i atmosfæren længere, og har en indvirkning længere modvind, "Sagde Kahn.

Satellitterne har begrænsninger. Blandt dem, de varmesignaturer, instrumenterne registrerer, er i gennemsnit over pixels, hvilket gør det svært at præcist fastslå brandsted og størrelse. Fortolkning af data fra satellitter har yderligere udfordringer. Selvom termiske signaler giver en indikation af brandintensitet, røg over ilden kan reducere det signal, og ulmende brande udstråler måske ikke så meget energi som flammende brande ved de observerede spektrale bånd.

Tæt på med luftbårne 'varme' sensorer

Det er her, instrumenterne på Forest Service -flyene kommer ind. Data fra disse flyvninger bidrager til National Infrared Operations Program (NIROPS), som bruger værktøjer udviklet med NASA til at visualisere information om brande i webkortlægningstjenester, herunder Google Earth. NASA arbejder tæt sammen med Forest Service for at udvikle nye teknologier til den slags termiske sensingsystemer, disse fly har.

Hvert NIROPS-fly er udstyret med en infrarød sensor, der kan se et halvt kilometer land under og kan kortlægge 300, 000 hektar terræn i timen. Fra en højde af 10, 000 fod, sensoren kan registrere et hotspot på kun 6 tommer på tværs, og placer det inden for 12,5 fod på et kort. Dataene fra hvert pas registreres, komprimeret og umiddelbart nedlinket til et FTP -sted, hvor analytikere opretter kort, som brandmænd kan få adgang til direkte på en telefon eller tablet i marken. De flyver om natten, når der ikke er noget solskin, der går på kompromis med deres målinger, baggrunden er køligere, og brandene er mindre aggressive.

"Hver gang vi scanner, vi 'bryder' den ild, "siger Charles" Kaz "Kazimir, en infrarød tekniker med NIROPS, der har fløjet brande med programmet i 10 år. "På jorden, de har måske ideer om, hvordan den brand opfører sig, men når de får billedet, det er sandheden. Det enten validerer eller ugyldiggør deres antagelse siden sidste gang, de havde intel. "

De infrarøde flyinstrumenter udfylder nogle af hullerne i satellitdataene. Feltkampagner, såsom NASA-NOAA FIREX-AQ, nu i gang, er designet til også at løse disse spørgsmål. Men forskere søger også ny teknologi. I 2003, repræsentanter fra NASA og Skovtjenesten dannede et taktisk brand -fjernmålingskomité, som mødes to gange årligt for at diskutere måder at udnytte ny og eksisterende fjernmålingsteknologi på, hvad angår naturbrande. For eksempel, en ny infrarød sensor udvikles, der scanner et skår tre gange bredere end det eksisterende system. Det ville betyde færre flylinjer og mindre tid brugt på en individuel brand, Sagde Hinkley.

"Takeaway er virkelig, at vi aktivt undersøger og udvikler kapaciteter, der vil hjælpe beslutningstagere på stedet, især i de tidlige faser af dynamiske brande, "Sagde Hinkley." Vi hviler ikke bare på laurbærrene her. Vi forstår, at vi er nødt til bedre at udnytte nye teknologier for at hjælpe med at beskytte mennesker. "