Team bruger maskinlæring til at hjælpe med at fortælle, hvilke naturbrande der vil brænde ude af kontrol

Et tværfagligt team af forskere ved University of California, Irvine har udviklet en ny teknik til at forudsige den endelige størrelse af en naturbrand fra antændelsesøjeblikket.

Bygget op omkring en maskinlæringsalgoritme, modellen kan hjælpe med at forudsige, om en brand bliver lille, medium eller stor på det tidspunkt, hvor det er gået sin gang – viden nyttig for dem, der har ansvaret for at tildele knappe brandslukningsressourcer. Forskernes arbejde fremhæves i en undersøgelse offentliggjort i dag i International Journal of Wildland Fire .

"En nyttig analogi er at overveje, hvad der får noget til at gå viralt på sociale medier, " sagde hovedforfatter Shane Coffield, en UCI ph.d.-studerende i jordsystemvidenskab. "Vi kan tænke over, hvilke egenskaber ved et specifikt tweet eller opslag, der kan få det til at sprænge i luften og blive virkelig populært - og hvordan du kan forudsige, at det i øjeblikket er postet eller lige før det bliver sendt."

Han og hans kolleger anvendte den tankegang på en hypotetisk situation, hvor snesevis af brande udbryder samtidigt. Det lyder ekstremt, men dette scenarie er blevet alt for almindeligt i de senere år i dele af det vestlige USA, da klimaændringer har resulteret i varme og tørre forhold på jorden, der kan sætte en region i høj risiko for antændelse.

"Kun nogle få af disse brande bliver virkelig store og tegner sig for det meste af det brændte område, så vi har denne nye tilgang, der er fokuseret på at identificere specifikke tændinger, der udgør den største risiko for at komme ud af kontrol, " sagde Coffield.

Holdet brugte Alaska som et studieområde for projektet, fordi staten i løbet af det sidste årti har været plaget af et udslæt af samtidige brande i dens boreale skove, truer menneskers sundhed og sårbare økosystemer.

Kernen i UCI-forskernes model er en "beslutningstræ"-algoritme. Ved at tilføre den klimadata og afgørende detaljer om atmosfæriske forhold og de typer af vegetation, der er til stede omkring startpunktet for en brand, forskerne kunne forudsige den endelige størrelse af en flamme 50 procent af tiden. En nøglevariabel er damptryksunderskuddet - hvor lidt fugt der er i området - i løbet af de første seks dage af en brands eksistens. En anden vigtig overvejelse for Alaskas skove er procentdelen af ​​træer af sorten gran.

"Sort gran, som er dominerende i Alaska, har disse lange, hængende grene, der er designet – fra et evolutionært perspektiv – til at sprede ild, " sagde medforfatter James Randerson, professor og Ralph J. &Carol M. Cicerone Chair i Earth System Science ved UCI. "Deres frø er tilpasset til at klare sig godt i et miljø efter brand, så deres strategi er at dræbe alt andet omkring dem under en brand for at mindske konkurrencen om deres afkom."

Han sagde, at Coffield var i stand til at vise, at fraktionen af ​​sort gran inden for en radius på 2,5 mil fra antændelsesstedet er en vigtig faktor for at vurdere, hvor stor en brand vil vokse.

En fordel ved denne nye metode er hastighed, sagde Coffield. Algoritmen "lærer" med hvert nyt datapunkt og kan hurtigt finde ud af de kritiske tærskler for at identificere store brande. Det er muligt for folk at gøre dette manuelt eller ved at køre simuleringer på hver anden tænding, han sagde, men maskinlæringssystemets statistiske tilgang er "virkelig meget hurtigere og mere effektiv, især for at overveje flere brande samtidigt."

Stillet over for et klimaforandringer-induceret hop i antallet af forventede naturbrande hver sæson, stat, amtslige og lokale brandslukningsmyndigheder kunne drage fordel af nogle opdaterede værktøjer og teknikker, Randerson bemærkede. Ud over potentielt at redde liv og beskytte ejendom og afgørende infrastruktur, brandbekæmpelsesindsatsen vil også blive stadig vigtigere for at bevare den naturlige verden.

"På steder som Alaska, der er behov for at begrænse det område, der er ramt af brand, fordi hvis vi bliver ved med at have disse usædvanlige, år med høj brand, mere kulstof vil gå tabt fra landskabet, forværre opvarmning, " sagde Randerson. "Hvis vi lader ildene løbe væk, vi kan være i en situation, hvor der er en masse betydelige skader på både klimasystemet og økosystemerne."