Kapløbet om at være på forkant med skovbrande

Som for at følge med den voksende hyppighed og intensitet af skovbrande i hele Californien, et netværk af skovbrandskameraer voksede fra 35 stationer sidste år til mere end 300 i slutningen af ​​oktober.

ALERTWildfire-systemet, der er udviklet i fællesskab af UC San Diego, er et af flere produkter skabt af universitetet, der forbedrer de vestlige staters teknologiske evne til at håndtere skovbrande, nu hvor de engang sjældne katastrofale begivenheder er ved at blive almindelige.

ALERTWildfire slutter sig til projekter som WIFIRE og UC San Diego forskningsundersøgelser, der overvejer alt fra det geografiske omfang af luftvejssundhedsproblemer forårsaget af naturbrande til spændingen mellem de statslige enheder, der betaler for katastrofer, og dem, der fastsætter byggekoder i højbrandfarezoner. Nu hvor worst-case scenarier ser ud til at være en ny grundpille i en overskuelig fremtid, fokus er på at minimere skaderne så tidligt som muligt.

"Hver brand starter i det små, " sagde Neal Driscoll, en geovidenskabsmand ved Scripps Institution of Oceanography. "Hvis vi kan komme ovenpå dem i deres begyndende fase, vi har mulighed for at blive i offensiven."

Indtil nu, 2019 har produceret flammer, der konkurrerer med 2018's Paradise Fire og Thomas Fire i 2017. Men forskere som Driscoll ser, at teknologien gør en forskel. Han og kolleger fra University of Nevada, Reno har konverteret, hvad der startede som et backcountry-observationsnetværk, beregnet til at overvåge seismisk aktivitet, til et system, der giver brandmyndighederne øjne på brande fra det øjeblik, de startede. De planlægger at udvide ALERTWildfire-netværket til 1, 000 stationer inden for de næste to år.

Kameraerne er hurtigt blevet adopteret af brandvæsenet. Ben Nicholls, en afdelingschef i California Department of Forestry and Fire Protection (CAL FIRE) i Sonoma County, fortalte New York Times, at hver enkelt af disse enheder er "guld værd." Nicholls' enhed har brugt kameraerne til at bekræfte 911-opkald og lokalisere den nøjagtige placering af branden for at forhindre brandmænd i at køre rundt og spilde værdifuld tid. I San Diego, CAL FIRE talsmand Thomas Shoots har sagt, "at have disse kameraer er lidt som at have et andet sæt øjne for os."

I 2017 da der kun var en håndfuld kameraer i hele Californien, Oregon, Nevada, og Washington, 44 mennesker døde som følge af naturbrande. Indtil videre i år, der har ikke været nogen dødsulykker til dato - selv med den hastighed, hvormed flammer som Kincaid-branden i Sonoma County har spredt sig. Driscoll mener, at i det mindste en del af dette kan tilskrives ALERTWildfire, som giver brandmyndigheder mulighed for at tage kontrol over kameraer i netværket for at spore begyndende brande. I tilfælde af Kincaid-branden, CAL FIRE embedsmænd overvågede branden inden for 11 minutter efter dens første antændelse og kombinerede denne information med fugt- og vinddata for at bestille øjeblikkelig evakuering i dens nærhed.

"Vi redder liv. Det er nr. 1 ting, "Driscoll sagde. "Situationsbevidstheden gør det muligt for førstehjælpere at skalere ressourcer og træffe vigtige beslutninger i tide."

Statslige embedsmænd har brugt ALERTWildfire i kombination med andre værktøjer såsom WIFIRE udviklet af forskere ved Qualcomm Institute, San Diego Supercomputer Center (SDSC), og Mechanical and Aerospace Engineering (MAE) afdelingen ved UC San Diego.

Den National Science Foundation-finansierede teknologi opdager skovbrande, før de kommer ud af kontrol ved hjælp af data fra satellitter og sensorer udstationeret i felten. Målet for WIFIRE-ledere er at bygge en flåde af droner, der kan arbejde i forening for at kortlægge et område i realtid, overvåge miljøforhold såsom temperatur, fugtighed, vind, og luftkvalitet og give tidlig advarsel til statslige skovbrugere, brandvæsen og naturbrandforebyggende myndigheder.

Data fra disse droner kunne give supplerende information til WIFIRE-projektets store modeller, sagde UC San Diego elektroingeniør professor Nikolay Atanasov.

"WIFIRE-modellerne og satellitbillederne giver et godt globalt overblik til sporing af skovbrande, men de tillader os ikke at se under baldakinen eller under skyerne. Så, Ideen her er at implementere et team af små robotter til at zoome ind og indsamle flere lokaliserede målinger og tilpasset vurdere, om der er et interesseområde, " sagde Atanasov.

Atanasov arbejder sammen med UC San Diego datalogi og ingeniørprofessorer Tajana Rosing og Sicun (Sean) Gao. Projektet er stadig i sin tidlige fase. Holdet er i gang med at udvikle algoritmer og software til at optimere dronekortlægning og koordinering, samt opsætning af hardware og sensorer. Forskerne vil næste gang forberede dronerne til indledende flyvetests i dele af San Diego.

Mens interessen for UC San Diegos WIFIRE Lab-projekt har været støt stigende blandt statens katastrofeforebyggende myndigheder og andre organisationer, dette aktivitetsniveau har oplevet en kraftig stigning med den nu tilsyneladende endeløse naturbrandsæson, der i øjeblikket griber mange dele af Californien.

"WIFIRE blev skabt for at integrere realtidsinformation om naturbrande, og at bruge sådanne oplysninger til prædiktiv brandadfærdsmodellering, " sagde Ilkay Altintas, Chief Data Science Officer hos SDSC og hovedefterforsker for WIFIRE-projektet, startede under et flerårigt 2,65 millioner dollars National Science Foundation-bevilling.

Forudsigende analyseteknikker – der nu bruges med dataanalyse i realtid – blev for nylig brugt af brandslukningsmyndighederne i et flertal af brandene i det sydlige Californien i løbet af de sidste to måneder, inklusive Palisades- og Getty-brandene. Denne datadrevne tilgang til respons er takket være et 150-dages statsdækkende pilotprogram kaldet FIRIS (Fire Integrated Real-Time Intelligence System), lanceret i september under statsstøtte sikret af Assemblywoman Cottie Petrie-Norris (D-Laguna Beach).

Som medlem af FIRIS, WIFIRE Lab på SDSC leverer brandspredningsprojektioner i realtid i op til seks timer baseret på brandperimeterdata indsamlet af fly. Disse fremskrivninger koordineres gennem et fusionscenter bemandet med eksperter til at yde beslutningsstøtte baseret på perimetrene for brandsluknings- og ledelsesaktioner fra brandmænd.

"For første gang i historien, WIFIRE Lab modtager brandomkredse fra et fastvinget fly udstyret med infrarøde funktioner i realtid efter en næsten øjeblikkelig afsendelse på anmodning, " sagde Altintas. "Selvom vi har indsamlet oplysninger fra mange kilder før, vi havde ikke høj kvalitet, perimeterinformation i realtid med den hastighed, vi ønskede."

Behovet for sådanne datarige ressourcer til at hjælpe med at afbøde naturkatastrofer er steget med antallet og intensiteten af ​​naturbrande i de seneste år. Alene i Californien så næsten 1,7 millioner acres brændt over hele staten i 2018.

WIFIRE Lab arbejder med brandmænd i hele Californien, sammen med mere end 130 organisationer og enkeltpersoner, der rakte ud efter uformel hjælp og samarbejde. Orange County Brandmyndighed, Los Angeles Countys brandvæsen, Ventura County Brandvæsen, og California Public Utilities Commission er blandt dem.

"Mennesker kan sandsynligvis gøre alt, hvad computere kan gøre, men ikke i den hastighed og den skala, som computere kan opnå, " bemærkede Altintas. "Sådanne offentlige/private partnerskaber er, hvad staten har brug for for i fællesskab og i fællesskab at finde svar på de voksende udfordringer inden for farebegrænsning, overvågning, og svar."

WIFIRE Lab arbejder med brandmænd i hele Californien, sammen med mere end 130 organisationer og enkeltpersoner, der rakte ud efter uformel hjælp og samarbejde. Orange County Brandmyndighed, Los Angeles Countys brandvæsen, Ventura County Brandvæsen, og California Public Utilities Commission er blandt dem, der samarbejder med WIFIRE.

Deltagere i WIFIRE Lab omfatter forskere fra SDSC og andre UC San Diego områder, herunder Qualcomm Institute, Scripps Institution of Oceanography og Mechanical and Aerospace Engineering (MAE) afdelingen ved universitetets Jacobs School of Engineering.

Qualcomm Institutes Jessica Block, der fungerer som seniorforsker for instituttet, er associeret direktør for WIFIRE Lab. Hun er en tværfaglig geolog og byøkolog med speciale i brugen af ​​sensornetværk, fjernmåling og geospatiale visualiseringsværktøjer til katastrofeberedskab, naturressourceforvaltning, politisk beslutningstagning og bæredygtighed.

Block blev for nylig udnævnt til California Wildfire Safety Advisory Board af guvernør Gavin Newsom. Bestyrelsen, oprettet i juli, består af uafhængige ekspertrådgivere, som vil rådgive en ny Wildfire Safety Division i California Public Utilities Commission om foranstaltninger til beskyttelse af naturbrande, inklusive planer skrevet af forsyningsselskaber, så CPUC mere effektivt kan regulere sikkerheden for investor-ejede forsyningsselskaber, ifølge guvernørens kontor.

"Mange af de softwaresystemer, der bruges til brandsimulering i dag, kræver en masse manuelt input, " sagde Block i et UCTV-interview. "Måden WIFIRE fungerer på, automatiserer meget af det, så du ikke behøver at koordinere og specificere en masse datasæt, der allerede er der for dig. Det gør systemet hurtigere, og det kan fungere for dig."

Mens UC San Diego-forskere er optaget af viden i realtid, andre ser fremad på, hvordan Californien skal komme videre med at klare en ny klimaforandringer drevet virkelighed. Scripps forskere, for eksempel, rapporterede for nylig, at Santa Ana vindaktivitet forventes at falde i frekvens i efteråret og foråret, men ikke i spidsintensiteten. Dette indsnævrer effektivt Santa Ana-vindsæsonen omkring dets historiske højdepunkt i december. Disse resultater, sammen med en forventet senere start på den våde sæson, foreslår en senere og muligvis mere intens naturbrandsæson i fremtiden med tør vegetation, der fortsætter ind i december, hvor ryg-mod-ryg Santa Ana-vindbegivenheder er almindelige, og skovbrande kan brænde længere og større. Thomas-ilden i 2017 er et eksempel på en skovbrand i sen-sæsonen, der voksede til hidtil usete proportioner, da den blev blæst af ryg-mod-ryg Santa Ana-vinde.

Rosana Aguilera, en postdoc forsker ved Scripps, har været en del af den indsats, men overvejer også vindeffekterne af naturbrande. Specifikt, hun og kolleger undersøger, hvordan fine partikler (PM2,5) i røg fra skovbrande påvirker folkesundheden. Selvom det er veletableret, at røg kan forværre en række luftvejsproblemer, lidt arbejde til dato har set på isolering og undersøgelse af virkningerne af naturbrandspecifikke PM2.5. Aguilera, Scripps klimaforsker Alexander Gershunov, og epidemiolog Tarik Benmarhnia, som har en fælles aftale mellem Scripps og School of Medicine, bruger store Santa Ana vinddrevne naturbrande fra 2003 og 2008 til at spore virkningerne af finpartikelforurening og deres rumlige og tidsmæssige udvikling.

"De fleste undersøgelser, der ser på sundhedseffekter af naturbrande, giver globale estimater for en naturbrandhændelse og/eller region, " sagde Aguilera. "Vi ser på både den tidsmæssige og rumlige fordeling af hospitalsindlæggelser i det sydlige Californien."

Judson Boomhower er en miljøøkonom i UC San Diego, der undersøger en række naturbrand-relaterede spørgsmål, mange beskæftiger sig med de forskellige motiver, offentlige enheder har for at reducere risikoen for skader og tab i fremtiden. For eksempel, byer og amter kontrollerer typisk de zoneinddelingsbeslutninger, der gør det muligt at bygge boliger i områder med høj brandrisiko. Agenturer såsom U.S. Forest Service, selvom, bærer størstedelen af ​​omkostningerne ved at beskytte boliger i disse områder mod naturbrande. Det rejser spørgsmålet om, hvorvidt føderale agenturer skal have mere indflydelse på, hvor huse bliver bygget, eller om byer skal påtage sig mere ansvar for deres zonebeslutninger.

"Dette er en indstilling, hvor der er alle slags incitamentsspørgsmål, der skærer i alle retninger, og det er vigtigt for politikere at være opmærksomme på dem, " sagde Boomhower, en adjunkt i UC San Diego Department of Economics. "Der er plads til at tage byggekoder seriøst og tænke seriøst over, hvor vi tillader ny udvikling."