Tæmning af morgendagens skovbrande

Wildfire har hærget det vestlige USA gennem det sidste årti. Over tre millioner hektar er allerede brændt over hele landet i år. Da brande gnister tidligere og strækker sig længere ind i efteråret hvert år og skifter fra "brandsæsoner" til "brandår", rapporterer National Interagency Fire Center, at mange vestlige amerikanske regioner viser et brandpotentiale over gennemsnittet.

Fra at forudsige store brande til at forhindre fremtidige brande, tackler forskere ved Department of Energy's Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) problemet med stadig mere intense naturbrande fra adskillige videnskabelige vinkler. Og de holder vores lys tændt i processen.

Bekæmpelse af brande... fra rummet

Mens brandmænd kæmpede mod flammer på frontlinjen i 2021, hjalp et team af videnskabsmænd fra et unikt udsigtspunkt:det ydre rum. PNNL dataforsker Andre Coleman leder RADR-Fire, satellitbilledbehandlingssystemet, der kortlægger aktive brande. RADR-Fire hjælper brandslukningspersonale, forsyningsoperatører og andre beslutningstagere med bedre at forstå en brands adfærd, så de kan træffe informerede valg midt i en naturkatastrofe.

Men det er også et planlægningsværktøj. Den samme information indsamlet af RADR-Fire-systemet kan hjælpe forsyningsoperatører med at vurdere risikoen ved at identificere områder, der er mest udsat for naturbrande, og hvilken energiinfrastruktur har brug for beskyttelse. Sensorer, der kører ombord på mange forskellige satellitter – en af ​​dem en eksperimentel sensor ombord på den internationale rumstation – giver en flot udsigt over jordens overflade.

Nogle satellitbaserede sensorer kan afsløre, hvor brændstof er stærkt, som områder med tør, tætpakket vegetation. Andre viser, hvor sårbar infrastruktur, såsom transmissionsledninger eller generatorstationer, falder inden for en brands vej. Colemans team har arbejdet sammen med brandmænd for at tilføje nye funktioner til systemet, såsom evnen til at markere, hvor brandhæmmende dråber er landet. Mens brandmænd bekæmper brande på jorden, giver RADR-Fire værdifuld information fra oven.

Konventionelle brandkortlægningsteknikker involverer natteluftbilleder ombord på brandslukningsfly. Wildfire-analytikere behandler billeder, efter at flyet vender tilbage til basen, og tegner ofte ildens skiftende grænser i hånden baseret på luftbillederne. Disse kort hjælper brandslukningsbeslutningstagere med at allokere begrænsede ressourcer og strategisk styre branden. Men den omkostningstunge proces tager ofte timer, udsigten kan skjules af tykke røgskyer, og dårligt vejr kan sætte fly på jorden, som ofte ikke er tilgængelige, når flere brande kræver opmærksomhed.

RADR-Fire løser opgaven hurtigt og mere retfærdigt. Hvor brandobservationsfly ofte er dedikeret til de største og farligste brande, kan RADR-Fire vurdere mindre naturbrande, der sjældent får knap opmærksomhed fra fly, uanset om de bevæger sig mod byer eller bevæger sig gennem ubeboet landskab. Dens sensorer kan kigge gennem røg og registrere varme og viser præcis, hvor og hvordan varme ild brænder, selv når sigtbarheden er lav.

RADR-Fire er dog ikke et enkeltpunkts universalmiddel. Kortlægningsevnen er blot et afgørende værktøj blandt mange, beregnet til at understøtte den igangværende indsats til håndtering af naturbrande. I dag bruger Coleman og hans team et lignende satellitnetværk til at dele sæsonbestemte, kortsigtede prognoser for brandrisiko med elselskaber. Ved at behandle sensordata, der er fokuseret på vegetation omkring energiinfrastruktur, kortlægger Coleman "brændstoflandskabet" og markerer især vandsultede områder, der er rige på tørt, brandbærende brændstof.

"Disse sæsonmæssige prognoser er virkelig en forlængelse af vores RADR-Fire-arbejde," sagde Coleman. "I sin kerne handler RADR-Fire om at overvåge aktive naturbrande. Men vi har udvidet vores værktøjer ved hjælp af satellit-fjernmåling til nu at forstå tilstanden af ​​brændstoffer, så vi får det mest aktuelle og opdaterede billede af, hvad der foregår."

Colemans team hjælper forsyningsselskaber med at identificere andre netrelaterede risici. Hvis en transformerstation eller strømledningskorridor er omgivet af tør børste, og luftfugtigheden er lav, kan de markere ikke kun den brandrisiko, men også virkningen af ​​en regional strømafbrydelse. Forsyningsselskaber skal forstå konsekvenserne af strømafbrydelser for en række tjenester, herunder hospitaler, plejehjem, politistationer, vandbehandling og levering og mere.

Stop brande, før de starter

Teknikker som skovudtynding og kontrolleret afbrænding kan hjælpe med at tæmme fremtidige brande, før de antændes. Flammerne stoppede for eksempel, lige da de mødte Yosemites sequoiaer tidligere på sommeren - noget parkbestyrere tilskriver kontrollerede forbrændinger. PNNL chefforsker Mark Wigmosta udviklede et nyt værktøj sammen med U.S. Forest Service (USFS) for at hjælpe statslige myndigheder med at vide, hvor de skal udtynde eller anvende kontrollerede forbrændinger. I nogle tilfælde reducerer disse tilgange brandfaren med 25-96 procent.

Holdet fokuserede på Wenatchee-regionen i Washington State, som gør krav på den største naturbrand i statens historie, og arbejdet på at se, hvordan forskellige arealanvendelsesmønstre kan gøre dette område mere modstandsdygtigt over for både naturbrande og klimaændringer.

"Ved at efterligne naturen og tilføje kompleksitet til landskaber hjælper det med at forhindre fremtidige brande i at komme ud af kontrol," sagde Wigmosta.

Med cirka 500 millioner hektar offentlige, private, statslige og stammende skove støttet af USFS-ledelsen, har det været en udfordring at prioritere, hvilke områder der skal fokuseres på disse bestræbelser med begrænsede ressourcer.

Tilgange som Wigmosta's tilbyder også andre fordele, såsom at reducere røgen fra fremtidige brande med 33 procent og endda styrke streamflowet med 7 til 10 procent.

"Denne information vil hjælpe jordforvaltere med at designe en vej frem for at lede deres ressourcer til de største gevinster - uanset om det er reduceret udledning af skovbrande, forbedret langsigtet kulstofbinding eller endda øget strømflow," sagde Wigmosta.

Forudsiger morgendagens naturbrande

Mange af de agenturer, der er sigtet for at markere brandrisiko, er afhængige af velkendte brandvejrsfaktorer for at vurdere faren. Kør gennem en offentlig skov, og du vil muligvis se et farvehjul, der indikerer risikoen for brand:grøn, når risikoen er lav, rød, når faktorer som høje temperaturer og stærk vind peger på øget fare. Men skovbrande – og alle de variabler, der former deres intensitet – er mere komplekse end som så.

Nogle få grundlæggende faktorer som temperatur og vindhastighed kan give et groft skøn over risikoen. For at få et mere robust og præcist billede af naturbrandadfærd nu og i fremtiden, skal vi dog overveje mere.

Det er derfor, atmosfærisk videnskabsmand Ruby Leung ledede et team af videnskabsmænd i at designe en ny tilgang til at projicere naturbrandadfærd. Et nyt par modeller overvejer en udvidet liste over 28 "naturbrandsprædiktorer", der fremviser naturbrandadfærd nu, og, når de parres med modeller, der estimerer klimaændringer, flere årtier ud i fremtiden.

Tørheden af ​​vegetationen, niveauet af atmosfærisk fugt, antallet af mennesker, der bor i nærheden - disse og andre variabler kan give et mere fuldstændigt billede af, hvor sandsynligt det er, at en brand rammer, hvor langt den brænder, og hvor meget røg den frigiver til. atmosfæren.

At fremskrive, hvordan brandemissioner stiger og falder i morgendagens klima, var det oprindelige mål med arbejdet, sagde Leung, som begyndte i samarbejde med Environmental Protection Agency og blev yderligere støttet gennem HyperFACETS, et klimavidenskabeligt projekt sponsoreret af Department of Energy's Office of Science . Selvom fremtidig brandadfærd vil variere fra region til region, forventes brandemissioner at stige.

"Nogle steder vil se større stigning i brandemissioner, mens andre vil se mindre," sagde Leung. "Men over hele linjen vil hele USA se stigende brandemissioner i fremtiden. Og det er drevet af varmere temperaturer og stigende tørhed."

Den nye tilgang bruger kunstig intelligens til at aflæse, hvilke variabler der er vigtigst for at forudsige forbrændingsområde og røgniveauer. Ligesom et kunstigt intelligent system behændigt kan sortere billeder af katte og hunde, så kan det også sortere, hvilke brandforudsigende variabler, der er nøglen til dygtige forudsigelser.

Ikke overraskende er brændstoftørhed og brændstofbelastning de største bidragydere. Men vejrmønstre, der udspiller sig over år, kan også øge risikoen markant. Sådanne mønstre tages typisk ikke i betragtning i konventionel brandadfærdsmodellering.

Sporing af brandemissionsniveauer er vigtigt for dens udbredte risiko for menneskers sundhed, sagde Leung. Men den betydning vil kun vokse, efterhånden som ildene brænder stærkere.

"Når vi tænker på forurening," sagde Leung, "tænker vi ofte på emissioner fra bilers udstødning eller fra afbrænding af fossile brændstoffer. Alligevel kan forurenende stoffer fra naturbrandemissioner overgå disse to og blive den største kilde til forurenende stoffer i fremtiden, efterhånden som brandemissionerne stiger, mens menneskeskabte emissioner vil blive bremset."

Når forskere maler mere og mere grundige billeder af morgendagens naturbrande, er der mange til gavn. Forsyningsoperatører er bedre rustet til at beskytte energiinfrastrukturen mod naturkatastrofer, beslutningstagere er mere informerede, når de håndterer reaktioner på et skiftende klima, og det videnskabelige samfund har en større forståelse for ekstremt vejr. + Udforsk yderligere

Seks naturbrandudtryk at forstå, fra advarsel om rødt flag til 100 % indeslutning