Укрощение будущих лесных пожаров
Пожары опустошали запад США на протяжении последнего десятилетия. Только в этом году в стране уже сгорело более трех миллионов акров. Поскольку пожары начинаются все раньше и продолжаются дальше в осень каждый год, превращая «пожароопасные сезоны» в «пожароопасные годы», Национальный межведомственный центр по борьбе с пожарами сообщает, что во многих регионах Запада США наблюдается повышенный потенциал возникновения пожаров.
Исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) Министерства энергетики США решают проблему все более интенсивных пожаров с разных научных сторон — от прогнозирования крупных возгораний до предотвращения будущих пожаров.
Борьба с пожарами... из космоса
В то время как пожарные сражались с огнем на передовой в 2021 году, группа ученых помогала с уникальной точки обзора: из космоса. Специалист по данным PNNL Андре Коулман возглавляет систему обработки спутниковых изображений RADR-Fire, которая отслеживает активные пожары. Она помогает пожарным, операторам энергосистем и другим лицам, принимающим решения, лучше понять поведение огня. Но это также инструмент планирования. Та же информация помогает операторам оценивать риски, выявляя районы, наиболее подверженные пожарам, и определяя, какая энергетическая инфраструктура нуждается в защите. Датчики на борту различных спутников, включая экспериментальный на Международной космической станции, обеспечивают обширный обзор поверхности Земли.
Некоторые спутниковые датчики могут показывать, где велика пожарная нагрузка, например, участки с сухой, густой растительностью. Другие показывают, где уязвимая инфраструктура, такая как линии электропередач, попадает в путь огня. Команда Коулмана добавила в систему новые возможности, например, отметку мест, где были сброшены огнезащитные составы.
Традиционные методы картографирования пожаров часто требуют часов, обзору могут мешать густой дым и плохая погода. RADR-Fire выполняет задачу быстрее и более равномерно. Его датчики могут «видеть» сквозь дым и обнаруживать тепло, показывая точное местоположение и температуру пожаров даже при плохой видимости. Система также может оценивать более мелкие возгорания, которые редко получают внимание с воздуха.
Сегодня Коулман и его команда используют аналогичную спутниковую сеть для предоставления энергетическим компаниям сезонных краткосрочных прогнозов пожарного риска. Обрабатывая данные о растительности вокруг энергообъектов, он создает карты «топливного ландшафта», выделяя особенно обезвоженные участки, богатые сухим, поддерживающим горение материалом.
«В своей основе RADR-Fire — это мониторинг активных пожаров. Но мы расширили наши инструменты, используя спутниковое дистанционное зондирование, чтобы теперь понимать состояние горючих материалов», — сказал Коулман.
Его команда также помогает компаниям оценивать последствия возможных отключений электроэнергии для критической инфраструктуры, такой как больницы, станции водоподготовки и полицейские участки.
Предотвращение пожаров до их начала
Такие методы, как прореживание леса и контролируемые выжигания, могут помочь укротить будущие пожары. Главный научный сотрудник PNNL Марк Вигмоста разработал новый инструмент совместно с Лесной службой США (USFS), чтобы помочь госорганам определить, где проводить такие мероприятия. В некоторых случаях эти подходы снижают пожарную опасность на 25–96%.
Сосредоточившись на регионе Уэнатчи в штате Вашингтон, команда изучила, как различные модели землепользования могут повысить устойчивость этой территории к пожарам и изменению климата.
«Имитируя природу и добавляя сложности ландшафтам, мы помогаем предотвратить выход будущих пожаров из-под контроля», — сказал Вигмоста.
Приоритизация работ на примерно 500 миллионах акров лесов при ограниченных ресурсах была сложной задачей. Подходы, подобные предложенному Вигмостой, также дают другие преимущества, такие как сокращение дыма от будущих пожаров на 33% и даже увеличение речного стока на 7–10%.
«Эта информация поможет управляющим земельными ресурсами направить свои усилия для наибольшей отдачи — будь то снижение выбросов от пожаров, усиление долгосрочного поглощения углерода или увеличение речного стока», — отметил Вигмоста.
Прогнозирование будущих пожаров
Многие агентства, отвечающие за оценку пожарного риска, полагаются на известные погодные факторы. Однако пожары и переменные, влияющие на их интенсивность, сложнее. Чтобы получить более точную картину поведения пожаров сейчас и в будущем, необходимо учитывать больше факторов.
Именно поэтому атмосферный ученый Руби Леунг возглавила команду, разработавшую новый подход к прогнозированию поведения пожаров. Новая пара моделей учитывает расширенный список из 28 «предикторов пожаров», которые проецируют поведение огня сейчас и, в сочетании с моделями изменения климата, на несколько десятилетий вперед.
Сухость растительности, уровень атмосферной влажности, количество людей, живущих поблизости, — эти и другие переменные дают более полное представление о вероятности возникновения пожара, его масштабах и количестве дыма.
Первоначальной целью работы, начатой в партнерстве с Агентством по охране окружающей среды США, было спрогнозировать, как выбросы от пожаров будут меняться в будущем климате. Хотя поведение пожаров будет варьироваться в зависимости от региона, выбросы, как ожидается, увеличатся.
«В одних местах рост выбросов от пожаров будет больше, в других — меньше. Но в целом вся территория США столкнется с увеличением таких выбросов в будущем. И это обусловлено более высокими температурами и усилением засушливости», — сказала Леунг.
Новый подход использует искусственный интеллект для выявления наиболее важных переменных для прогнозирования площади возгорания и уровня задымления. Неудивительно, что сухость и количество горючего материала являются главными факторами. Но многолетние погодные паттерны также могут значительно повысить риск, что обычно не учитывается в традиционном моделировании.
«Когда мы думаем о загрязнении, мы часто думаем о выбросах из автомобильных выхлопов или от сжигания ископаемого топлива. Однако загрязняющие вещества от пожаров могут превзойти эти два источника и стать самым большим источником загрязнения в будущем, поскольку выбросы от пожаров растут, а антропогенные выбросы будут сокращаться», — заключила Леунг.