NASA отслеживает лесные пожары с воздуха, чтобы помочь пожарным на земле

Каждый вечер с поздней весны до ранней осени два самолета взлетают с аэропортов на западе США и направляются к действующим лесным пожарам. С высоты 3000 метров пилоты видят зарево огня, а дым иногда проникает в кабину. Они летают по параллельным, перекрывающимся маршрутам, чтобы картографировать очаги. За ночь экипаж может нанести на карту до 30 пожаров. Эти данные помогают определить границы возгораний и выявить зоны с наиболее интенсивным горением.

Большая глобальная группировка спутников NASA и Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), а также небольшой парк самолетов Лесной службы США (USFS) помогают обнаруживать и картировать масштабы, распространение и последствия лесных пожаров. По мере развития технологий растет и ценность дистанционного зондирования. Эти данные обеспечивают стратегическое представление о ситуации, в то время как непосредственные решения по борьбе с огнем принимают пожарные на земле и в командных центрах.

«Мы используем спутники, чтобы принимать решения о размещении ресурсов по всей стране, — сказал Брэд Куэйл из Центра геопространственных технологий и приложений Лесной службы. — Когда существует высокая конкуренция за пожарных, танкеры и самолеты, необходимо решать, как распределить эти ресурсы». Спутники часто первыми обнаруживают пожар, особенно в удаленных регионах, а в разгар сезона их данные используются для оценки эволюции пожара.

Глобальная картина пожаров из космоса

В январе 1980 года ученые Майкл Мэтсон и Джефф Дозье впервые обнаружили с помощью спутника NOAA-6 крошечные яркие точки — факелы горящего метана на нефтяных скважинах в Персидском заливе. Дозье разработал математический метод для различения небольших пожаров, который лег в основу большинства последующих спутниковых алгоритмов обнаружения огня. Эти наработки повлияли на создание прибора MODIS на спутниках Terra (1999) и Aqua (2002), а затем и на разработку VIIRS на спутниках Suomi-NPP и NOAA-20.

Полярно-орбитальные спутники, такие как Terra и Suomi-NPP, наблюдают за пожаром в заданной точке несколько раз в день. Геостационарные спутники GOES-16 и GOES-17 обеспечивают непрерывное обновление данных, хотя и с более низким разрешением. «Чтобы получить глобальную картину, нужны спутники», — отметил Ральф Кан, старший научный сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда NASA.

VIIRS улучшил возможности обнаружения пожаров: его разрешение 375 метров на пиксель позволяет выявлять более мелкие и низкотемпературные очаги. «Первые моменты после возгорания критически важны, — сказал Эверетт Хинкли, руководитель Национальной программы дистанционного зондирования Лесной службы США. — Мы работаем над тем, чтобы предоставлять пожарным информацию в реальном или почти реальном времени, чтобы помочь им понять поведение огня в эти первые решающие часы».

Дым и здоровье населения

Спутники также дают важную информацию о движении и плотности дыма от пожаров, что важно для качества воздуха и здоровья людей. Прибор MISR на спутнике Terra, использующий девять камер, измеряет движение, высоту и состав дымового шлейфа. Например, во время пожара в районе города Парадайз (Калифорния) измерения MISR показали, что шлейф над городом состоял из крупных несферических частиц — признак горения зданий. Дым от горящего леса состоял из более мелких и сферических частиц. MISR также показал, что дым поднялся на высоту почти 3 км и был отнесен ветром на 290 км.

Ученые следят, превысила ли высота дыма «приземный пограничный слой», где концентрируется загрязнение. Дым, поднявшийся выше этого слоя, может путешествовать дальше, дольше оставаться в атмосфере и оказывать воздействие на большем расстоянии. Однако у спутников есть ограничения: тепловые сигналы усредняются по пикселям, что затрудняет точное определение местоположения и размера пожара, а дым или тление могут искажать сигнал.

Вблизи, с помощью бортовых «тепловых» датчиков

Здесь на помощь приходят самолеты Лесной службы в рамках Национальной программы инфракрасных операций (NIROPS). Каждый самолет оснащен инфракрасным датчиком, который с высоты 3000 метров может обнаружить очаг размером всего 15 см и нанести его на карту с точностью до 3,8 метров. Данные с самолета немедленно передаются на землю, где аналитики создают карты, доступные пожарным прямо на месте. Полеты выполняются ночью, когда нет солнечных бликов, фоновая температура ниже, а пожары менее агрессивны.

«Каждый раз, когда мы сканируем, мы получаем „истинную“ картину пожара, — говорит инфракрасный техник NIROPS Чарльз „Каз“ Казимир. — Это либо подтверждает, либо опровергает их предположения». Ученые продолжают развивать технологии: разрабатывается новый инфракрасный датчик с зоной сканирования в три раза шире существующего. «Мы активно исследуем и разрабатываем возможности, которые помогут лицам, принимающим решения на земле, особенно на ранних стадиях динамичных пожаров», — подчеркнул Эверетт Хинкли.