NASA volgt bosbranden van bovenaf om brandweerlieden hieronder te helpen

[univers]

Elke avond, van de late lente tot de vroege herfst, stijgen twee vliegtuigen op vanaf luchthavens in de westelijke Verenigde Staten en vliegen door de zonsondergang, elk op weg naar een actieve natuurbrand, en dan nog een en nog een. Vanaf 10.000 voet boven de grond kunnen de piloten de gloed van een vuur zien, en af ​​en toe komt de rook de cabine binnen, waardoor de ogen en keel worden verbrand.

De piloten vliegen een rechte lijn over de vlammen, draaien vervolgens om en vliegen terug in een aangrenzend maar overlappend pad, alsof ze een gazon maaien. Wanneer de vuuractiviteit op zijn hoogtepunt is, is het niet ongewoon voor de bemanning om 30 branden in één nacht in kaart te brengen. De resulterende luchtfoto van de meest gevaarlijke bosbranden van het land helpt bij het vaststellen van de randen van die branden en het identificeren van gebieden die dik zijn met vlammen, verspreide branden en geïsoleerde hotspots.


[Frontline-responders doen het zware werk als het gaat om het bestrijden en beheren van bosbranden, maar ze worden vaak geholpen door het uitzicht van hogerop. Elk jaar levert een gecoördineerde inspanning van de Amerikaanse Forest Service-vliegtuigteams en satellietteams van NASA en NOAA waardevolle informatie op waarmee brandweerploegen ter plaatse de best mogelijke beslissingen kunnen nemen. Satellietobservaties en gegevens van nieuwe NASA-veldcampagnes helpen ons ook de rol, frequentie en intensiteit van branden in een veranderende wereld te begrijpen.
Credits: NASA's Goddard Space Flight Center

Een grote wereldwijde constellatie van satellieten, geëxploiteerd door NASA en National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), gecombineerd met een kleine vloot van vliegtuigen geëxploiteerd door de US Forest Service (USFS) helpen bij het detecteren en in kaart brengen van de omvang, verspreiding en impact van bosbranden. Naarmate de technologie vooruit gaat, neemt ook de waarde van teledetectie toe, de wetenschap van het op afstand scannen van de aarde met behulp van satellieten en hoogvliegende vliegtuigen.

De meest directe beslissingen over leven of dood bij het bestrijden van bosbranden - bijvoorbeeld het sturen van rookjumpers naar een bergkam of het roepen van een evacuatiebevel wanneer vlammen over een rivier springen - worden door brandweerlieden en opperhoofden in commandocentra en op de vuurlinie genomen. Gegevens van satellieten en vliegtuigen bieden situationeel bewustzijn met een strategisch, groot beeld.


NIROPS cockpit en vuur
Aan de linkerkant is een imager van een cockpit van de National Infrared Operations Citation Bravo jet N144Z. Rechts ziet u een nachtzicht van een brand.
Credits: NIROPS

"We gebruiken de satellieten om beslissingen te nemen over de locatie van activa in het hele land", zegt Brad Quayle van het Geospatial Technology and Applications Centre van de Forest Service , dat een belangrijke rol speelt bij het leveren van teledetectiegegevens voor actieve natuurbrandonderdrukking. "Wanneer er grote concurrentie is voor brandweerlieden, tankers en vliegtuigen, moeten beslissingen worden genomen over hoe deze activa moeten worden verdeeld."

Het is niet ongewoon dat een aardobservatiesatelliet als eerste een natuurbrand detecteert, vooral in afgelegen gebieden zoals de wildernis van Alaska. En op het hoogtepunt van het brandseizoen, wanneer er meer branden zijn dan vliegtuigen om ze in kaart te brengen, worden gegevens van satellieten gebruikt om de evolutie van de brand te schatten, verbrande gebieden vast te leggen, de veranderende omtrek en potentiële schade, zoals in het geval van Montana's Howe Ridge Vuur, dat afgelopen zomer bijna twee maanden brandde in Glacier National Park.

Globaal vuurbeeld vanuit de ruimte

In januari 1980 ontdekten twee wetenschappers, Michael Matson en Jeff Dozier, die bij NOAA's National Environmental Satellite, Data en Information Service-gebouw in Camp Springs, Maryland werkten, kleine lichtvlekken op een satellietbeeld van de Perzische Golf. Het beeld was gemaakt door het Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) -instrument op de NOAA-6-satelliet en de vlekken, ontdekten ze, waren vlammen ter grootte van een kampvuur veroorzaakt door de verbranding van methaan in oliebronnen. Het was de eerste keer dat zo'n klein vuur vanuit de ruimte werd gezien. Dozier, die de oprichtende decaan zou worden van de Bren School of Environmental Science and Management aan de Universiteit van Californië in Santa Barbara, was "geïntrigeerd door de mogelijkheden" en ontwikkelde vervolgens binnen een jaar een wiskundige methodeom kleine branden te onderscheiden van andere warmtebronnen. Deze methode zou de basis worden voor bijna alle volgende algoritmen voor satellietbranddetectie.

Wat er van AVHRR is geleerd, heeft geleid tot het ontwerp van het eerste instrument met spectrale banden die expliciet zijn ontworpen om branden te detecteren, NASA's Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer of MODIS, gelanceerd op de Terra-satelliet in 1999, en een tweede MODIS-instrument op Aqua in 2002. MODIS in turn informeerde het ontwerp van de Visible Infrared Imaging Radiometer Suite, VIIRS, die vliegt op de NOAA / NASA Suomi-NPP en NOAA-20 satellieten van het Joint Polar Satellite System. Elk nieuw instrument was een belangrijke stap voorwaarts in de branddetectietechnologie.

"Zonder MODIS zouden we het VIIRS-algoritme niet hebben", zegt Ivan Csiszar, actieve brandproductleider voor het Joint Polar Satellite System-kalibratieteam. "We hebben voortgebouwd op dat erfgoed."

De instrumenten op polaire satellieten, zoals Terra, Aqua, Suomi-NPP en NOAA-20, observeren meestal een wildfire op een bepaalde locatie een paar keer per dag terwijl ze rond de aarde van pool naar pool draaien. Ondertussen bieden NOAA's GOES-16 en GOES-17 geostationaire satellieten, die respectievelijk in november 2016 en maart 2018 zijn gelanceerd, continue updates, zij het met een grovere resolutie en voor vaste delen van de planeet.

"Je kunt geen globaal beeld krijgen met een vliegtuig, je kunt het niet doen vanaf een grondstation," zei Ralph Kahn, een senior onderzoeker bij het Goddard Space Flight Center van NASA. "Voor een globaal beeld hebt u satellieten nodig."

Het MODIS-instrument bracht branden en littekens in kaart met een nauwkeurigheid die AVHRR ver overtrof. En na bijna 20 jaar in een baan, blijven de optische en thermische banden op MODIS, die gereflecteerde en uitgestraalde energie detecteren, overdag zichtbare beelden en nachtelijke informatie over actieve branden bieden.


Vanuit de ruimte hebben de Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) en Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) -sensor op 8 november en kust kort na het begin van het kampvuur expansieve rook- en aerosolpluimen waargenomen boven de Central Valley in Californië.
Credits: NASA Earth Observatory / Aqua / MODIS

Rook en volksgezondheid

Waar vuur is, is rook, en weten hoe wildvuur rook door de atmosfeer reist, is belangrijk voor de luchtkwaliteit, het zicht en de menselijke gezondheid. Net als andere deeltjes in de atmosfeer, kan rook van bosbranden diep in de longen doordringen en een aantal gezondheidsproblemen veroorzaken. Satellieten kunnen ons belangrijke informatie geven over de beweging en de dikte van die rook.

Terra draagt ​​het Multi-angle Imaging SpectroRadiometer (MISR) -instrument, een sensor die negen vaste camera's gebruikt, die elk de aarde vanuit een andere hoek bekijken. MISR meet de beweging en hoogte van de rookpluim van een vuur, evenals de hoeveelheid rookdeeltjes die uit dat vuur komen, en geeft enkele aanwijzingen over de samenstelling van de pluim. Tijdens het kampvuur toonden MISR-metingen bijvoorbeeld een pluim gemaakt van grote, niet-sferische deeltjes boven Paradise, Californië, een indicatie dat gebouwen brandden. Onderzoekers hebben vastgesteld dat het bouwen van rook leidt tot grotere en meer onregelmatig gevormde deeltjes dan bosbranden. Rookdeeltjes van het verbranden van het omliggende bos waren daarentegen kleiner en meestal bolvormig.

Wetenschappers houden ook nauwlettend in de gaten of de hoogte van de rook de "nabije oppervlaktelaaglaag" heeft overschreden, waar vervuiling zich kan concentreren. Bosbranden met de meeste energie, zoals boreale bosbranden, produceren het meest waarschijnlijk rook die boven de grenslaag gaat. Op die hoogte "kan rook doorgaans verder reizen, langer in de atmosfeer blijven en een impact hebben naar beneden toe", zei Kahn.

De satellieten hebben beperkingen. Onder hen zijn de hittesignaturen die de instrumenten detecteren gemiddeld over pixels, waardoor het moeilijk is om de brandlocatie en -grootte nauwkeurig te bepalen. Het interpreteren van gegevens van satellieten heeft extra uitdagingen. Hoewel thermische signalen een indicatie van brandintensiteit geven, kan rook boven het vuur dat signaal verminderen, en smeulende branden stralen mogelijk niet zoveel energie uit als vlammende branden op de waargenomen spectrale banden.

Van dichtbij met 'warmte'-sensoren in de lucht

Dat is waar de instrumenten van de Forest Service-vliegtuigen binnenkomen. Gegevens van deze vluchten dragen bij aan het National Infrared Operations Program (NIROPS), dat met NASA ontwikkelde tools gebruikt om natuurbrandinformatie te visualiseren in webmapping-services, waaronder Google Earth. NASA werkt nauw samen met de Forest Service om nieuwe technologieën te ontwikkelen voor het soort thermische detectiesystemen dat deze vliegtuigen dragen.

Elk NIROPS-vliegtuig is uitgerust met een infraroodsensor die een strook land van zes mijl onder zich kan zien en 300.000 hectare terrein per uur in kaart kan brengen. Vanaf een hoogte van 10.000 voet kan de sensor een hotspot met een diameter van slechts 6 inch detecteren en op een kaart binnen 12,5 voet plaatsen. De gegevens van elke pas worden geregistreerd, gecomprimeerd en onmiddellijk downlinked naar een FTP-site, waar analisten kaarten maken die brandweerlui rechtstreeks op een telefoon of tablet in het veld kunnen openen. Ze vliegen 's nachts wanneer er geen zonneglans is om hun metingen in gevaar te brengen, de achtergrond is koeler en de branden zijn minder agressief.

"Elke keer dat we scannen, doen we dat vuur", zegt Charles "Kaz" Kazimir, een infraroodtechnicus met NIROPS, die al 10 jaar lang met het programma vliegt. “Op de grond hebben ze misschien ideeën over hoe dat vuur zich gedraagt, maar wanneer ze het beeld krijgen, is dat de waarheid. Het valideert of maakt hun veronderstelling ongeldig sinds de laatste keer dat ze informatie hadden.
'

Het National Infrared Operations King Air B200-vliegtuig van USDA Forest Service, dat de Phoenix-scanner bevat.
Credits: NIROPS

De instrumenten van het infraroodvliegtuig vullen een deel van de gaten in de satellietgegevens. Veldcampagnes , zoals de nu lopende NASA-NOAA FIREX-AQ , zijn ontworpen om ook deze problemen aan te pakken. Maar wetenschappers kijken ook naar nieuwe technologie. In 2003 vormden vertegenwoordigers van NASA en de Forest Service een tactisch branddetectiecomité voor brand, dat twee keer per jaar bijeenkomt om manieren te bespreken om nieuwe en bestaande teledetectietechnologie te benutten voor bosbranden. Er wordt bijvoorbeeld een nieuwe infraroodsensor ontwikkeld die een zwad drie keer breder scant dan het bestaande systeem. Dat zou minder vluchtlijnen en minder tijd doorgebracht boven een individuele brand betekenen, zei Hinkley.

"Het afhaalpunt is eigenlijk dat we actief onderzoek doen naar en mogelijkheden ontwikkelen die besluitvormers in het veld zullen helpen, vooral in de vroege fasen van dynamische branden," zei Hinkley. 'We rusten hier niet alleen op onze lauweren. We begrijpen dat we nieuwe technologieën beter moeten benutten om mensen te beschermen. "

https://www.nasa.gov/feature/goddard/20 ... ters-below

[Tammy]

Wat een prachtige techniek hebben ze ontwikkeld.