Wildfire ha devastato gli Stati Uniti occidentali nell'ultimo decennio. Oltre tre milioni di acri sono già bruciati in tutto il paese quest'anno. Poiché gli incendi si attivano prima e si estendono ogni anno fino all'autunno, passando dalle "stagioni degli incendi" agli "anni degli incendi", il National Interagency Fire Center riferisce che molte regioni degli Stati Uniti occidentali mostrano un potenziale di incendio superiore alla media.
Dalla previsione di grandi incendi alla prevenzione di futuri incendi, i ricercatori del Dipartimento dell'Energia Laboratorio nazionale nord-occidentale del Pacifico (PNNL) stanno affrontando il problema degli incendi sempre più intensi da numerosi punti di vista scientifici. E stanno tenendo le nostre luci accese nel processo.
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Dalla scoperta del luogo migliore per applicare le bruciature controllate alla protezione delle infrastrutture energetiche dallo spazio, gli scienziati del PNNL stanno applicando la loro ricerca per ottenere un vantaggio sugli incendi di domani. (Video di Sara Levine)
Combattere gli incendi... dallo spazio
Mentre i vigili del fuoco hanno combattuto gli incendi in prima linea nel 2021, un team di scienziati ha aiutato da un punto di vista unico: lo spazio. Data scientist PNNL André Coleman guida RADR-Fire, il sistema di elaborazione di immagini satellitari che mappa gli incendi attivi. RADR-Fire aiuta il personale antincendio, gli operatori dei servizi pubblici e altri responsabili delle decisioni a comprendere meglio il comportamento di un incendio in modo che possano fare scelte informate nel mezzo di un disastro naturale.
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Uno dei tanti sensori che fanno parte del sistema RADR-Fire di PNNL viaggia a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, dove aiuta a costruire un quadro più completo degli incendi attivi. (Immagine: NASA)
Ma è anche uno strumento di pianificazione. Le stesse informazioni raccolte dal sistema RADR-Fire possono aiutare gli operatori dei servizi pubblici a valutare il rischio identificando le aree più soggette a incendi e quali infrastrutture energetiche necessitano di protezione. I sensori a bordo di molti satelliti diversi, uno dei quali un sensore sperimentale a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, garantiscono una visione ampia della superficie terrestre.
Alcuni sensori satellitari possono rivelare dove il carburante è forte, come aree con vegetazione secca e fitta. Altri mostrano dove le infrastrutture vulnerabili, come le linee di trasmissione o le centrali elettriche, cadono all'interno del percorso di un incendio. Il team di Coleman ha collaborato con i vigili del fuoco per aggiungere nuove funzionalità al sistema, come la possibilità di segnalare dove sono cadute le gocce ignifughe. Mentre i vigili del fuoco combattono gli incendi a terra, RADR-Fire fornisce preziose informazioni dall'alto.
Le tecniche convenzionali di mappatura degli incendi prevedono l'imaging aereo notturno a bordo di aerei antincendio. Gli analisti di Wildfire elaborano le immagini dopo che l'aereo è tornato alla base, spesso disegnando a mano i confini mutevoli dell'incendio in base alle immagini aeree. Queste mappe aiutano i decisori antincendio ad allocare risorse limitate e a gestire strategicamente l'incendio. Ma il costoso processo spesso richiede ore, le viste possono essere oscurate da spesse nuvole di fumo e il maltempo può mettere a terra gli aerei, che spesso non sono disponibili quando più incendi richiedono attenzione.
RADR-Fire esegue il compito in modo rapido ed equo. Laddove i velivoli di osservazione del fuoco sono spesso dedicati agli incendi più grandi e pericolosi, RADR-Fire può valutare incendi più piccoli che raramente ottengono scarsa attenzione da parte degli aerei, sia che si stiano avvicinando alle città o che si muovano attraverso campagne disabitate. I suoi sensori possono scrutare attraverso il fumo e rilevare il calore, mostrando esattamente dove e come bruciano fuochi caldi anche quando la visibilità è scarsa.
Tuttavia, RADR-Fire non è una panacea a un punto. La capacità di mappatura è solo uno strumento cruciale tra i tanti, inteso a supportare gli sforzi in corso di gestione degli incendi. Oggi, Coleman e il suo team utilizzano una rete satellitare simile per condividere previsioni stagionali e a breve termine del rischio di incendio con le aziende elettriche. Elaborando i dati dei sensori incentrati sulla vegetazione che circonda l'infrastruttura energetica, Coleman mappa il "paesaggio di carburante", segnalando in particolare le aree affamate d'acqua che sono ricche di combustibile secco che alimenta il fuoco.
"Queste previsioni stagionali sono davvero un'estensione del nostro lavoro RADR-Fire", ha affermato Coleman. “In sostanza, RADR-Fire riguarda il monitoraggio degli incendi attivi. Ma abbiamo esteso i nostri strumenti utilizzando il telerilevamento satellitare per comprendere ora le condizioni dei combustibili, in modo da ottenere il quadro più aggiornato e aggiornato di ciò che sta accadendo".
Il team di Coleman aiuta le utility a identificare altri rischi legati alla rete. Se una sottostazione o un corridoio elettrico è circondato da sterpaglia secca e i livelli di umidità sono bassi, possono segnalare non solo il rischio di incendio, ma anche l'impatto di un'interruzione regionale dell'alimentazione. Le utility devono comprendere le conseguenze delle interruzioni di corrente per una varietà di servizi, inclusi ospedali, strutture per la vita assistita, stazioni di polizia, trattamento e consegna dell'acqua e altro ancora.
Fermare gli incendi prima che inizino
Tecniche come il diradamento delle foreste e la combustione controllata possono aiutare a domare gli incendi futuri prima che si accendano. Le fiamme si sono fermate proprio quando hanno incontrato le sequoie di Yosemite all'inizio di quest'estate, ad esempio, qualcosa che i gestori del parco attribuiscono alle ustioni controllate. Capo scienziato del PNNL Marco Wigmosta ha sviluppato un nuovo strumento con il servizio forestale degli Stati Uniti (USFS) per aiutare le agenzie governative a sapere dove sfoltire o applicare ustioni controllate. In alcuni casi, questi gli approcci riducono i rischi di incendio del 25-96%..
Quando il fumo degli incendi oscura le viste, RADR-Fire di PNNL può scrutare attraverso pennacchi oscuri per trovare i confini del fuoco. Scopri come gli scienziati stanno ottenendo un vantaggio sugli incendi di domani: https://t.co/CxswShmIRk pic.twitter.com/z7RfVbN6gX
— Laboratorio nazionale del Pacifico nord-occidentale (@PNNLab) 10 Agosto 2022
Concentrandosi sulla regione di Wenatchee nello Stato di Washington, che rivendica il più grande incendio nella storia dello stato, il team ha lavorato per vedere come diversi modelli di uso del suolo possono rendere quest'area più resiliente sia agli incendi che ai cambiamenti climatici.
"Imitando la natura e aggiungendo complessità ai paesaggi, aiuta a prevenire che futuri incendi sfuggano al controllo", ha affermato Wigmosta.
Con circa 500 milioni di acri di foreste pubbliche, private, statali e tribali supportate dalla gestione dell'USFS, è stato difficile stabilire quali aree concentrare questi sforzi con risorse limitate.
Approcci come quello di Wigmosta offrono anche altri vantaggi, come la riduzione del 33% del fumo proveniente da futuri incendi e persino il rafforzamento del flusso del flusso del 7-10%.
"Queste informazioni aiuteranno i gestori del territorio a progettare un percorso da seguire per indirizzare le proprie risorse verso i maggiori guadagni, che si tratti di una riduzione delle emissioni di incendi, di un migliore sequestro di carbonio a lungo termine o persino di un aumento del flusso del flusso", ha affermato Wigmosta.
Prevedere gli incendi di domani
Molte delle agenzie incaricate di segnalare il rischio di incendio si basano su noti fattori meteorologici di incendio per stimare il pericolo. Guida attraverso una foresta pubblica e potresti vedere una ruota dei colori che indica la possibilità di incendio: verde quando il rischio è basso, rosso quando fattori come temperature elevate e forti venti indicano un pericolo maggiore. Ma gli incendi - e tutte le variabili che ne determinano l'intensità - sono più complessi di così.
Alcuni fattori di base come la temperatura e la velocità del vento possono fornire una stima approssimativa del rischio. Per ottenere un quadro più solido e accurato del comportamento degli incendi ora e in futuro, tuttavia, dobbiamo considerare di più.
Ecco perché scienziato atmosferico Ruby Leung ha guidato un team di scienziati nella progettazione di un nuovo approccio alla proiezione del comportamento degli incendi. Una nuova coppia di modelli considera un elenco ampliato di 28 "predittori di incendi boschivi" che proiettano il comportamento degli incendi ora e, se abbinati a modelli che stimano il cambiamento climatico, per diversi decenni nel futuro.
La secchezza della vegetazione, il livello di umidità atmosferica, il numero di persone che vivono nelle vicinanze: queste e altre variabili possono fornire un quadro più completo di quanto è probabile che un incendio colpisca, fino a che punto brucia e quanto fumo rilascia in l'atmosfera.
Proiettare l'aumento e la diminuzione delle emissioni di incendi nel clima di domani era l'obiettivo originale del lavoro, ha affermato Leung, iniziato in collaborazione con l'Agenzia per la protezione ambientale ed è stato ulteriormente supportato da HyperFACETS, un progetto di scienze del clima sponsorizzato dall'Office of Science del Dipartimento dell'Energia . Sebbene il comportamento futuro del fuoco varierà a seconda della regione, si prevede che le emissioni di incendi aumenteranno.
“Alcuni luoghi vedranno un aumento maggiore emissioni di fuoco, mentre altri vedranno di meno”, ha detto Leung. “Ma in generale, gli interi Stati Uniti vedranno un aumento delle emissioni di incendi in futuro. E questo è dovuto alle temperature più calde e all'aumento della siccità".
Il nuovo approccio utilizza l'intelligenza artificiale per capire quali variabili sono più importanti per prevedere l'area bruciata e i livelli di fumo. Proprio come un il sistema artificialmente intelligente può ordinare abilmente le immagini di cani e gatti, quindi può anche ordinare quali variabili di previsione degli incendi sono fondamentali per previsioni abili.
Non sorprende che la secchezza del carburante e il carico di carburante siano i principali contributori. Ma anche i modelli meteorologici che si sviluppano nel corso degli anni possono aumentare significativamente il rischio. Tali modelli non sono generalmente considerati nella modellazione convenzionale del comportamento al fuoco.
Il monitoraggio dei livelli di emissione di incendi è importante per il suo rischio diffuso per la salute umana, ha affermato Leung. Ma quell'importanza aumenterà solo man mano che gli incendi bruciano più forte.
"Quando pensiamo all'inquinamento", ha affermato Leung, "spesso pensiamo alle emissioni scarico auto o dalla combustione di combustibili fossili. Tuttavia, gli inquinanti delle emissioni di incendi potrebbero superare questi due e diventare la più grande fonte di inquinanti in futuro poiché le emissioni di incendi aumenteranno mentre le emissioni antropogeniche verranno ridotte".
Quando i ricercatori dipingono immagini sempre più approfondite degli incendi di domani, molti ne trarranno vantaggio. Gli operatori dei servizi pubblici sono meglio attrezzati per proteggere le infrastrutture energetiche dai disastri naturali, i responsabili delle decisioni sono più informati nella gestione delle risposte ai cambiamenti climatici e la comunità scientifica ha una maggiore comprensione delle condizioni meteorologiche estreme.
Per gentile concessione di Laboratorio nazionale nord-occidentale del Pacifico (PNNL).
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