I ricercatori della Kansas State University fanno parte di un ampio progetto di collaborazione che utilizza velivoli senza pilota per migliorare il piano di gestione del fumo di Kansas Flint Hills.

Il progetto triennale è finanziato dal Kansas Department of Health and Environment, o KDHE, e coinvolge scienziati universitari; scienziati della NASA; piloti di sistemi di velivoli senza pilota del Kansas State University Polytechnic Campus; meteorologi; allevatori; e ambientalisti. I membri del gruppo di ricerca hanno background diversi, ma condividono tutti un obiettivo comune:migliorare l'ambiente e la salute umana bilanciando al contempo il sostentamento di allevatori e agricoltori.

"Vogliamo che i nostri dati siano utili per tenere il fuoco come pratica che sia sia ecologicamente che socialmente accettabile nelle Grandi Pianure, " ha detto Carol Baldwin, il leader del progetto e un associato di ricerca e estensione dello stato K presso il College of Agriculture.

Il team sta collaborando con un allevatore di Flint Hills per raccogliere dati durante le tipiche ustioni prescritte dall'erba alta. I ricercatori hanno collegato sensori su velivoli senza pilota per raccogliere informazioni sulla qualità dell'aria durante un'ustione.

Le informazioni che raccolgono aiutano la NASA a verificare i prodotti di dati satellitari e facilitano la collaborazione tra KDHE e l'Agenzia per la protezione dell'ambiente per migliorare il piano di gestione del fumo di Kansas Flint Hills. Il piano è stato implementato nel 2011 e aiuta gli allevatori a prendere decisioni sui giorni migliori per bruciare senza influire negativamente sulla salute umana, soprattutto nelle aree metropolitane.

Nel passato, quando le condizioni meteorologiche erano favorevoli, La combustione della primavera di Flint Hills ha influito sulla qualità dell'aria a Wichita, Topeka, Kansas City e le aree metropolitane del Nebraska e dell'Oklahoma. La scarsa qualità dell'aria è dannosa per le persone con asma e altri problemi di salute. La sfida è che il fuoco è necessario per mantenere l'integrità del paesaggio della prateria di erba alta, ha detto Baldwin.

"Abbiamo bisogno di fuoco, " disse Baldovino, che è un esperto nella gestione dei pascoli. "Se prendiamo fuoco e pascoliamo fuori dall'ecosistema, non avremo praterie come le conosciamo. Finiremo con un bosco arbusto".

Attuali modelli di gestione del fumo, come il piano Flint Hills, utilizzare i dati degli incendi in altre parti degli Stati Uniti, non nelle Grandi Pianure, Baldwin ha detto, e questo è un problema. Il progetto guidato dall'università vuole ottenere dati sugli incendi più accurati dalla regione delle Grandi Pianure lavorando con veri allevatori durante un'ustione tipica.

"Speriamo che gli allevatori di Flint Hills utilizzino questi strumenti per pianificare le loro ustioni in modo che non influiscano sulla qualità dell'aria sottovento dall'incendio, " ha detto Doug Watson, capo del monitoraggio e della pianificazione dell'aria presso il Dipartimento della salute e dell'ambiente del Kansas. "Allo stesso tempo, vogliamo educare le aree metropolitane sull'importanza dell'ecosistema di Flint Hills e sui motivi per cui gli allevatori bruciano per mantenere quell'ecosistema".

Utilizzo di velivoli senza pilota

Per testare un'ustione prescritta, i ricercatori stanno lavorando con Jane Koger, un allevatore di Matfield Green. Koger ha permesso ai ricercatori di raccogliere dati prima, durante e dopo le ustioni annuali nel suo ranch.

I piloti UAS raccolgono le emissioni di fumo da un'ustione controllata facendo volare tre velivoli senza pilota nel fumo sopra gli incendi. L'aereo senza pilota utilizza sensori continui e sensori di campionamento per misurare particelle e sostanze chimiche che causano ozono, e utilizzano la termografia per misurare la temperatura del fuoco. I sensori continui utilizzano laser per effettuare misurazioni e inviare dati, compresa la concentrazione di particelle, livelli di ozono, temperatura e umidità. I sensori del campione hanno una piccola borsa per raccogliere e riportare i campioni di particolato d'aria che vengono analizzati per il particolato, o PM, così come il biossido di azoto e il carbonio organico volatile, o COV, livelli.

Travis Balthazor, Responsabile delle operazioni di volo UAS, sta guidando il team di 12 piloti UAS addestrati, che include ricercatori e studenti del Kansas State University Polytechnic Campus. Gli studenti stanno facendo esperienza nel mondo reale attraverso il progetto, disse Balthazor.

"Questo è al di fuori del regno della nostra scatola normale, quindi questo è uno sforzo che ci avvantaggia a lungo termine, " ha detto Balthazor. "Per quanto riguarda gli aerei operativi e guardando al futuro dei velivoli senza pilota, tutti vogliono volare oltre la linea di vista e vogliono volare più in alto. Ne abbiamo un assaggio con questo progetto".

Dopo l'ustione

Dopo ogni bruciatura, i ricercatori hanno un record di biomassa erbacea che è stata bruciata, i livelli di calore del fuoco e i livelli di emissione dal fuoco.

Questi dati stanno aiutando la NASA a verificare le immagini satellitari e le stime delle emissioni a distanza. La NASA utilizza le immagini dei dati satellitari per determinare l'intensità di un incendio ei tassi di emissione di fumo. Per completare la convalida, i ricercatori combinano misurazioni dirette della produzione di carbonio nero con i dati di una termocamera che misura l'intera gamma delle temperature interne di un incendio. La ricerca sta anche aiutando la NASA a migliorare i modelli di dati satellitari.

Altri collaboratori del progetto, tra cui Deon Van Der Merwe, membro aggiunto della facoltà di medicina diagnostica e patobiologia presso il College of Veterinary Medicine dell'università:stanno utilizzando l'aereo senza pilota per stimare le dimensioni dell'incendio facendo volare l'aereo sopra i prati prima di un'ustione prescritta per determinare quanta erba, alberi o arbusti sono nella zona.

Per l'allevatore Koger, il progetto di ricerca può aiutare gli allevatori come lei a imparare come mantenere la prateria di erba alta senza danneggiare i loro mezzi di sussistenza.

"Penso che sia importante capire meglio cosa stiamo facendo e cosa stiamo mettendo in aria, " ha detto Koger. "Abbiamo figli e nipoti, e alcuni di loro hanno l'asma. Influisce su tutti noi. Quando abbiamo una scienza concreta, e quando K-State la condivide, gli allevatori ascoltano. Ottenere alcuni numeri e sapere cosa stiamo veramente facendo e riportarli al pubblico parlerà alle persone".