Ogni sera dalla tarda primavera all'inizio dell'autunno, due aerei decollano dagli aeroporti degli Stati Uniti occidentali e volano al tramonto, ognuno diretto verso un incendio attivo, e poi un altro, e un altro. da 10, 000 piedi da terra, i piloti possono individuare il bagliore di un fuoco, e ogni tanto il fumo entra in cabina, bruciore agli occhi e alla gola.

I piloti volano in linea retta sulle fiamme, quindi fare un'inversione a U e tornare indietro in un percorso adiacente ma sovrapposto, come se stessero falciando un prato. Quando l'attività del fuoco è al suo apice, non è raro per l'equipaggio mappare 30 incendi in una notte. La vista aerea risultante degli incendi boschivi più pericolosi del paese aiuta a stabilire i bordi di quegli incendi e identificare le aree dense di fiamme, incendi sparsi e punti caldi isolati.

Una grande costellazione globale di satelliti, gestito dalla NASA e dalla National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), combinato con una piccola flotta di aerei operati dal Servizio Forestale degli Stati Uniti (USFS) aiuta a rilevare e mappare l'estensione, diffusione e impatto degli incendi boschivi. Con l'avanzare della tecnologia, così ha il valore del telerilevamento, la scienza della scansione della Terra a distanza utilizzando satelliti e aeroplani ad alta quota.

Il più immediato, decisioni di vita o di morte nella lotta contro gli incendi boschivi:mandare fumogeni su un crinale, Per esempio, o chiamando un ordine di evacuazione quando le fiamme saltano un fiume, sono fatti dai vigili del fuoco e dai capi nei centri di comando e sulla linea del fuoco. I dati provenienti da satelliti e aerei forniscono una consapevolezza situazionale con un approccio strategico, visione d'insieme.

"Utilizziamo i satelliti per prendere decisioni su dove allestire le risorse in tutto il paese, ", ha affermato Brad Quayle del Geospatial Technology and Applications Center del Forest Service, che svolge un ruolo chiave nel fornire dati di telerilevamento per la soppressione attiva degli incendi. "Quando c'è una forte concorrenza per i vigili del fuoco, petroliere e aerei, devono essere prese decisioni su come distribuire tali beni".

Non è raro che un satellite per l'osservazione della Terra sia il primo a rilevare un incendio boschivo, soprattutto in regioni remote come la natura selvaggia dell'Alaska. E al culmine della stagione degli incendi, quando ci sono più incendi che aerei per mapparli, i dati dei satelliti vengono utilizzati per stimare l'evoluzione dell'incendio, catturare aree bruciate, il perimetro mutevole e il potenziale danno, come nel caso di Howe Ridge Fire del Montana, che ha bruciato per quasi due mesi nel Glacier National Park la scorsa estate.

Immagine globale del fuoco dallo spazio

Nel gennaio 1980, due scienziati, Michael Matson e Jeff Dozier, che lavoravano al National Environmental Satellite della NOAA, Dati, e servizio informazioni edificio a Camp Springs, Maryland, rilevato minuscoli punti luminosi su un'immagine satellitare del Golfo Persico. L'immagine è stata catturata dallo strumento Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) sul satellite NOAA-6, e le macchie, Hanno scoperto, erano razzi delle dimensioni di un falò causati dalla combustione di metano nei pozzi petroliferi. Era la prima volta che un fuoco così piccolo veniva visto dallo spazio. Dozier, che sarebbe diventato il decano fondatore della Bren School of Environmental Science and Management presso l'Università della California a Santa Barbara, era "incuriosito dalle possibilità, " e ha continuato a sviluppare, entro un anno, un metodo matematico per distinguere i piccoli fuochi da altre fonti di calore. Questo metodo sarebbe diventato la base per quasi tutti i successivi algoritmi di rilevamento degli incendi satellitari.

Quanto appreso da AVHRR ha informato la progettazione del primo strumento con bande spettrali espressamente progettate per rilevare gli incendi, Spettroradiometro di imaging a risoluzione moderata della NASA, o MODIS, lanciato sul satellite Terra nel 1999, e un secondo strumento MODIS su Aqua nel 2002. MODIS a sua volta ha informato la progettazione del Visible Infrared Imaging Radiometer Suite, VIRS, che vola sui satelliti NOAA/NASA Suomi-NPP e NOAA-20 del Joint Polar Satellite System. Ogni nuovo strumento ha rappresentato un importante passo avanti nella tecnologia di rivelazione incendio.

"Senza MODIS, non avremmo l'algoritmo VIIRS, " disse Ivan Csiszar, responsabile del prodotto antincendio attivo per il team di convalida della calibrazione del Joint Polar Satellite System. "Abbiamo costruito su quel patrimonio."

Gli strumenti sui satelliti in orbita polare, come Terra, Acqua, Suomi-NPP e NOAA-20, in genere osservano un incendio in un determinato luogo alcune volte al giorno mentre orbitano attorno alla Terra da un polo all'altro. Nel frattempo, i satelliti geostazionari GOES-16 e GOES-17 di NOAA, lanciato a novembre 2016 e marzo 2018, rispettivamente, fornire aggiornamenti continui, sebbene con una risoluzione più grossolana e per porzioni fisse del pianeta.

"Non puoi avere un'immagine globale con un aereo, non puoi farlo da una stazione di terra, " ha detto Ralph Kahn, un ricercatore senior presso il Goddard Space Flight Center della NASA. "Per avere un quadro globale, hai bisogno di satelliti."

Lo strumento MODIS ha mappato incendi e cicatrici da ustione con una precisione che ha superato di gran lunga l'AVHRR. E dopo quasi 20 anni in orbita, le bande ottiche e termiche su MODIS, che rilevano l'energia riflessa e irradiata, continuare a fornire immagini visibili di giorno e informazioni notturne sugli incendi attivi.

VIIRS ha migliorato le capacità di rilevamento degli incendi. A differenza di MODIS, la banda dell'imager VIIRS ha una risoluzione spaziale più elevata, a 375 metri per pixel, che gli permette di rilevare più piccoli, incendi a bassa temperatura. VIIRS fornisce anche capacità di rilevamento antincendio notturno attraverso la sua banda giorno-notte, che può misurare la luce visibile a bassa intensità emessa da piccoli e nascenti fuochi.

I primi momenti dopo l'accensione di un incendio sono critici, disse Everett Hinkley, Responsabile nazionale del programma di telerilevamento per il servizio forestale degli Stati Uniti. In California, Per esempio, quando i venti intensi si combinano con condizioni di carburante secco, il tempo di risposta può fare la differenza tra un incendio catastrofico, come il fuoco da campo che ha consumato quasi l'intera città del paradiso, e uno che viene rapidamente contenuto.

"Quei vigili del fuoco che sono i primi soccorritori non sempre conoscono la posizione precisa dell'incendio, quanto velocemente si sta muovendo o in quale direzione, "Ha detto Hinkley. "Stiamo lavorando per cercare di fornire loro informazioni in tempo reale o quasi per aiutarli a comprendere meglio il comportamento del fuoco in quelle prime ore critiche".

I soccorritori si rivolgono sempre più ai satelliti GOES per i primi, geolocalizzazione precisa degli incendi in aree remote. Il 2 luglio, 2018, Per esempio, dopo che il fumo è stato segnalato in un'area boschiva vicino alla contea di Custer, nel Colorado centrale, GOES East ha rilevato un hotspot lì. I meteorologi a Pueblo hanno ispezionato visivamente i dati e hanno fornito le coordinate esatte di quello che sarebbe diventato l'Adobe Fire, e le squadre sono state inviate rapidamente sulla scena. L'algoritmo di rivelazione e caratterizzazione degli incendi, l'ultima versione dell'algoritmo operativo di rilevamento degli incendi di NOAA, è in fase di aggiornamento e si prevede che migliorerà ulteriormente la rilevazione precoce degli incendi e ridurrà i falsi positivi.

"Il Santo Graal è che i vigili del fuoco vogliono essere in grado di prendere un incendio nelle prime ore o anche entro la prima ora in modo da poter agire per spegnerlo, " disse Vince Ambrosia, uno scienziato di telerilevamento di incendi boschivi presso l'Ames Research Center della NASA a Moffett Field, California. "Quindi è fondamentale avere una copertura regolare e frequente".

È possibile accedere ai dati del telerilevamento sugli incendi in molti modi diversi. Tra loro, Informazioni antincendio della NASA per il sistema di gestione delle risorse, o AZIENDE, utilizza i dati MODIS e VIIRS per fornire aggiornamenti sugli incendi attivi in ​​tutto il mondo, inclusa una posizione approssimativa di un hotspot rilevato. Le immagini sono disponibili entro quattro o cinque ore.

Fumo e salute pubblica

Certo, dove c'è fuoco, c'è fumo, e sapere come il fumo degli incendi attraversa l'atmosfera è importante per la qualità dell'aria, visibilità e salute umana. Come altro particolato nell'atmosfera, il fumo degli incendi può penetrare in profondità nei polmoni e causare una serie di problemi di salute. I satelliti possono darci importanti informazioni sul movimento e sullo spessore di quel fumo.

Terra porta lo strumento Multi-angle Imaging SpectroRadiometer (MISR), un sensore che utilizza nove telecamere fisse, ogni vista della Terra da un'angolazione diversa. MISR misura il movimento e l'altezza del pennacchio di fumo di un incendio, così come la quantità di particelle di fumo provenienti da quel fuoco, e fornisce alcuni indizi sulla composizione del pennacchio. Per esempio, durante il fuoco da campo, Le misurazioni MISR hanno mostrato un pennacchio fatto di grandi, particelle non sferiche sopra il Paradiso, California, un'indicazione che gli edifici stavano bruciando. I ricercatori hanno stabilito che la costruzione di fumo porta a particelle più grandi e di forma più irregolare rispetto agli incendi. Particelle di fumo dall'incendio della foresta circostante, d'altra parte, erano più piccoli e per lo più sferici. Le misurazioni del MISR hanno anche mostrato che l'incendio ha sollevato fumo per circa 2 miglia nell'atmosfera e lo ha portato a circa 180 miglia sottovento, verso l'Oceano Pacifico.

Gli scienziati controllano anche da vicino se l'altezza del fumo ha superato lo "strato limite vicino alla superficie, " dove l'inquinamento tende a concentrarsi. Gli incendi con più energia, come gli incendi boschivi boreali, hanno maggiori probabilità di produrre fumo che supera lo strato limite. A quell'altezza, "il fumo in genere può viaggiare più lontano, rimanere nell'atmosfera più a lungo, e avere un impatto ulteriormente sottovento, "ha detto Kahn.

I satelliti hanno dei limiti. Tra loro, le firme di calore rilevate dagli strumenti sono mediate sui pixel, il che rende difficile individuare con precisione la posizione e le dimensioni dell'incendio. L'interpretazione dei dati dai satelliti presenta ulteriori sfide. Sebbene i segnali termici forniscano un'indicazione dell'intensità del fuoco, il fumo sopra il fuoco può diminuire quel segnale, e gli incendi senza fiamma potrebbero non irradiare tanta energia quanto i fuochi fiammeggianti nelle bande spettrali osservate.

Da vicino con i sensori di "calore" nell'aria

È qui che entrano in gioco gli strumenti sugli aerei del servizio forestale. I dati di questi voli contribuiscono al National Infrared Operations Program (NIROPS), che utilizza strumenti sviluppati con la NASA per visualizzare le informazioni sugli incendi nei servizi di mappatura web, compreso Google Earth. La NASA lavora a stretto contatto con il servizio forestale per sviluppare nuove tecnologie per il tipo di sistemi di rilevamento termico trasportati da questi aerei.

Ogni aereo NIROPS è dotato di un sensore a infrarossi che vede una striscia di terra di sei miglia sottostante e può mappare 300, 000 acri di terreno all'ora. Da quota 10, 000 piedi, il sensore può rilevare un hotspot di soli 6 pollici di diametro, e posizionalo entro 12,5 piedi su una mappa. I dati di ogni passaggio vengono registrati, compresso e immediatamente downlinkato a un sito FTP, dove gli analisti creano mappe a cui i vigili del fuoco possono accedere direttamente su un telefono o tablet sul campo. Volano di notte quando non c'è il riflesso del sole a compromettere le loro misurazioni, lo sfondo è più fresco, e gli incendi sono meno aggressivi.

"Ogni volta che eseguiamo la scansione, stiamo 'verità' quel fuoco, " dice Charles "Kaz" Kazimir, un tecnico a infrarossi con NIROPS, che ha pilotato incendi con il programma per 10 anni. "Per terra, possono avere un'idea di come si comporta quel fuoco, ma quando ottengono l'immagine, è la verità. Convalida o invalida la loro ipotesi dall'ultima volta che hanno avuto informazioni".

Gli strumenti aeronautici a infrarossi colmano alcune lacune nei dati satellitari. Campagne sul campo, come il NASA-NOAA FIREX-AQ, ora in corso, sono progettati per affrontare anche questi problemi. Ma gli scienziati stanno anche cercando nuove tecnologie. Nel 2003, rappresentanti della NASA e del Servizio Forestale hanno formato un comitato di telerilevamento tattico antincendio, che si riunisce due volte all'anno per discutere i modi per sfruttare la tecnologia di telerilevamento nuova ed esistente in relazione agli incendi. Per esempio, è in fase di sviluppo un nuovo sensore a infrarossi che scansiona un'andana tre volte più ampia rispetto al sistema esistente. Ciò significherebbe meno linee di volo e meno tempo trascorso su un singolo fuoco, ha detto Hinkley.

"La verità è che stiamo attivamente indagando e sviluppando capacità che aiuteranno i decisori sul campo, soprattutto nelle prime fasi di incendi dinamici, " Ha detto Hinkley. "Non stiamo solo riposando sugli allori qui. Comprendiamo che dobbiamo sfruttare meglio le nuove tecnologie per aiutare a mantenere le persone al sicuro".