Il progetto "Wildfire Digital Twin" della NASA fornirà ai vigili del fuoco e ai gestori degli incendi uno strumento superiore per monitorare gli incendi e prevedere eventi dannosi di inquinamento atmosferico e aiuterà i ricercatori a osservare le tendenze globali degli incendi in modo più preciso.

Lo strumento utilizzerà l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico per prevedere potenziali percorsi di combustione in tempo reale, unendo i dati provenienti da sensori in situ, aerei e spaziali per produrre modelli globali con elevata precisione.

Mentre gli attuali modelli globali che descrivono la diffusione degli incendi e del fumo hanno una risoluzione spaziale di circa 10 chilometri per pixel, il Wildfire Digital Twin produrrebbe modelli di insieme regionali con una risoluzione spaziale compresa tra 10 e 30 metri per pixel, un miglioramento di due ordini di grandezza. .

Questi modelli potrebbero essere generati in un arco di pochi minuti. In confronto, la produzione dei modelli globali attuali può richiedere ore.

Modelli con una risoluzione spaziale così elevata prodotti a questa velocità sarebbero immensamente preziosi per i primi soccorritori e i gestori degli incendi che cercano di osservare e contenere ustioni dinamiche.

Milton Halem, professore di informatica e ingegneria elettrica presso l'Università del Maryland, nella contea di Baltimora, guida il progetto Wildfire Digital Twin, che comprende un team di oltre 20 ricercatori provenienti da sei università.

"Vogliamo essere in grado di fornire ai vigili del fuoco informazioni utili e tempestive", ha affermato Halem, aggiungendo che sul campo "generalmente non c'è Internet e non c'è accesso ai grandi supercomputer, ma con la nostra versione API del modello, potrebbero eseguire il gemello digitale non solo su un laptop, ma anche su un tablet", ha affermato.

Il progetto FireSense della NASA si concentra sullo sfruttamento delle capacità tecnologiche e scientifiche della Terra uniche dell'agenzia per ottenere una migliore gestione degli incendi negli Stati Uniti.

L'Earth Science Technology Office della NASA sostiene questo impegno con il suo nuovo elemento del programma, Technology Development for support of Wildfire Science, Management, and Disaster Mitigation (FireSense Technology), che è dedicato allo sviluppo di nuove capacità di osservazione per prevedere e gestire gli incendi boschivi, comprese tecnologie come Earth Gemelli digitali di sistema.

Gli Earth System Digital Twins sono strumenti software dinamici per la modellazione e la previsione degli eventi climatici in tempo reale. Questi strumenti si basano su origini dati distribuite su più domini per creare previsioni complessive che descrivono qualsiasi cosa, dalle inondazioni alle condizioni meteorologiche avverse.

Oltre ad assistere i primi soccorritori, un gemello digitale del sistema terrestre dedicato alla modellazione degli incendi sarebbe prezioso anche per gli scienziati che monitorano le tendenze degli incendi a livello globale. In particolare, Halem spera che Wildfire Digital Twins migliori la nostra capacità di studiare gli incendi nelle foreste boreali globali di conifere resistenti al freddo, che sequestrano grandi quantità di carbonio.

Quando queste foreste bruciano, tutto il carbonio viene rilasciato nuovamente nell’atmosfera. Uno studio, pubblicato nell'agosto del 2023, ha rilevato che i soli incendi boreali rappresentavano il 25% di tutta la CO₂ globale emissioni da quell'anno fino ad oggi.

"La ragione CO₂ Le emissioni degli incendi boschivi boreali si stanno verificando a un ritmo annuale crescente perché il riscaldamento globale sta aumentando più rapidamente alle alte latitudini rispetto al resto del pianeta e, di conseguenza, le estati boreali stanno diventando più lunghe", ha affermato Halem. "Mentre nel resto del pianeta il pianeta potrebbe essersi riscaldato di un grado Celsius dalla rivoluzione preindustriale, questa regione si è riscaldata ben oltre i due gradi."

Il lavoro di Halem si basa su altri modelli di incendi, in particolare il modello NASA-Unified Weather Research and Forecasting (NUWRF), sviluppato dalla NASA, e WRF-SFIRE, sviluppato da un team di ricercatori con il supporto della National Science Foundation. Questi modelli simulano fenomeni come la velocità del vento e la copertura nuvolosa, il che li rende la base perfetta per un Wildfire Digital Twin.

Nello specifico, il team di Halem sta lavorando a nuove tecniche di assimilazione dei dati satellitari che uniranno le informazioni provenienti da sensori remoti spaziali nel loro Wildfire Digital Twin, consentendo previsioni di dati globali migliorate che saranno utili sia per le emergenze che per le missioni scientifiche.

A ottobre, il team di Halem ha partecipato alla prima campagna sul campo FireSense in collaborazione con il Fire and Smoke Model Evaluation Experiment (FASMEE) del National Forest Service per osservare il fumo mentre viaggiava per più di 10 miglia durante un incendio controllato nello Utah, utilizzando un ceilometer. Ora il team sta inserendo questi dati nel software di modellazione per aiutarlo a tracciare i pennacchi in modo più accurato.

Sono particolarmente interessati a tracciare le particelle più piccole di 2,5 micrometri, che sono abbastanza piccole da passare attraverso i polmoni di una persona ed entrare nel flusso sanguigno. Queste particelle, note anche come PM 2,5, possono causare seri problemi di salute anche se una persona non si trova nelle vicinanze di un'ustione attiva.

"Quando questi incendi si accendono e iniziano a bruciare, producono fumo e questo fumo viaggia per distanze considerevoli. Colpisce le persone non solo a livello locale, ma anche a distanze di migliaia di chilometri o più", ha affermato Halem.

I dati dell’incendio controllato aiuteranno anche Halem e il suo team a quantificare la relazione tra aerosol e precipitazioni. L'aumento degli aerosol derivanti dagli incendi ha un enorme impatto sulla formazione delle nubi, che a sua volta influisce sul modo in cui si verificano le precipitazioni a valle dell'incendio interessato.

Assimilare tutte queste informazioni mentre provengono dai sensori in tempo reale è essenziale per dettagliare l'impatto completo degli incendi su scala locale, regionale e globale.

Fornito dalla NASA