科学家们开发了一种预测野火行为的新技术,利用高分辨率卫星图像定期检查和修改计算机模拟。
这项工作由科罗拉多州博尔德市的国家大气研究中心(NCAR)和马里兰大学的科学家合作完成,昨天发表在《地球物理研究快报》的在线期刊上。
一般来说,野火行为是出了名的难以预测。一个小火苗可能会闷烧几天,然后猛烈爆发,一旦开始燃烧,它就会随着风向蔓延。再加上地形多变、燃料载荷变化以及火灾自身产生天气系统的加剧趋势,你就得到了一幅动态的画面,其最终形式很难预测。
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虽然科学家们在过去几十年里一直在努力模拟火灾、天气和地面条件之间的相互作用,但他们最好的努力往往在预测的第一天左右就失效了。
NCAR的科学家兼模型的主要开发人员珍妮丝·科恩说:“当你试图向前看时,一切都是预测——我们的天气模型、我们的火灾行为模型,以及它们如何协同工作。”“当你运行你的模型时,你可能会在12小时左右获得良好的结果,但过一段时间,不准确性就会累积。”
“问题是,当你的模型的准确性只能持续一两天时,你如何对事件进行建模?”
事实证明,科恩的答案是在地球上方512英里的太阳同步轨道上运行的。
从天空中获得帮助
由美国国家海洋和大气管理局运营的苏奥米NPP气象卫星携带一种特殊的红外传感器,能够捕捉全球任何地方的高分辨率图像。这种称为可见红外成像辐射仪套件(VIIRS)的小型设备可以比普通卫星传感器以更精细的尺度观察地球表面。
通过筛选从VIIRS发回的大量数据,马里兰大学地理学教授威尔弗雷德·施罗德识别出一种表示野火活动的标志性模式。通过每12小时将生成的火灾图像数据输入科恩的模型,这两位科学家基本上能够“重启”系统,以高度的准确性描绘出火灾的轮廓,即使火灾持续数周也是如此。
施罗德说:“卫星每天大约两次经过地球上的同一个位置”——比如,特定火灾的位置。“因此,每12个小时,我们启动模型并吸收新的卫星数据。如果数据与模型匹配,[科恩]会验证其准确性;如果模型偏离数据,她会校正模型以使其与数据相对应。”
这种实时更新对于不断警惕变化情况的消防员来说可能至关重要。
科恩说:“火灾一直是林业的领域,而森林管理者一直[监测]燃料的影响和[地形]对火灾的影响。天气更多的是一个未知数,而这就是我们带来的视角。”“大多数人在看火灾时,会看到移动的火焰。但我们作为气象学家,将空气视为一种流体,作为一种流体,它必须遵守一些行为规则。”
然而,这些规则可能非常复杂。除了天气系统经常变化无常的性质之外,火灾——特别是大型火灾——还会改变它们所运行的大气条件。科恩说,火灾通常会将空气向上驱动,产生一个真空,将更多的空气吸向火灾前沿。在极端情况下,这会导致火灾反扑自身,甚至改变方向。
科恩和施罗德目前正在与国家消防机构合作,以使他们的技术适应消防员的实际需求。他们希望明年开始引入一种可行的模型。
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