Onderzoekers van de Kansas State University maken deel uit van een groot samenwerkingsproject waarbij onbemande vliegtuigen worden gebruikt om het Kansas Flint Hills Smoke Management Plan te verbeteren.

Het driejarige project wordt gefinancierd door het Kansas Department of Health and Environment, of KDHE, en betrekt universitaire wetenschappers; NASA-wetenschappers; piloten van onbemande vliegtuigsystemen van de Kansas State University Polytechnic Campus; meteorologen; boeren; en milieuactivisten. De leden van het onderzoeksteam hebben verschillende achtergronden, maar ze hebben allemaal een gemeenschappelijk doel:het milieu en de menselijke gezondheid verbeteren en tegelijkertijd het levensonderhoud van veeboeren en boeren in evenwicht brengen.

"We willen dat onze gegevens nuttig zijn om vuur te houden als een praktijk die zowel ecologisch acceptabel als sociaal acceptabel is in de Great Plains, " zei Carol Baldwin, de projectleider en een K-State Research and Extension associate in het College of Agriculture.

Het team werkt samen met een rancher in Flint Hills om gegevens te verzamelen tijdens typische door tallgrass voorgeschreven brandwonden. De onderzoekers hebben sensoren op onbemande vliegtuigen bevestigd om informatie over de luchtkwaliteit te verzamelen tijdens een brandwond.

De informatie die ze verzamelen helpt NASA bij het verifiëren van satellietgegevensproducten en vergemakkelijkt de samenwerking tussen KDHE en de Environmental Protection Agency om het Kansas Flint Hills Smoke Management Plan te verbeteren. Het plan werd in 2011 geïmplementeerd en helpt boeren om beslissingen te nemen over de beste dagen om te verbranden zonder de menselijke gezondheid negatief te beïnvloeden. vooral in grootstedelijke gebieden.

Vroeger, als de weersomstandigheden goed waren, De lenteverbranding van Flint Hills beïnvloedde de luchtkwaliteit in Wichita, Topeka, Kansas City en grootstedelijke gebieden in Nebraska en Oklahoma. De slechte luchtkwaliteit is slecht voor mensen met astma en andere gezondheidsproblemen. De uitdaging is dat vuur nodig is om de integriteit van het tallgrass-prairielandschap te behouden, zei Baldwin.

"We hebben vuur nodig, " zei Baldwin, die expert is in het beheer van grasland. "Als we vuur en begrazing uit het ecosysteem halen, we zullen geen prairies hebben zoals we die kennen. We zullen eindigen met een drassig bos."

Huidige modellen voor rookbeheersing, zoals het plan Flint Hills, gegevens van branden in andere delen van de VS gebruiken, niet in de Great Plains, Baldwin zei, en dat is een probleem. Het door de universiteit geleide project wil nauwkeurigere brandgegevens uit de Great Plains-regio krijgen door samen te werken met echte boeren tijdens een typische brandwond.

"We hopen dat veeboeren in de Flint Hills deze hulpmiddelen zullen gebruiken om hun brandwonden te plannen, zodat ze de luchtkwaliteit benedenwinds van het vuur niet beïnvloeden, " zei Doug Watson, luchtmonitoring- en planningchef bij het Kansas Department of Health and Environment. "Tegelijkertijd, we willen de grootstedelijke gebieden informeren over het belang van het Flint Hills-ecosysteem en de redenen waarom de boeren verbranden om dat ecosysteem in stand te houden."

Onbemande vliegtuigen gebruiken

Om een ​​voorgeschreven brandwond te testen, de onderzoekers werken samen met Jane Koger, een Matfield Green-boer. Koger heeft de onderzoekers eerder toestemming gegeven om data te verzamelen, tijdens en na de jaarlijkse brandwonden op haar ranchland.

UAS-piloten verzamelen rookemissies van een gecontroleerde verbranding door drie onbemande vliegtuigen in de rook boven de branden te vliegen. De onbemande vliegtuigen gebruiken continue sensoren en monstersensoren om deeltjes en ozonveroorzakende chemicaliën te meten, en ze gebruiken thermische beeldvorming om de brandtemperatuur te meten. De continue sensoren gebruiken lasers om metingen te doen en gegevens te verzenden, inclusief deeltjesconcentratie, ozonniveaus, temperatuur en vochtigheid. De monstersensoren hebben een kleine zak om luchtdeeltjesmonsters te verzamelen en terug te brengen die worden geanalyseerd op fijnstof, of PM, evenals stikstofdioxide en vluchtige organische koolstof, of VOC, niveaus.

Travis Balthazor, UAS vluchtuitvoeringsmanager, leidt het team van 12 getrainde UAS-piloten, waaronder onderzoekers en studenten van de Kansas State University Polytechnic Campus. De studenten doen door het project praktijkervaring op, zei Balthazor.

"Dit valt buiten ons normale kader, dus dit is een inspanning die ons op de lange termijn ten goede komt, Balthazor zei. "Wat betreft het bedienen van vliegtuigen en kijkend naar de toekomst van onbemande vliegtuigen, iedereen wil voorbij de gezichtslijn vliegen en ze willen hoger vliegen. Dat proeven we met dit project."

Na de verbranding

Na elke verbranding de onderzoekers hebben een record van grasbiomassa die werd verbrand, de hitteniveaus van de brand en de emissieniveaus van de brand.

Deze gegevens helpen NASA om satellietbeelden en op afstand gestuurde emissieschattingen te verifiëren. NASA gebruikt beeldvorming van satellietgegevens om de intensiteit van een brand en de rookemissiesnelheid te bepalen. Om de validatie te voltooien, onderzoekers combineren directe metingen van de productie van zwarte koolstof met gegevens van een thermische camera die het volledige bereik van de interne temperaturen van een brand meet. Het onderzoek helpt NASA ook bij het verbeteren van satellietgegevensmodellen.

Andere projectmedewerkers, waaronder Deon Van Der Merwe, adjunct-faculteitslid diagnostische geneeskunde en pathobiologie aan het College of Veterinary Medicine van de universiteit - gebruiken het onbemande vliegtuig om de grootte van de brand te schatten door vliegtuigen boven grasland te laten vliegen vóór een voorgeschreven verbranding om te bepalen hoeveel gras, bomen of struiken in het gebied.

Voor boer Koger, het onderzoeksproject kan boeren zoals zij helpen te leren hoe ze de tallgrass-prairie kunnen onderhouden zonder hun levensonderhoud te schaden.

"Ik denk dat het belangrijk is om een ​​beter begrip te krijgen van wat we doen en wat we in de lucht brengen, " zei Koger. "We hebben kinderen en kleinkinderen, en sommigen van hen hebben astma. Het raakt ons allemaal. Als we concrete wetenschap hebben - en als K-State dat deelt - luisteren boeren. Het krijgen van wat cijfers en weten wat we echt doen en dat weer naar het publiek brengen, zal mensen aanspreken."