Wildvuur heeft het afgelopen decennium het westen van de Verenigde Staten geteisterd. In het hele land is dit jaar al meer dan drie miljoen hectare verbrand. Omdat branden elk jaar eerder ontbranden en zich elk jaar verder uitstrekken tot in de herfst, waarbij ze van "brandseizoenen" naar "brandjaren" gaan, meldt het National Interagency Fire Center dat veel westelijke Amerikaanse regio's een bovengemiddeld brandpotentieel vertonen.

Van het voorspellen van grote branden tot het voorkomen van toekomstige branden, onderzoekers van het Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) van het Department of Energy pakken het probleem van steeds heviger wordende bosbranden vanuit verschillende wetenschappelijke invalshoeken aan. En ze houden onze lichten aan in het proces.

Branden bestrijden... vanuit de ruimte

Terwijl brandweerlieden in 2021 aan de frontlinie blussen, hielp een team van wetenschappers vanuit een uniek uitkijkpunt:de ruimte. PNNL-datawetenschapper Andre Coleman leidt RADR-Fire, het satellietbeeldverwerkingssysteem dat actieve branden in kaart brengt. RADR-Fire helpt brandweerpersoneel, nutsbedrijven en andere besluitvormers het gedrag van een brand beter te begrijpen, zodat ze weloverwogen keuzes kunnen maken te midden van natuurrampen.

Maar het is ook een planningstool. Dezelfde informatie die door het RADR-Fire-systeem wordt verzameld, kan nutsbedrijven helpen bij het beoordelen van risico's door gebieden te identificeren die het meest vatbaar zijn voor natuurbranden en welke energie-infrastructuur bescherming nodig heeft. Sensoren die aan boord van veel verschillende satellieten rijden, waaronder een experimentele sensor aan boord van het internationale ruimtestation ISS, geven een weids beeld van het aardoppervlak.

Sommige op satellieten gebaseerde sensoren kunnen onthullen waar de brandstof sterk is, zoals gebieden met droge, dicht opeengepakte vegetatie. Anderen laten zien waar kwetsbare infrastructuur, zoals transmissielijnen of opwekkingsstations, binnen het bereik van een brand valt. Coleman's team heeft samengewerkt met brandweerlieden om nieuwe mogelijkheden aan het systeem toe te voegen, zoals de mogelijkheid om te markeren waar brandvertragende druppels zijn geland. Terwijl brandweerlieden branden op de grond bestrijden, levert RADR-Fire waardevolle informatie van bovenaf.

Conventionele technieken voor het in kaart brengen van brand omvatten nachtelijke beeldvorming vanuit de lucht aan boord van blusvliegtuigen. Natuurbrandanalisten verwerken beelden nadat het vliegtuig terugkeert naar de basis, waarbij ze vaak de verschuivende grenzen van het vuur met de hand tekenen op basis van de luchtbeelden. Die kaarten helpen besluitvormers bij brandbestrijding bij het toewijzen van beperkte middelen en het strategisch beheren van de brand. Maar het kostbare proces duurt vaak uren, het uitzicht kan worden vertroebeld door dikke rookwolken en bij slecht weer kunnen vliegtuigen aan de grond worden gezet, die vaak niet beschikbaar zijn wanneer meerdere branden de aandacht vragen.

RADR-Fire voert de taak snel en eerlijker uit. Waar brandobservatievliegtuigen vaak worden ingezet voor de grootste, gevaarlijkste branden, kan RADR-Fire kleinere bosbranden beoordelen die zelden de aandacht van vliegtuigen krijgen, of ze nu naar steden sluipen of door onbewoond platteland bewegen. De sensoren kunnen door rook heen kijken en warmte detecteren, en laten precies zien waar en hoe hete vuren branden, zelfs als het zicht slecht is.

RADR-Fire is echter geen wondermiddel op één punt. De mogelijkheid om in kaart te brengen is slechts een van de vele cruciale tools, bedoeld om de voortdurende inspanningen voor het beheer van natuurbranden te ondersteunen. Tegenwoordig gebruiken Coleman en zijn team een ​​vergelijkbaar satellietnetwerk om seizoensgebonden, kortetermijnvoorspellingen van brandrisico's te delen met elektriciteitsbedrijven. Door sensorgegevens te verwerken die zijn gericht op de vegetatie rondom de energie-infrastructuur, brengt Coleman het 'brandstoflandschap' in kaart, waarbij vooral waterarme gebieden worden gemarkeerd die rijk zijn aan droge, brandondersteunende brandstof.

"Deze seizoensvoorspellingen zijn echt een uitbreiding van ons RADR-Fire-werk", zegt Coleman. "In de kern gaat RADR-Fire over het monitoren van actieve bosbranden. Maar we hebben onze tools uitgebreid met behulp van satelliet-remote sensing om nu inzicht te krijgen in de toestand van brandstoffen, zodat we het meest actuele en bijgewerkte beeld krijgen van wat er aan de hand is."

Het team van Coleman helpt nutsbedrijven andere netwerkgerelateerde risico's te identificeren. Als een onderstation of een hoogspanningscorridor is omgeven door droge borstel en de luchtvochtigheid laag is, kunnen ze niet alleen dat brandrisico signaleren, maar ook de impact van een regionale stroomuitval. Hulpprogramma's moeten de gevolgen begrijpen van stroomuitval voor een verscheidenheid aan diensten, waaronder ziekenhuizen, voorzieningen voor begeleid wonen, politiebureaus, waterbehandeling en -bezorging, en meer.

Vuren stoppen voordat ze beginnen

Technieken zoals bosuitdunning en gecontroleerde verbranding kunnen toekomstige branden helpen temmen voordat ze ontbranden. De vlammen stopten bijvoorbeeld toen ze eerder deze zomer Yosemite's sequoia's ontmoetten - iets wat parkbeheerders toeschrijven aan gecontroleerde brandwonden. PNNL-hoofdwetenschapper Mark Wigmosta heeft samen met de US Forest Service (USFS) een nieuwe tool ontwikkeld om overheidsinstanties te helpen weten waar ze gecontroleerde brandwonden moeten verdunnen of toepassen. In sommige gevallen verminderen deze benaderingen het brandgevaar met 25-96 procent.

Het team richtte zich op de Wenatchee-regio in de staat Washington, die aanspraak maakt op de grootste natuurbrand in de geschiedenis van de staat, en heeft onderzocht hoe verschillende patronen van landgebruik dit gebied veerkrachtiger kunnen maken tegen zowel natuurbranden als klimaatverandering.

"Door de natuur na te bootsen en complexiteit aan landschappen toe te voegen, helpt het voorkomen dat toekomstige branden uit de hand lopen", zegt Wigmosta.

Met ongeveer 500 miljoen hectare openbare, particuliere, staats- en stambossen die worden ondersteund door het USFS-beheer, was het een uitdaging om prioriteiten te stellen op welke gebieden deze inspanningen met beperkte middelen moesten worden gericht.

Benaderingen zoals die van Wigmosta bieden ook andere voordelen, zoals het verminderen van rook van toekomstige branden met 33 procent en zelfs het versterken van de stroomstroom met 7 tot 10 procent.

"Deze informatie zal landbeheerders helpen bij het ontwerpen van een pad voorwaarts om hun middelen te gebruiken voor de grootste uitbetalingen - of het nu gaat om verminderde uitstoot van natuurbranden, verbeterde koolstofvastlegging op de lange termijn of zelfs een grotere stroomstroom", zei Wigmosta.

De bosbranden van morgen voorspellen

Veel van de instanties die belast zijn met het signaleren van brandrisico's vertrouwen op bekende brandweerfactoren om het gevaar in te schatten. Als u door een openbaar bos rijdt, ziet u mogelijk een kleurenwiel dat de kans op brand aangeeft:groen als het risico laag is, rood als factoren zoals hoge temperaturen en harde wind wijzen op verhoogd gevaar. Maar bosbranden - en alle variabelen die hun intensiteit bepalen - zijn complexer dan dat.

Een paar basisfactoren zoals temperatuur en windsnelheid kunnen een ruwe schatting van het risico geven. Om nu en in de toekomst een robuuster en nauwkeuriger beeld te krijgen van het gedrag van natuurbranden, moeten we echter meer overwegen.

Daarom leidde atmosferische wetenschapper Ruby Leung een team van wetenschappers bij het ontwerpen van een nieuwe benadering voor het projecteren van natuurbrandgedrag. Een nieuw paar modellen beschouwt een uitgebreide lijst van 28 "voorspellers van natuurbranden" die het gedrag van natuurbranden nu voorspellen en, in combinatie met modellen die klimaatverandering inschatten, enkele decennia in de toekomst.

De droogte van de vegetatie, het luchtvochtigheidsniveau, het aantal mensen dat in de buurt woont - deze en andere variabelen kunnen een completer beeld geven van hoe waarschijnlijk het is dat een brand toeslaat, hoe ver het brandt en hoeveel rook het afgeeft in de sfeer.

Projecteren hoe brandemissies stijgen en dalen in het klimaat van morgen was het oorspronkelijke doel van het werk, zei Leung, dat begon in samenwerking met de Environmental Protection Agency en verder werd ondersteund door HyperFACETS, een klimaatwetenschappelijk project gesponsord door het Department of Energy's Office of Science . Hoewel het toekomstige brandgedrag per regio zal verschillen, zal de brandemissie naar verwachting toenemen.

"Sommige plaatsen zullen een grotere toename van de brandemissies zien, terwijl andere minder zullen zien", zei Leung. "Maar over de hele linie zullen de hele Verenigde Staten in de toekomst toenemende brandemissies zien. En dat wordt aangedreven door hogere temperaturen en toenemende droogte."

De nieuwe aanpak maakt gebruik van kunstmatige intelligentie om te achterhalen welke variabelen het belangrijkst zijn voor het voorspellen van het brandgebied en rookniveaus. Net zoals een kunstmatig intelligent systeem foto's van katten en honden behendig kan sorteren, zo kan het ook sorteren welke brandvoorspellende variabelen essentieel zijn voor bekwame voorspellingen.

Het is niet verwonderlijk dat brandstofdroogte en brandstofbelasting de grootste bijdragen leveren. Maar weerpatronen die zich in de loop van de jaren ontvouwen, kunnen het risico ook aanzienlijk vergroten. Dergelijke patronen worden doorgaans niet meegenomen in conventionele modellering van brandgedrag.

Het volgen van brandemissieniveaus is belangrijk vanwege het wijdverbreide risico voor de menselijke gezondheid, zei Leung. Maar dat belang zal alleen maar toenemen naarmate de vuren sterker branden.

"Als we denken aan vervuiling," zei Leung, "denken we vaak aan de uitstoot van uitlaatgassen van auto's of van het verbranden van fossiele brandstoffen. Maar verontreinigende stoffen door bosbrandemissies zouden die twee kunnen overtreffen en in de toekomst de grootste bron van verontreinigende stoffen worden naarmate de uitstoot van brand toeneemt terwijl antropogene emissies zullen worden teruggedrongen."

Wanneer onderzoekers steeds grondigere beelden schilderen van de bosbranden van morgen, zullen velen hiervan profiteren. Nutsbedrijven zijn beter toegerust om energie-infrastructuur te beschermen tegen natuurrampen, besluitvormers zijn beter geïnformeerd bij het beheren van reacties op een veranderend klimaat, en de wetenschappelijke gemeenschap heeft een beter begrip van extreem weer. + Verder verkennen

Zes natuurbrandtermen om te begrijpen, van waarschuwing met rode vlag tot 100% inperking