Das Computermodell wird alle 12 Stunden mit neuen Beobachtungen aktualisiert und sagt wichtige Details wie das Ausmaß des Feuers und Änderungen in seinem Verhalten voraus.
Wissenschaftler haben eine neue Computermodellierungstechnik entwickelt, die zum ersten Mal das Versprechen bietet, kontinuierlich aktualisierte Vorhersagen des Waldbrandwachstums über die gesamte Lebensdauer langlebiger Flammen zu erstellen.
Wissenschaftler des Nationalen Zentrums für Atmosphärenforschung (NCAR) und der University of Maryland entwickelten die Technik, die innovative Simulationen kombiniert, die die Wechselwirkung von Wetter- und Feuerverhalten mit neu verfügbaren Satellitenbeobachtungen von aktiven Waldbränden darstellen. Das Computermodell wird alle 12 Stunden mit neuen Beobachtungen aktualisiert und sagt wichtige Details wie das Ausmaß des Feuers und Änderungen in seinem Verhalten voraus.
Am 6. Juni 2010 entzündete ein Blitz das Feuer von Medano im Great Sand Dunes National Park in Colorado. Als dieses Bild am 23. Juni aufgenommen wurde, waren bereits mehr als 5.000 Morgen niedergebrannt. © UCAR Foto von David Hosansky.
Der Durchbruch wird in einer Studie beschrieben, die heute in einer Online-Ausgabe von Geophysical Research Letters veröffentlicht wurde, nachdem sie im letzten Monat zum ersten Mal online gestellt wurde.
"Wir glauben, dass es mit dieser Technik möglich ist, über die gesamte Lebensdauer eines Feuers hinweg immer wieder gute Vorhersagen zu treffen, auch wenn es wochen- oder monatelang brennt", sagte NCAR-Wissenschaftlerin Janice Coen, Hauptautorin und Modellentwicklerin. "Dieses Modell, das interaktive Wettervorhersage und Waldbrandverhalten kombiniert, könnte die Vorhersage erheblich verbessern, insbesondere bei großen, intensiven Waldbrandereignissen, bei denen die aktuellen Vorhersage-Tools am schwächsten sind."
Gegenwärtig verwenden Feuerwehrleute Tools, mit denen die Geschwindigkeit der Vorderkante eines Feuers geschätzt werden kann, die jedoch zu einfach sind, um die durch die Wechselwirkung von Feuer und Wetter verursachten entscheidenden Auswirkungen zu erfassen.
Die Forscher testeten die neue Technik erfolgreich, indem sie sie rückwirkend auf das Little Bear Fire 2012 in New Mexico anwendeten, das fast drei Wochen lang brannte und mehr Gebäude zerstörte als jedes andere verheerende Feuer in der Geschichte des Staates.
Die Forschung wurde von der NASA, der Federal Emergency Management Agency und der National Science Foundation, dem Sponsor von NCAR, finanziert.
Das Bild schärfen
Um eine genaue Vorhersage eines Waldbrands zu erstellen, benötigen Wissenschaftler ein Computermodell, das sowohl aktuelle Daten über das Feuer enthält als auch simuliert, was es in naher Zukunft tun wird.
In den letzten zehn Jahren hat Coen ein Tool entwickelt, das als CAWFE-Computermodell (Coupled Atmosphere-Wildland Fire Environment) bekannt ist und das verbindet, wie das Wetter Brände antreibt und wie Brände ihr eigenes Wetter erzeugen. Mit CAWFE simulierte sie erfolgreich die Einzelheiten der Zunahme großer Brände.
Ohne die aktuellsten Daten zum aktuellen Zustand eines Feuers könnte CAWFE jedoch keine zuverlässige langfristige Vorhersage eines anhaltenden Feuers erstellen. Dies liegt daran, dass die Genauigkeit aller feinskaligen Wettersimulationen nach ein oder zwei Tagen erheblich abnimmt, was sich auf die Simulation des Feuers auswirkt. Eine genaue Prognose müsste auch Aktualisierungen zu den Auswirkungen der Brandbekämpfung und zu Prozessen wie der Fleckenbildung enthalten, bei denen Glut eines Feuers in die Feuerfahne geschleudert und vor ein Feuer geworfen wird, um neue Flammen zu entzünden.
Bisher war die Art von Echtzeitdaten, die zur regelmäßigen Aktualisierung des Modells benötigt werden, nicht verfügbar. Satelliteninstrumente boten nur grobe Beobachtungen von Bränden und lieferten Bilder, bei denen jedes Pixel eine Fläche von etwas mehr als einer halben Meile Durchmesser (1 km mal 1 km) darstellte. Diese Bilder zeigen möglicherweise mehrere brennende Orte, aber sie konnten die Grenzen zwischen brennenden und nicht brennenden Bereichen nicht unterscheiden, mit Ausnahme der größten Waldbrände.
Um das Problem zu lösen, hat Coens Co-Autor Wilfrid Schroeder von der University of Maryland höher aufgelöste Branderkennungsdaten von einem neuen Satelliteninstrument, der Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS), erstellt, die gemeinsam von der NASA und dem betrieben wird National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Dieses 2011 eingeführte neue Tool deckt den gesamten Globus in Abständen von höchstens 12 Stunden mit Pixeln von etwa 375 Metern (1.200 Fuß) ab. Die höhere Auflösung ermöglichte es den beiden Forschern, den aktiven Brandumfang viel detaillierter darzustellen.
Coen und Schroeder haben dann die VIIRS-Brandbeobachtungen in das CAWFE-Modell eingespeist. Durch einen Neustart des Modells alle 12 Stunden mit den neuesten Beobachtungen des Ausmaßes des Feuers - ein Prozess, der als Radfahren bezeichnet wird - konnten sie den Verlauf des Little Bear-Feuers in Schritten von 12 bis 24 Stunden während fünf Tagen des historischen Feuers genau vorhersagen. Auf diese Weise könnte die gesamte Lebensdauer eines sehr langlebigen Feuers von der Zündung bis zum Erlöschen simuliert werden.
"Das transformative Ereignis war die Ankunft dieser neuen Satellitendaten", sagte Schroeder, Professor für Geowissenschaften und Gastwissenschaftler bei NOAA. „Die verbesserte Fähigkeit der VIIRS-Daten begünstigt die Erkennung von neu entzündeten Bränden, bevor sie zu größeren Bränden führen. Die Satellitendaten bieten ein enormes Potenzial zur Ergänzung von Brandmanagement- und Entscheidungsunterstützungssystemen und verbessern die lokale, regionale und kontinentale Überwachung von Waldbränden. “
Feuerwehrleute in Sicherheit bringen
Die Forscher sagten, dass Prognosen unter Verwendung der neuen Technik besonders nützlich sein könnten, um plötzliche Explosionen und Verschiebungen in Richtung der Flammen zu antizipieren, wie etwa das, was passierte, als 19 Feuerwehrmänner letzten Sommer in Arizona ums Leben kamen.
Darüber hinaus könnten sie Entscheidungsträgern ermöglichen, mehrere neu entflammte Brände zu untersuchen und festzustellen, welche die größte Bedrohung darstellen.
"Abhängig von einigen dieser Entscheidungen stehen Leben und Wohnen auf dem Spiel, und das Zusammenspiel von Kraftstoffen, Gelände und wechselndem Wetter ist so kompliziert, dass selbst erfahrene Manager nicht immer mit sich schnell ändernden Bedingungen rechnen können", sagte Coen. „Viele Menschen haben sich damit abgefunden zu glauben, dass Waldbrände unvorhersehbar sind. Wir zeigen, dass das nicht stimmt. "
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