Todas las noches desde finales de la primavera hasta principios del otoño, dos aviones despegan de aeropuertos en el oeste de los Estados Unidos y vuelan a través de la puesta de sol, cada uno se dirigió a un incendio forestal activo, y luego otro, y otro. A partir de las 10, 000 pies sobre el suelo, los pilotos pueden ver el resplandor de un fuego, y de vez en cuando el humo entra en la cabina, quemando los ojos y la garganta.

Los pilotos vuelan en línea recta sobre las llamas, luego gira en U y vuela de regreso en un camino adyacente pero superpuesto, como si estuvieran cortando el césped. Cuando la actividad del fuego está en su punto máximo, no es raro que la tripulación mapee 30 incendios en una noche. La vista aérea resultante de los incendios forestales más peligrosos del país ayuda a establecer los límites de esos incendios e identificar áreas llenas de llamas. incendios dispersos y puntos calientes aislados.

Una gran constelación global de satélites, operado por la NASA y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), combinado con una pequeña flota de aviones operados por el Servicio Forestal de los EE. UU. (USFS) ayudan a detectar y mapear la extensión, propagación e impacto de los incendios forestales. A medida que la tecnología ha avanzado, también lo tiene el valor de la teledetección, la ciencia de escanear la Tierra a distancia utilizando satélites y aviones de alto vuelo.

El más inmediato, Decisiones de vida o muerte en la lucha contra los incendios forestales:enviar saltamontes a una cresta, por ejemplo, o pedir una orden de evacuación cuando las llamas saltan por un río, son hechas por bomberos y jefes en los centros de comando y en la línea de fuego. Los datos de satélites y aeronaves proporcionan conocimiento de la situación con un vista de imagen grande.

"Usamos los satélites para informar decisiones sobre dónde colocar los activos en todo el país, "dijo Brad Quayle del Centro de Aplicaciones y Tecnología Geoespacial del Servicio Forestal, que juega un papel clave en el suministro de datos de teledetección para la supresión activa de incendios forestales. "Cuando hay una gran competencia por los bomberos, petroleros y aviones, hay que tomar decisiones sobre cómo distribuir esos activos ".

No es raro que un satélite de observación de la Tierra sea el primero en detectar un incendio forestal, especialmente en regiones remotas como el desierto de Alaska. Y en el apogeo de la temporada de incendios, cuando hay más incendios que aviones para mapearlos, los datos de los satélites se utilizan para estimar la evolución del fuego, captura de áreas quemadas, el perímetro cambiante y el daño potencial, como en el caso de Howe Ridge Fire en Montana, que ardió durante casi dos meses en el Parque Nacional Glacier el verano pasado.

Imagen de fuego global desde el espacio

En enero de 1980, dos científicos, Michael Matson y Jeff Dozier, que trabajaban en el satélite ambiental nacional de la NOAA, Datos, y el edificio del Servicio de Información en Camp Springs, Maryland, detectó pequeños puntos brillantes en una imagen de satélite del Golfo Pérsico. La imagen había sido capturada por el instrumento de radiómetro avanzado de muy alta resolución (AVHRR) en el satélite NOAA-6, y las manchas, ellos descubrieron, Eran bengalas del tamaño de una fogata causadas por la quema de metano en pozos de petróleo. Fue la primera vez que se había visto un fuego tan pequeño desde el espacio. Dozier, quien se convertiría en el decano fundador de la Escuela Bren de Ciencias Ambientales y Gestión de la Universidad de California en Santa Bárbara, estaba "intrigado por las posibilidades, "y pasó a desarrollar, dentro de un año, un método matemático para distinguir pequeños incendios de otras fuentes de calor. Este método se convertiría en la base de casi todos los algoritmos posteriores de detección de incendios por satélite.

Lo que se aprendió de AVHRR informó el diseño del primer instrumento con bandas espectrales diseñadas explícitamente para detectar incendios, Espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada de la NASA, o MODIS, lanzado en el satélite Terra en 1999, y un segundo instrumento MODIS en Aqua en 2002. MODIS a su vez informó el diseño de Visible Infrared Imaging Radiometer Suite, VIIRS, que vuela en los satélites NOAA / NASA Suomi-NPP y NOAA-20 del Sistema de Satélites Polares Conjuntos. Cada nuevo instrumento representó un gran paso adelante en la tecnología de detección de incendios.

"Sin MODIS, no tendríamos el algoritmo VIIRS, "dijo Iván Csiszar, Líder activo de productos contra incendios para el equipo de validación de la calibración del Sistema Conjunto de Satélites Polares. "Construimos sobre esa herencia".

Los instrumentos de los satélites en órbita polar, como Terra, Agua, Suomi-NPP y NOAA-20, Por lo general, observan un incendio forestal en un lugar determinado varias veces al día mientras orbitan la Tierra de polo a polo. Mientras tanto, Los satélites geoestacionarios GOES-16 y GOES-17 de la NOAA, que se lanzó en noviembre de 2016 y marzo de 2018, respectivamente, proporcionar actualizaciones continuas, aunque a una resolución más burda y para porciones fijas del planeta.

"No se puede obtener una imagen global con un avión, no puedes hacerlo desde una estación terrestre, "dijo Ralph Kahn, un científico investigador senior en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. "Para obtener una imagen global, necesitas satélites ".

El instrumento MODIS mapeó incendios y cicatrices de quemaduras con una precisión que superó con creces al AVHRR. Y después de casi 20 años en órbita, las bandas ópticas y térmicas en MODIS, que detectan energía reflejada e irradiada, Continuar proporcionando imágenes visibles durante el día e información nocturna sobre incendios activos.

VIIRS ha mejorado las capacidades de detección de incendios. A diferencia de MODIS, la banda del generador de imágenes VIIRS tiene una resolución espacial más alta, a 375 metros por píxel, lo que le permite detectar más pequeños, incendios de temperatura más baja. VIIRS también proporciona capacidades de detección de incendios durante la noche a través de su Banda Día-Noche, que puede medir la luz visible de baja intensidad emitida por incendios pequeños e incipientes.

Los primeros momentos después de que se enciende un incendio son críticos, dijo Everett Hinkley, Gerente del Programa Nacional de Percepción Remota del Servicio Forestal de EE. UU. En California, por ejemplo, cuando los vientos intensos se combinan con condiciones de combustible seco, el tiempo de respuesta puede significar la diferencia entre un incendio catastrófico, como el Camp Fire que consumió casi todo el pueblo de Paradise, y uno que se contiene rápidamente.

"Los bomberos que son los primeros en responder no siempre conocen la ubicación precisa del incendio, qué tan rápido se mueve o en qué dirección, ", Dijo Hinkley." Estamos trabajando para tratar de darles información en tiempo real o casi en tiempo real para ayudarlos a comprender mejor el comportamiento del fuego en esas primeras horas críticas ".

Los respondedores recurren cada vez más a los satélites GOES para geolocalización precisa de incendios en áreas remotas. El 2 de julio 2018, por ejemplo, después de que se reportó humo en un área boscosa cerca del condado de Custer de Colorado central, GOES East detectó un punto de acceso allí. Los meteorólogos en Pueblo inspeccionaron visualmente los datos y proporcionaron las coordenadas exactas de lo que se convertiría en Adobe Fire, y las tripulaciones fueron enviadas rápidamente a la escena. El algoritmo de detección y caracterización de incendios, la última versión del algoritmo operativo de detección de incendios de la NOAA, está en proceso de actualización y se espera que mejore aún más la detección temprana de incendios y reduzca los falsos positivos.

"El santo grial es que los bomberos quieren poder prender un fuego en las primeras horas o incluso dentro de la primera hora para poder tomar medidas para apagarlo, "dijo Vince Ambrosia, un científico de detección remota de incendios forestales en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Moffett Field, California. "Por eso es fundamental tener una cobertura regular y frecuente".

Se accede a los datos de teledetección sobre incendios forestales de muchas formas diferentes. Entre ellos, Información sobre incendios de la NASA para el sistema de gestión de recursos, o EMPRESAS, utiliza datos de MODIS y VIIRS para proporcionar actualizaciones sobre incendios activos en todo el mundo, incluida una ubicación aproximada de un punto de acceso detectado. Las imágenes están disponibles en un plazo de cuatro a cinco horas.

Humo y salud pública

Por supuesto, donde hay fuego hay humo y saber cómo viaja el humo de los incendios forestales a través de la atmósfera es importante para la calidad del aire, visibilidad y salud humana. Como otras partículas en la atmósfera, El humo de los incendios forestales puede penetrar profundamente en los pulmones y causar una variedad de problemas de salud. Los satélites pueden brindarnos información importante sobre el movimiento y el grosor de ese humo.

Terra lleva el instrumento espectrorradiómetro de imágenes de ángulos múltiples (MISR), un sensor que utiliza nueve cámaras fijas, cada uno viendo la Tierra en un ángulo diferente. MISR mide el movimiento y la altura de la columna de humo de un incendio, así como la cantidad de partículas de humo provenientes de ese incendio, y da algunas pistas sobre la composición de la pluma. Por ejemplo, durante el Camp Fire, Las mediciones de MISR mostraron una pluma hecha de grandes partículas no esféricas sobre el paraíso, California, una indicación de que los edificios se estaban quemando. Los investigadores han establecido que el humo de la construcción genera partículas más grandes y de formas más irregulares que los incendios forestales. Partículas de humo de la quema del bosque circundante, por otra parte, eran más pequeños y en su mayoría esféricos. Las mediciones de MISR también mostraron que el fuego había elevado humo a casi 2 millas a la atmósfera y lo había llevado a unas 180 millas a favor del viento. hacia el Océano Pacífico.

Los científicos también monitorean de cerca si la altura del humo ha excedido la "capa límite cercana a la superficie, "donde la contaminación tiende a concentrarse. Los incendios forestales con más energía, como los incendios forestales boreales, son los más propensos a producir humo que supere la capa límite. A esa altura "el humo normalmente puede viajar más lejos, permanecer en la atmósfera más tiempo, y tener un impacto más a favor del viento, "Dijo Kahn.

Los satélites tienen limitaciones. Entre ellos, las firmas de calor que detectan los instrumentos se promedian en píxeles, lo que hace que sea difícil identificar con precisión la ubicación y el tamaño del incendio. La interpretación de datos de satélites presenta desafíos adicionales. Aunque las señales térmicas dan una indicación de la intensidad del fuego, el humo sobre el fuego puede disminuir esa señal, y los fuegos sin llama podrían no irradiar tanta energía como los fuegos en llamas en las bandas espectrales observadas.

De cerca con sensores de 'calor' en el aire

Ahí es donde entran los instrumentos de la aeronave del Servicio Forestal. Los datos de estos vuelos contribuyen al Programa Nacional de Operaciones Infrarrojas (NIROPS), que utiliza herramientas desarrolladas con la NASA para visualizar información de incendios forestales en servicios de mapas web, incluido Google Earth. La NASA trabaja en estrecha colaboración con el Servicio Forestal para desarrollar nuevas tecnologías para el tipo de sistemas de detección térmica que llevan estos aviones.

Cada avión NIROPS está equipado con un sensor infrarrojo que ve una franja de tierra de seis millas debajo y puede mapear 300, 000 acres de terreno por hora. Desde una altitud de 10, 000 pies, el sensor puede detectar un punto de acceso de solo 6 pulgadas de ancho, y colóquelo a menos de 12,5 pies en un mapa. Se registran los datos de cada pasada, comprimidos y enlazados inmediatamente a un sitio FTP, donde los analistas crean mapas a los que los bomberos pueden acceder directamente en un teléfono o tableta en el campo. Vuelan de noche cuando no hay destellos de sol que comprometan sus medidas, el fondo es más fresco, y los incendios son menos agresivos.

"Cada vez que escaneamos, estamos 'verificando' ese fuego, "dice Charles" Kaz "Kazimir, un técnico de infrarrojos con NIROPS, que ha volado fuegos con el programa durante 10 años. "En el piso, pueden tener ideas de cómo se está comportando ese fuego, pero cuando obtienen la imagen, esa es la verdad. O valida o invalida su suposición desde la última vez que tuvieron inteligencia ".

Los instrumentos infrarrojos de la aeronave llenan algunos de los vacíos en los datos satelitales. Campañas de campo, como el NASA-NOAA FIREX-AQ, ahora en marcha, están diseñados para abordar estos problemas también. Pero los científicos también buscan nuevas tecnologías. En 2003, representantes de la NASA y el Servicio Forestal formaron un comité táctico de detección remota de incendios, que se reúne dos veces al año para discutir formas de aprovechar la tecnología de teledetección nueva y existente en lo que respecta a los incendios forestales. Por ejemplo, Se está desarrollando un nuevo sensor de infrarrojos que escanea una franja tres veces más ancha que el sistema existente. Eso significaría menos líneas de vuelo y menos tiempo dedicado a un incendio individual, Dijo Hinkley.

"La conclusión es que estamos investigando y desarrollando activamente capacidades que ayudarán a los responsables de la toma de decisiones sobre el terreno, especialmente en las primeras fases de incendios dinámicos, ", Dijo Hinkley." No nos estamos durmiendo en los laureles aquí. Entendemos que necesitamos aprovechar mejor las nuevas tecnologías para ayudar a mantener a las personas seguras ".