El proyecto "Wildfire Digital Twin" de la NASA equipará a los bomberos y administradores de incendios forestales con una herramienta superior para monitorear los incendios forestales y predecir eventos dañinos de contaminación del aire y ayudará a los investigadores a observar las tendencias globales de los incendios forestales con mayor precisión.
La herramienta utilizará inteligencia artificial y aprendizaje automático para pronosticar posibles rutas de incendio en tiempo real, fusionando datos de sensores in situ, aéreos y espaciales para producir modelos globales con alta precisión.
Mientras que los modelos globales actuales que describen la propagación de incendios forestales y humo tienen una resolución espacial de aproximadamente 10 kilómetros por píxel, Wildfire Digital Twin produciría modelos de conjuntos regionales con una resolución espacial de 10 a 30 metros por píxel, una mejora de dos órdenes de magnitud. .
Estos modelos podrían generarse en un lapso de apenas unos minutos. En comparación, los modelos globales actuales pueden tardar horas en producirse.
Los modelos con una resolución espacial tan alta producidos a esta velocidad serían inmensamente valiosos para los socorristas y administradores de incendios forestales que intentan observar y contener quemaduras dinámicas.
Milton Halem, profesor de Ciencias de la Computación e Ingeniería Eléctrica en la Universidad de Maryland, condado de Baltimore, lidera el proyecto Wildfire Digital Twin, que incluye un equipo de más de 20 investigadores de seis universidades.
"Queremos poder proporcionar a los bomberos información útil y oportuna", dijo Halem, y agregó que en el campo "generalmente no hay Internet ni acceso a grandes supercomputadoras, pero con nuestra versión API del modelo, podrían ejecute el gemelo digital no sólo en una computadora portátil, sino incluso en una tableta", afirmó.
El proyecto FireSense de la NASA se centra en aprovechar las capacidades tecnológicas y científicas de la Tierra únicas de la agencia para lograr una mejor gestión de incendios forestales en todo Estados Unidos.
La Oficina de Tecnología de Ciencias de la Tierra de la NASA apoya este esfuerzo con su elemento de programa más nuevo, Desarrollo de Tecnología para apoyar la Ciencia, Gestión y Mitigación de Desastres de Incendios Forestales (Tecnología FireSense), que se dedica a desarrollar capacidades de observación novedosas para predecir y gestionar incendios forestales, incluidas tecnologías como la Tierra. Sistema Gemelos Digitales.
Los Gemelos Digitales del Sistema Terrestre son herramientas de software dinámicas para modelar y pronosticar eventos climáticos en tiempo real. Estas herramientas se basan en fuentes de datos distribuidas en múltiples dominios para crear predicciones conjuntas que describen todo, desde inundaciones hasta condiciones climáticas adversas.
Además de ayudar a los socorristas, un gemelo digital del sistema terrestre dedicado a modelar incendios forestales también sería valioso para los científicos que monitorean las tendencias de los incendios forestales a nivel mundial. En particular, Halem espera que Wildfire Digital Twins mejore nuestra capacidad para estudiar los incendios forestales en los bosques boreales globales de coníferas resistentes al frío, que secuestran grandes cantidades de carbono.
Cuando estos bosques se queman, todo ese carbono se libera a la atmósfera. Un estudio, publicado en agosto de 2023, encontró que los incendios forestales boreales por sí solos representaban el 25% de todo el CO2 global. emisiones de ese año hasta la fecha.
"La razón por la que el CO2 Las emisiones de los incendios forestales boreales se están produciendo a un ritmo anual creciente porque el calentamiento global está aumentando más rápido en latitudes altas que en el resto del planeta y, como resultado, los veranos boreales allí son cada vez más largos", afirmó Halem. "Mientras que en el resto de Aunque el planeta puede haberse calentado un grado Celsius desde la revolución preindustrial, esta región se ha calentado más de dos grados."
El trabajo de Halem se basa en otros modelos de incendios forestales, en particular el modelo de Pronóstico e Investigación Meteorológica Unificada de la NASA (NUWRF), desarrollado por la NASA, y WRF-SFIRE, desarrollado por un equipo de investigadores con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias. Estos modelos simulan fenómenos como la velocidad del viento y la nubosidad, lo que los convierte en la base perfecta para un Wildfire Digital Twin.
Específicamente, el equipo de Halem está trabajando en nuevas técnicas de asimilación de datos satelitales que combinarán información de sensores remotos espaciales en su Wildfire Digital Twin, permitiendo mejores pronósticos de datos globales que serán útiles tanto para emergencias como para misiones científicas.
En octubre, el equipo de Halem participó en la primera campaña de campo FireSense en colaboración con el Experimento de Evaluación de Modelos de Fuego y Humo (FASMEE) del Servicio Forestal Nacional para observar el humo mientras viajaba más de 10 millas durante una quema controlada en Utah, utilizando un ceilómetro. Ahora el equipo está introduciendo esos datos en su software de modelado para ayudarle a rastrear las columnas con mayor precisión.
Están especialmente interesados en rastrear partículas de menos de 2,5 micrómetros, que son lo suficientemente pequeñas como para atravesar los pulmones de una persona y entrar al torrente sanguíneo. Estas partículas, también conocidas como PM 2.5, pueden causar problemas de salud graves incluso si una persona no se encuentra cerca de una quemadura activa.
"Cuando estos incendios se encienden y comienzan a arder, producen humo, y este humo viaja distancias considerables. Afecta a las personas no sólo localmente, sino también a distancias de miles de kilómetros o más", dijo Halem.
Los datos de la quema controlada también ayudarán a Halem y su equipo a cuantificar la relación entre los aerosoles y las precipitaciones. El aumento de aerosoles provenientes de los incendios forestales tiene un gran impacto en la formación de nubes, lo que a su vez afecta la forma en que se producen las precipitaciones aguas abajo de un incendio afectado.
Asimilar toda esta información procedente de los sensores en tiempo real es esencial para detallar el impacto total de los incendios forestales a escala local, regional y global.
Proporcionado por la NASA
