Междисциплинарная группа ученых Калифорнийского университета в Ирвайне разработала новую методику прогнозирования окончательного размера лесного пожара с момента возникновения.
Построенная на основе алгоритма машинного обучения, модель может помочь в прогнозировании того, будет ли возгорание небольшим, средним или крупным к тому времени, когда оно закончится, - знания, полезные для тех, кто отвечает за распределение ограниченных ресурсов пожаротушения.. Работа исследователей освещается в исследовании, опубликованном сегодня в International Journal of Wildland Fire.
«Полезная аналогия состоит в том, чтобы рассмотреть, что делает что-то вирусным в социальных сетях», - сказал ведущий автор Шейн Коффилд, докторант UCI в области науки о Земле. «Мы можем подумать о том, какие свойства конкретного твита или поста могут заставить его взорваться и стать по-настоящему популярным - и как вы можете предсказать это в момент публикации или непосредственно перед публикацией».
Он и его коллеги применили это мышление к гипотетической ситуации, когда одновременно возникают десятки пожаров. Звучит экстремально, но этот сценарий стал слишком частым в последние годы в некоторых частях западной части Соединенных Штатов, поскольку изменение климата привело к жарким и сухим условиям на земле, что может подвергнуть регион высокому риску возгорания.
Только некоторые из этих пожаров станут действительно большими и составят большую часть выгоревшей площади, поэтому у нас есть новый подход, направленный на выявление конкретных возгораний, которые представляют наибольший риск выхода из-под контроля, - сказал Коффилд.
Команда использовала Аляску в качестве исследовательского района для проекта, потому что за последнее десятилетие штат пострадал от череды одновременных пожаров в бореальных лесах, угрожающих здоровью людей и уязвимым экосистемам.
В основе модели ученых UCI лежит алгоритм «дерева решений». Предоставляя ему климатические данные и важные сведения об атмосферных условиях и типах растительности, присутствующих вокруг начальной точки пожара, исследователи могли предсказать окончательный размер пожара в 50% случаев. Ключевой переменной является дефицит давления пара - насколько мало влаги в этом районе - в течение первых шести дней существования пожара. Вторым важным фактором для лесов Аляски является процентная доля деревьев черной ели.
«Черная ель, которая доминирует на Аляске, имеет эти длинные, свисающие ветви, которые предназначены - с точки зрения эволюции - впитывать огонь», - сказал соавтор Джеймс Рандерсон, профессор и Ральф Дж.и Кэрол М. Цицероне, заведующая кафедрой наук о системе Земли в UCI. «Их семена приспособлены к жизни после пожара, поэтому их стратегия состоит в том, чтобы уничтожить все вокруг себя во время пожара, чтобы снизить конкуренцию за свое потомство».
Он сказал, что Коффилд смог показать, что доля черной ели в радиусе 2,5 миль от места возгорания является важным фактором в оценке того, насколько большим будет разрастаться пожар.
Одним из преимуществ этого нового метода является скорость, сказал Коффилд. Алгоритм «обучается» с каждой новой точкой данных и может быстро определить критические пороги для выявления крупных пожаров. По его словам, люди могут делать это вручную или запуская симуляции для каждого отдельного зажигания, но статистический подход системы машинного обучения «действительно намного быстрее и эффективнее, особенно для одновременного учета нескольких возгораний».
Сталкиваясь со скачком числа лесных пожаров, вызванным изменением климата, ожидаемым каждый сезон, органы пожарной охраны штата, округа и местные власти могут извлечь выгоду из некоторых обновленных инструментов и методов, отметил Рандерсон. В дополнение к потенциальному спасению жизней и защите имущества и важной инфраструктуры, усилия по тушению пожаров также будут становиться все более важными для сохранения мира природы.
«В таких местах, как Аляска, необходимо ограничить площадь, затронутую пожарами, потому что, если у нас будут продолжаться эти необычные пожароопасные годы, из ландшафта будет потеряно больше углерода, что усугубит потепление», - сказал Рандерсон.. «Если мы позволим пожарам уйти, мы можем оказаться в ситуации, когда климатической системе и экосистемам будет нанесен значительный ущерб».