Машинното обучение разпалва прогнозирането на горски пожари

Ексклузивно

Грижи ли се времето за пожарите?

Машинното обучение разпалва прогнозирането на горски пожари

Предвид хаотичния им характер, как можем да знаем кога и къде ще възникнат горските пожари? Това е въпрос, който озадачава прогнозистите за горски пожари от десетилетия.

Сега, благодарение на напредъка в машинното обучение, ние сме една крачка по-близо до отговора му, въпреки че все още имаме да извървим още много.

Темата за прогнозиране на горски пожари не е нова. През последните години обаче медийното внимание около темата нарасна, тъй като безпрецедентните сезони на горски пожари в Австралия (2019/2020) и Канада (2023) доведоха до широко разпространено опустошение на местните екосистеми и общности.

Тези събития имат широкообхватни последици както за качеството на въздуха, така и за емисиите на парникови газове, както е отбелязано от Службата за атмосферен мониторинг на Коперник (CAMS) , изпълнявана от ECMWF от името на Европейския съюз.

Въпреки че много податливи на пожари региони са определени с обща сезонност, точните прогнози за горски пожари, уточняващи по-точно кога и къде възникват тези пожари, могат да се използват от местните общности и агенции за ефективно управление и реагиране на горски пожари. Като такива е от съществено значение тези прогнози да са не само точни, но и достъпни в реално време и предоставят достатъчно предизвестие, за да се гарантира, че могат да бъдат предприети успешни действия.

Традиционно прогнозиране на пожар

В продължение на почти половин век прогнозите за опасност от пожари разчитат на метод, който свързва метеорологичните условия с пожарната активност, за да създаде индекс на риск от пожар, като Канадският метеорологичен индекс за пожари (FWI) е най-широко използваният. Този подход обаче има своите ограничения.

Пожарът се нуждае от гориво, а за горските пожари това гориво е както жива, така и мъртва растителност. Изобилието и разположението на това гориво е известно като „горивно легло“. Ако всичко друго е равно, колкото по-сух е горивният слой, толкова по-голям е рискът от пожар. FWI оценява основно състоянието на влагата в горивото въз основа на метеорологичните условия, засягащи предварително определен типичен горивен слой в Канада. Типичното горивно легло обаче не обхваща контроли като нивата на влага в живата растителност, състава на видовете растителност или действителното изобилие от налично гориво. Следователно FWI има склонност да надценява риска от пожар в райони с ограничено гориво. Освен това, тъй като FWI първоначално е разработен за канадски гори, неговата приложимост става сложна, когато се екстраполира към различни екосистеми.

Тези недостатъци подчертават необходимостта от по-усъвършенствани техники за прогнозиране за точна оценка на риска от горски пожар в различни ландшафти.

Всичко това е преди дори да разгледаме факторите, които биха могли да предизвикат горски пожар на първо място (известни като запалвания). Деветдесет процента от запалванията са причинени от непредсказуемото поведение на хората, което ги прави хаотични по природа и трудни за предсказуемост.

Революция в машинното обучение

През последните месеци се наблюдава забележителен растеж в интегрирането на машинното обучение в системите за прогнозиране на времето. Със сложната динамика, управляваща горските пожари, изглежда естествено да се изследват подобни приложения на машинно обучение при прогнозиране на пожари.

Разработихме нов инструмент, известен като „Вероятност от пожар“ , или PoF, който използва техники за машинно обучение за ефективно прогнозиране на възникването на пожар в световен мащаб с висока разделителна способност, до десет дни предварително. Ключова сила на PoF се намира не само в точните прогнози, но и в изчислителните разходи. Самият модел е изключително евтин за работа в сравнение с по-традиционните физически модели, което ни позволява да извършваме глобални прогнози от 1 км.

Основата на PoF лежи в използването на различни набори от данни, включително информация от ECMWF Интегрирана система за прогнозиране (IFS), данни за земното покритие и новоразработен модел за характеристики на горивото .

Обучението на PoF става възможно благодарение на богатството от исторически наблюдения на активни пожари от сателити. Моделът имитира това, което очаква сателитите да открият през следващите няколко дни. Следователно, той може само да се надява да работи толкова добре, колкото сателита, което подчертава важността на точните сателитни данни за обучение. Използваният спътник, MODIS, заснема моментни снимки на активни пожари веднъж дневно, потенциално липсващи пожари, горящи по различно време през деня, както и малки пожари и такива, скрити от облачна покривка.

Обещаващ път за подобряване на PoF се крие в обучението му с наблюдения от множество сателитни сензори, които представляват по-широко покритие и подобрена точност.

Горските пожари в Канада през 2023 г

През 2023 г. Канада преживя опустошителен сезон на горски пожари, който подчерта важността на точното прогнозиране на пожарите. Горските пожари, подхранвани от неблагоприятни метеорологични условия и човешки дейности, поставиха значителни предизвикателства пред местните общности и екосистеми.

В ранните етапи на сезона на горските пожари повечето пожари бяха докладвани в западните райони на Алберта и Британска Колумбия. До средата на сезона горските пожари бяха навлезли в гъсто населени региони, включително части от Онтарио и Квебек, което предизвика широко разпространено безпокойство и усилия за евакуация.

Именно на този етап глобалните медии обърнаха поглед към необичайното червено небе, което се разпространява в Северна Америка и изключително лошото качество на въздуха в Ню Йорк. CAMS съобщава за значително пренасяне на дим от пожарите, достигащо до Европа.

Като се има предвид, че сезонът на горските пожари в Канада през 2023 г. беше значително по-широко разпространен от всички, наблюдавани в данните за обучение, използвани от PoF, ние зададохме въпроса, може ли PoF да работи при условия, за които не е бил обучен?

Нашите наблюдения разкриха, че и двете версии на прогнозата за PoF, стандартна 9-километрова версия и експериментална 1-километрова версия, предоставят точни прогнози за екстремна пожарна активност за пожарите в Канада, предлагайки ценна информация до десет дни предварително (вижте Фигури 1 и 2 ). Въпреки че PoF точно прогнозира избухването на пожарна дейност на 15 май, той не успява да улови точно устойчивостта на дейността, причинена от горския пожар, разпространен през следващите дни.

Това е област, в която моделът ще се развива в бъдеще. Времето и местоположението на началото на екстремна горска пожарна активност в прогнозата показва способността на PoF. Тези резултати подчертават стъпка напред в способността ни да прогнозираме появата на горски пожари и предоставяме полезен инструмент за стратегии за управление на пожари.

Грижи ли се времето за пожарите?

Абсолютно! Пожарите имат значително и многостранно въздействие върху регионалните климатични модели. Един от многото начини, по които пожарите влияят на времето, е чрез отделянето на топлина и влага в атмосферата. Този обмен води до феномен, известен като пироконвекция, при който издигащите се колони от нагрят въздух могат да предизвикат образуването на пирокумулусни или пирокумулонимбусни облаци, потенциално повлияващи местните метеорологични условия.

Освен това димът, отделян от горски пожари, съдържа смес от аерозоли, прахови частици и следи от газове. Тези компоненти взаимодействат с входящата слънчева радиация и отразената нагоре радиация, което води до сложно взаимодействие на ефекти на затопляне и охлаждане в зависимост от фактори като състав и надморска височина.

Освен това пожарите имат дълготрайни косвени ефекти върху ландшафта. Премахването на растителността намалява потенциала за изпаряване и следите от изгаряния, оставени върху ландшафта, влияят върху пропускливостта на почвата. И двете водят до промени в динамиката на повърхностната и почвената влага. Обменът на енергия с атмосферата също се влияе от промените в албедото, причинени от щети от пожар.

Разбирането на мащаба на тези въздействия в глобален мащаб е критична област на изследване. За да се справим с това, ние интегрираме пожарен модел, наречен SPARKY, в IFS. Тази интеграция има за цел да установи двупосочна връзка, при която метеорологичните условия могат да повлияят на поведението на пожара и на свой ред пожарите могат да дадат обратна връзка на времето, създавайки цялостно разбиране на сложните взаимодействия между пожарите и атмосферата.

Последни новини

07:55 САЩ отново призоваха Израел да не допуска цивилни жертви сред палестинците

07:50 Фондът на фондовете представя инвестиционната си програма на бизнеса и регионите до 2027 г.

07:50 Арабските държави могат да изиграят решаваща роля в уреждането на израелско-палестинския конфликт, пише Николай Младенов

07:50 Хубава, пък и талантлива! Вижте сладката страст на Мис България

07:49 Иранският президент е загинал

07:48 Днес Макрон свиква ключово съвещание за Нова Каледония

07:48 Операция "Орфей": България предлага на чужди държави антиките на Божков

07:47 Учени разработиха алгоритъм, който разпознава саркастичното поведение

07:47 40-и Кирило-Методиевските четения се провеждат в Софийския университет

07:47 Иран: Президентът Раиси и външният ни министър са загинали при хеликоптерната катастрофа

07:46 Почетино: Знаем какво трябва да направим, за да сме конкурентоспособни

07:46 Зрелостниците ще пишат по вариант 1 на втората задължителна матура

07:45 ГОРЕЩО ОТ ФРОНТА: Русия удари тежко по Харков, има много загинали и ранени

07:45 Sky News: Украйна тайно е разположила сили в Харков преди руското настъпление

07:45 Общо 44 висши училища няма да отворят днес, но обявеният от синдикатите протест пред финансовото министерство няма да се състои

07:43 Таксиметрови шофьори излизат на протест на 131 места в столицата

07:43 Мъж преби 22-годишна жена с дървен прът в Бургас

07:42 Васил Терзиев излъга, че е провел разговор с таксиметровия бранш, заяви протестиращ

07:42 До края на май - дъждовно. Има опасност от бури и градушки

07:41 Щурм Грац стана шампион на Австрия

07:41 Гуардиола: В един момент се запитах какво правя още в Сити

07:41 Над 46 000 зрелостници се явявят на матурата по профилиращ предмет или по професия

07:40 Малките актьори от ДКТ “Иван Радоев“ще представят "Криворазбраната цивилизация"

07:40 Президентът Раиси и външният министър на Иран са загинали при хеликоптерната катастрофа

07:40 46 000 ученици се явяват на матурите по теория на професията и профилиращ предмет

07:40 Социалната комисия с извънредно заседание за вдигане на пенсиите

07:40 Без занятия в частни и държавни университети в знак на протест

07:40 Решават за екстрадирането на Асанж в САЩ

07:40 Руска атака уби варварски шестима в курорт до Харков

07:39 Иранският вицепрезидент Мансури потвърди, че президентът Раиси е загинал при хеликоптерна катастрофа

Последни новини 0