Χρήση τεχνικών τηλεπισκόπησης για την ποσοτικοποίηση της συμπεριφοράς της πυρκαγιάς σε δύο είδη πεύκων
Από RemoteSensing Wiki
Χρήση τεχνικών τηλεπισκόπησης για την ποσοτικοποίηση της συμπεριφοράς της πυρκαγιάς σε δύο είδη πεύκων
Εισαγωγή
Σημαντικά είναι τα κενά που προκύπτουν στην κατανόηση της εξάπλωσης των υπαίθριων πυρκαγιών μεγάλης κλίμακας, όπως οι δασικές πυρκαγιές. Οι μετρήσεις της κλίμακας της φλόγας είναι καθοριστικής σημασίας για την κατανόηση και την ανάπτυξη μοντέλων συμπεριφοράς της φλόγας σε μια πυρκαγιά. Σε αυτή τη μελέτη διεξήχθησαν δύο πειραματικές έρευνες που στοχεύουν στην ανάπτυξη μιας ευρείας εκτίμησης της συμπεριφοράς του φαινομένου και στη μοντελοποίηση του. Ουσιαστικά οι ερευνητές, εκμεταλλεύτηκαν την εξέλιξη και βελτίωση των προηγούμενων τεχνικών τηλεανίχνευσης, οι οποίες επιτρέπουν την λεπτομερή μέτρηση τόσο της δομής της καύσιμης ύλης όσο και της συμπεριφοράς της φωτιάς για μεμονωμένους σκοπούς.
Μεθοδολογία
Τα δύο πειράματα διεξήχθησαν στο Pinelands National Reserve της πολιτείας New Jersey στην Αμερική. Πρόκειται για έναν παράκτιο κάμπο που καλύπτει μια έκταση 445.000 εκταρίων και έχει καθοριστεί από την υπηρεσία πυροπροστασίας του New Jersey. Το κλίμα που επικρατεί σε αυτή τη περιοχή είναι ψυχρό και εύκρατο με ετήσια βροχόπτωση 1159mm. Υψηλά δάση πεύκης και βελανιδιάς κυριαρχούν στο τοπίο τα οποία στο παρελθόν είχαν έρθει αντιμέτωπα με την εμφάνιση πυρκαγιάς. Το οδικό δίκτυο χρησιμοποιήθηκε σαν όριο της πυρκαγιάς και το πείραμα πραγματοποιήθηκε στις αρχές Μαρτίου, πριν από την ανάπτυξη της νέας βλάστησης. Το περιβάλλον της φωτιάς παρακολουθήθηκε για κάθε πείραμα από τρεις πύργους 12,5 μέτρων, ενώ από έναν τέταρτο όμοιο πύργο παρακολουθούνταν οι συνθήκες περιβάλλοντος. Στη κορυφή του κάθε πύργου, ένα ηχητικό ανεμόμετρο μετρούσε τη θερμοκρασία του αέρα και την ταχύτητα του ανέμου. Δύο πρόσθετα ηχητικά ανεμόμετρα τοποθετήθηκαν στα 3 μέτρα στο βόριο και ανατολικό δρόμο, με σκοπό να παρακολουθούν τη πιθανή διοχέτευση ανέμου εκτός της επιτρεπόμενης περιοχής. Επίσης το ιστορικό της εξέλιξης της πυρκαγιάς καταγράφηκε από ένα αεροσκάφος χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα αερομεταφερόμενων αισθητήρων WASP το οποίο παρείχε εικόνες φασματικής ζώνης στο υπέρυθρο και στο ορατό μήκος κύματος. Οι εκτιμήσεις της καύσιμης ύλης διεξήχθηκαν πριν και μετά τη καταστροφή μέσω δειγματοληψίας σε 12 ομοιογενή οικόπεδα. Η προ καύσης δειγματοληψία διεξήχθη εντός 6 εβδομάδων, ενώ η δειγματοληψία μετά τη καύση διεξήχθη εντός 1-2 εβδομάδων. Σε κάθε οικόπεδο επιλέχθηκαν 3 ζώνες όπου συλλέχθηκαν η επιφανειακή καύσιμη ύλη και ταξινομήθηκε σαν δάσος και θάμνοι. Το ζωντανό και το νεκρό ξύλινο υλικό διαχωρίστηκε επιπλέον βάσει της υγρασίας του. Στη μελέτη αυτή εξετάστηκαν μόνο δείγματα μικρής διαμέτρου όπως πευκοβελόνες και κομμάτια ξύλου διαμέτρου μικρότερης των 6,35mm. Μετά τη πυρκαγιά τα δείγματα συλλέχθηκαν σε 3 νέα σημεία σε σχέση με τις τοποθεσίες τους πριν την πυρκαγιά. Γενικώς όλα τα δείγματα σφραγίστηκαν σε πλαστικές σακούλες, αποθηκεύτηκαν σε ψύκτες και ζυγίστηκαν πριν και μετά την ξήρανσή τους. Για τη τελική μέτρηση της καύσιμης ύλης χρησιμοποιήθηκε η τεχνική LiDAR μέσω της οποίας ανιχνεύτηκε η πυκνότητα και η δομή της. Ο ρυθμός διάδοσης παρατηρήθηκε από τις ισόχρονες φλόγες, οι οποίες σχεδιάστηκαν με τη χαρτογράφηση της κλίσης της έντασης του εικονοστοιχείου κάθε εικόνας μέσω του ArcGis 10.1. Ο υπολογισμός του ρυθμού διάδοσης έγινε μετρώντας τη απόσταση μεταξύ των ισόχρονων φλογών, σε διάστημα περίπου 10 μέτρων. Προκειμένου να χαρακτηριστεί η παρατηρούμενη συμπεριφορά της φλόγας, εκτιμήθηκε μια ένταση φωτιάς I, η οποία υποδείκνυε το ρυθμό απελευθέρωσης ενέργειας ανά μονάδα μήκους.
Αποτελέσματα
Οι δύο πυρκαγιές διεξήχθησαν υπό χαμηλούς ανέμους και ψυχρές θερμοκρασίες, παρόλα αυτά τα δεδομένα της περιεκτικότητας σε υγρασία για τη καύσιμη ύλη στο δεύτερο πείραμα δεν είναι διαθέσιμα. Η συνολική διάρκεια της εξάπλωσης της πυρκαγιάς στο πρώτο πείραμα ήταν περίπου 60 λεπτά, ενώ στο δεύτερο πείραμα είχε διάρκεια 80 λεπτά. Η κύρια κατεύθυνση της εξάπλωσης και των δύο πειραμάτων ήταν αρχικά κάθετη προς τον προσανατολισμό της γραμμής ανάφλεξης. Και στις δύο περιπτώσεις παρατηρούνται συγκλίσεις στις ισόχρονες φλόγες προς το κέντρο του τετραγώνου καύσης. Η σημαντικότερη συμβολή τόσο ως προς τη φόρτωση όσο και προς τη κατανάλωση της μάζας ήταν οι πευκοβελόνες. Επίσης διαπιστώθηκε πως μόνο σωματίδια μικρότερα των 2mm καταναλώθηκαν πλήρως. Ωστόσο περεταίρω έρευνα έδειξε ότι αυτό εξαρτάται από τη τοπική πυκνότητα έντασης.
Συμπεράσματα
Με τη συγκεκριμένη έρευνα αποδείχθηκε η συμπεριφορά που μπορεί να έχει μια πυρκαγιά στο PNR προς το τέλος του χειμώνα και νωρίς την άνοιξη. Η φωτιά εξαπλώθηκε μέσω της καύσιμης ύλης με μέτριες αλλά μεταβλητές ταχύτητες διασποράς. Έτσι διαπιστώθηκε ότι η κατανάλωση της καύσιμης ύλης ήταν καλά συνδεδεμένη με την αρχική φόρτωση σε όλες τις θέσεις δειγμάτων. Ο αριθμός και ο τύπος των μετρήσεων στο συγκεκριμένο πείραμα αντιπροσωπεύουν τον ελάχιστο δυνατό για τη βασική διερεύνηση της συμπεριφοράς του φαινομένου. Ωστόσο οι μελέτες ακόμη και για αυτό το επίπεδο λεπτομέρειας είναι σχετικά ασυνήθιστες για μεμονωμένες περιπτώσεις. Ενώ οι λεπτομερείς προσεγγίσεις της τηλεπισκόπησης παρέχουν μια λογική συνολική εικόνα, μπορούν να γίνουν βελτιώσεις στη χρονική κλίμακα ορισμένων μετρήσεων. Είναι πιθανόν ότι ο αέρας δεν ήταν άμεση πηγή, αλλά ένας μεγαλύτερος αριθμός μετρήσεων θα βοηθούσε να απαντήσει σε αυτό. Η επίδραση της καύσιμης ύλης θα μπορούσε επίσης να χαρακτηριστεί καλύτερα με λεπτομερέστερες χωρικές πληροφορίες. Παρόλα αυτά η μελέτη παρέχει σταθερές βάσεις για ένα πλαίσιο μέτρησης και ανάλυσης μελλοντικών πειραμάτων.
Πηγή:
E.V. Mueller, N. Skowronski, K. Clark, M. Gallagher, R. Kremens, J.C. Thomas, M.El Houssami, A. Filkov, R.M. Hadden, W. Mell, & A. Simeoni(2017). Utilization of remote sensing techniques for the quantification of fire behavior in two pine stands. Fire Safety Journal, 91, 845-854
