
7月底,科罗拉多州成为美国最新一个与野火作斗争的州。爆发了四场大火,虽然目前大多数已经得到控制,但今年夏天持续的炎热干燥条件可能会引发更多的火灾。
大约在同一时间,8月1日,一个巨大的气球从一辆小货车的后面发射出来。它漂浮在距离地球表面4到31英里的平流层,能够捕捉到柯林斯堡附近亚历山大山大火的高分辨率照片,并测量地面上的温度点。
设计高空气球的初创公司Urban Sky为这次发射计划了数月。作为商业试验的一部分,这是未来四周内部署的少数气球中的第一个,旨在测试这项技术作为一种廉价的方法来探测、跟踪并最终阻止野火的蔓延。
Urban Sky的联合创始人兼首席技术官Jared Leidich告诉CNN:“主要目标都是关于火灾情报和野火的早期检测。”

他解释说,这些气球配备了各种红外传感器,可以绘制地面上的植被密度和水分含量。这些数据是实时处理的,并与有关干雷击和其他点火源的情报相结合,得出特定地点的“风险评分”,有效地确定可能发生火灾的区域。
另一个传感器测量地面的热量。“温度对于早期检测来说是一个非常重要的区别,”Leidich说。“目前,大多数火灾都是由于可见的烟雾而被探测到的……你无法从冒烟的东西中分辨出这是一场即将熄灭的、可能无害的闷烧火灾的结束,还是一场即将蔓延的非常热的建筑火灾。”
所有这些数据都通过卫星连接传输到地面上的计算机上,任何有互联网连接的人都可以访问。虽然仍处于测试阶段,但Urban Sky计划将数据上传到火灾情报系统:“因此,在几十秒到几分钟内……任何人都可以访问,包括消防员,”Leidich说,并补充说,这将帮助组织优先考虑如何部署他们通常有限的资源。
一系列其他技术已经被用于追踪野火。有些卫星在距地球375英里到6200英里之间的外逸层轨道上运行,它们也提供图像,但质量往往比Urban Sky的气球低得多。
MODIS和VIIRIS卫星,最常用于野火数据,“在数百米的分辨率下运行,所以一个像素大约是一个城市街区的大小,”Leidich说。“我们以3.5米的分辨率运行,这意味着一个像素大约是一棵树的大小。”
更重要的是,卫星一直在轨道上运行,所以每天只能经过野火地区一两次,而气球可以在特定地区上空盘旋并持续发送最新信息。操作人员通过精确的天气计算来选择发射气球的地点,这样气球就会在目标上空漂移,一旦升空,它就会受到高度控制过程的控制,在不同的气流之间向上或向下移动。

在光谱的另一端,有无人机,它也被用来获取野火的航空图像。根据Leidich的说法,细节水平很高,但扫描速率很低。他说:“一架无人机每小时可以扫描大约一平方公里,而我们的系统每小时可以扫描大约1000平方公里。”
气球在中间的某个地方。Leidich认为,他们最接近的市场竞争对手是有人驾驶飞机,后者可以以类似的分辨率进行扫描,并且能够相当快地覆盖地面。然而,在大火上空飞行不仅危险,而且飞机和无人机一样,必须与空中交通作斗争。通常,当发生野火时,在该地区周围会实施临时飞行限制区,他说:“他们最终会与所有其他灭火飞机争夺空间,这些飞机正在灭火,将人员转移到火灾附近。”
相比之下,城市天空公司的气球通常在6万英尺左右的高空飞行,而平流层却空得出奇。它曾经是超音速客机协和式飞机的所在地,但今天,大部分气象气球占据了近太空环境。
他说,Urban Sky气球的另一个优点是成本。虽然这家初创公司还没有确定气球的价格,但它的目标是让气球尽可能便宜易用。它们体积小、重量轻,完全充气后只有两辆车的车库那么大,携带的有效载荷(包括传感器、摄像头、迷你电脑和无线电调制解调器)最大重达6磅。据Leidich介绍,它们由一种坚固的、可重复使用的材料制成,一名操作员可以在不到10分钟的时间内从皮卡车的后面发射。一旦着陆,气球将被检查是否有泄漏,必要时进行修补,然后可以再次飞行。
加州查普曼大学环境科学与政策副教授约书亚·费舍尔博士一直参与美国宇航局资助的“城市天空”气球研究,他认为这些气球“占据了观测中缺失的最佳位置”。
他在一封电子邮件中告诉CNN:“它们可以为我们提供对野火的高分辨率连续监测,它们很容易在偏远地区快速部署,而且它们还有一个额外的好处,即为地面消防员提供通信网络,这些消防员通常在通信稀疏的偏远地区。”
确保实时通信至关重要。科罗拉多州先进技术空中消防卓越中心致力于改善全州的消防实践,开发了一款移动应用程序,为第一响应者提供数据,包括消防员、飞机、火灾范围和雷击的实时位置。面临的挑战是保持移动连接,而在发生野火的偏远地区往往缺乏移动连接。该中心主任本·米勒告诉CNN,气球可以提供一种连接解决方案,并补充说,该中心目前正在与另一家高空气球公司——位于南达科他州的Aerostar——合作一个项目,该公司正在寻求从平流层提供持续的蜂窝覆盖。
随着气候变化,野火变得更大、更激烈、更频繁。在科罗拉多州,气候在过去30年里变暖了约2华氏度,该州历史上最大的10场火灾都发生在2002年之后。
“城市天空”野火项目负责人莱利·里德博士希望这些气球不仅能帮助消防员及早发现,还能帮助科学家更广泛地了解野火的性质,以及“控制燃烧”的潜在用途——故意在植被区域放火,以保持森林健康,防止不受控制的野火。
“气候变化正在发生,天气越来越热,越来越干燥,火灾季节越来越长。解决这个问题的最好方法是获得更准确的数据,”她告诉CNN。
即使在火灾发生后,气球也可以提供有关燃烧影响的重要数据。例如,Urban Sky之前曾与美国地质调查局(USGS)合作,收集有关森林被烧毁程度的数据,并确定容易发生山体滑坡的地区。
在接下来的几个月里,该公司计划在美国宇航局消防项目的资助下开始将这些气球商业化。它希望创建一种模式,既可以直接销售气球,也可以在将数据作为服务出售的同时自己操作气球。
费舍尔说:“随着野火的频率、强度、规模和持续时间不断增加,这种管理野火的技术不可能很快出现。”
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