«Цифровой двойник Wildfire» НАСА внедряет новые модели искусственного интеллекта и методы потоковой передачи данных для прогнозирования пожара и дыма.

Важные новости

Цифровой двойник НАСА Wildfire

Моделирование лесного пожара, описывающее распространение аэрозолей PM 2,5 во время недавнего контролируемого пожара, созданное с использованием модели WRF-SFIRE. «Wildfire Digital Twin» будет опираться на эту и другие модели для имитации активных ожогов с беспрецедентным разрешением. Фото: Кэтлин Клаф/Государственный университет Сан-Хосе

Проект НАСА «Цифровой двойник лесных пожаров» предоставит пожарным и руководителям лесных пожаров превосходный инструмент для мониторинга лесных пожаров и прогнозирования вредных явлений загрязнения воздуха, а также поможет исследователям более точно наблюдать глобальные тенденции лесных пожаров.

Инструмент будет использовать искусственный интеллект и машинное обучение позволяет прогнозировать потенциальные пути возгорания в режиме реального времени, объединяя данные с наземных, бортовых и космических датчиков для создания глобальных моделей с высокой точностью.

В то время как текущие глобальные модели, описывающие распространение лесных пожаров и дыма, имеют пространственное разрешение около 10 километров на пиксель, цифровой двойник Wildfire будет создавать региональные ансамблевые модели с пространственным разрешением от 10 до 30 метров на пиксель, что на два порядка выше. .

Эти модели можно создать за считанные минуты. Для сравнения, создание нынешних глобальных моделей может занять несколько часов.

Модели с таким высоким пространственным разрешением, созданные на такой скорости, будут чрезвычайно полезны для служб экстренного реагирования и менеджеров по борьбе с лесными пожарами, пытающихся наблюдать и сдерживать динамические ожоги.

Милтон Халем, профессор компьютерных наук и электротехники в университете из Мэриленда, округ Балтимор, возглавляет проект Wildfire Digital Twin, в который входит команда из более чем 20 исследователей из шести университетов.

«Мы хотим иметь возможность предоставлять пожарным полезную и своевременную информацию», — сказал Халем, добавив, что на местах «как правило, нет Интернета и нет доступа к большим суперкомпьютерам, но с нашей API-версией модели они могли бы запустите цифрового двойника не только на ноутбуке, но даже на планшете», — сказал он.

Проект НАСА FireSense направлен на использование уникальных научно-технических возможностей агентства для достижения более эффективного управления лесными пожарами на всей территории Соединенных Штатов. .

Управление технологий НАСА по наукам о Земле поддерживает эти усилия своим новейшим программным элементом «Разработка технологий для поддержки науки о лесных пожарах, управления ими и смягчения последствий стихийных бедствий» (технология FireSense), который посвящен разработке новых возможностей наблюдения для прогнозирования и управления лесными пожарами, включая такие технологии, как Земля. Цифровые двойники системы.

Цифровые двойники системы Земля — это динамические программные инструменты для моделирования и прогнозирования климатических явлений в реальном времени. Эти инструменты используют источники данных, распределенные по нескольким доменам, для создания ансамблевых прогнозов, описывающих все: от наводнений до суровых погодных условий.

Помимо оказания помощи службам быстрого реагирования, цифровой двойник системы Земли, предназначенный для моделирования лесных пожаров, также будет полезен ученым, отслеживающим тенденции лесных пожаров во всем мире. В частности, Халем надеется, что цифровые двойники Wildfire улучшат нашу способность изучать лесные пожары в бореальных лесах по всему миру, состоящих из холодостойких хвойных пород, которые связывают огромное количество углерода.

Когда эти леса горят, весь углерод выбрасывается обратно в атмосферу. Одно исследование, опубликованное в августе 2023 года, показало, что только на бореальные лесные пожары приходится 25% всех глобальных выбросов CO2 за этот год.

«Причина, по которой выбросы CO2 в результате бореальных лесных пожаров растут Ежегодная скорость связана с тем, что глобальное потепление в высоких широтах растет быстрее, чем на остальной части планеты, и в результате бореальное лето там становится длиннее», — сказал Халем. «В то время как остальная часть планеты, возможно, потеплела на один градус Цельсия со времени доиндустриальной революции, в этом регионе температура потеплела значительно более чем на два градуса».

Работа Халема основана на других моделях лесных пожаров, в частности на модели NASA-Unified Weather Research and Forecasting (NUWRF), разработанной НАСА, и WRF-SFIRE, разработанной группой исследователей при поддержке Национального научного фонда. Эти модели имитируют такие явления, как скорость ветра и облачный покров, что делает их идеальной основой для цифрового двойника Wildfire.

В частности, команда Халема работает над новыми методами ассимиляции спутниковых данных, которые будут объединять информацию с удаленных космических датчиков в их цифровой двойник Wildfire, что позволит улучшить глобальные прогнозы данных, которые будут полезны как для чрезвычайных ситуаций, так и для научных миссий.

В октябре команда Халема приняла участие в первой полевой кампании FireSense в сотрудничестве с экспериментом по оценке моделей пожара и дыма (FASMEE) Национальной лесной службы, чтобы наблюдать дым, пролетевший более 10 миль во время контролируемого пожара в штате Юта, с помощью облакомера. Теперь команда загружает эти данные в свое программное обеспечение для моделирования, чтобы оно могло более точно отслеживать шлейфы.

Их особенно интересует отслеживание частиц размером менее 2,5 микрометров, которые достаточно малы, чтобы пройти через легкие человека и попасть в кровоток. Эти частицы, также известные как PM 2,5, могут вызвать серьезные проблемы со здоровьем, даже если человек не находится рядом с активным ожогом.

«Когда эти пожары загораются и начинают гореть, они выделяют дым, и этот дым распространяется. Он поражает людей не только локально, но и на расстояниях в тысячи километров и более», — сказал Халем.

Данные контролируемого ожога также помогут Халему и его команде количественно оценить взаимосвязь между аэрозолями и атмосферные осадки. Увеличение количества аэрозолей в результате лесных пожаров оказывает огромное влияние на образование облаков, что, в свою очередь, влияет на то, как осадки выпадают ниже по течению от места пожара.

Усвоение всей этой информации, поступающей от датчиков в режиме реального времени, имеет важное значение для детализации ситуации. полное воздействие лесных пожаров на местном, региональном и глобальном уровнях.

Предоставлено НАСА

Новости сегодня

Последние новости