美国最新“2021-2026年野火科学战略规划”(节选)

其火灾科学研究的关键点包括:开展火灾动态及其对生态系统影响的研究;开展灾后危害和影响评估等。

据国土卫星遥感应用中心消息,美国近期发布“2021-2026年野火科学研究战略规划”。美国地质调查局(USGS)的火灾科学任务是为开展土地管理和应急管理的各级组织和个人生产和提供有价值的火灾科学信息、工具和产品,以形成决策支撑。其火灾科学研究的关键点包括:开展火灾动态及其对生态系统影响的研究;开展灾后危害和影响评估;开发可长期、高质量应用于火灾研究和管理的国家级地理信息和遥感数据系统和产品。

该规划由四个重点优先领域构成,每个优先领域都有相关目标及具体计划:

优先领域1:构建最先进、最具可操作性的火灾科学技术方法。为当前和未来的火灾和土地管理决策提供科学分析、数据信息和工具支撑,加深对与火灾和与火灾响应有关的地球系统过程和模式的理解。

优先领域2:使各相关方融入火灾科学研究与成果交付的全过程。在火灾研究的全生命周期中使用科学合作的方法来发展和保持与各相关方的有效、持续合作,确保美国地质调查局的火灾研究平台和科学成果与火灾及土地管理决策息息相关且能被有效利用。

优先领域3:与公众就美国地质调查局在火灾科学领域的能力、产品和信息等开展有效沟通。开展策略性管理沟通,以有效构建内外部关键利益相关者对美国地质调查局野火科学研究及各类决策支持工具的认识和获取能力。

优先领域4:增强美国地质调查局对火灾科学的组织结构和先行支持,改善美国地质调查局与其内外部合作者在火灾科学工作中的生产、协调与合作能力。

为聚焦业务相关内容,本文重点编译了该战略规划“优先领域1”中的“目标4”。该部分内容针对火灾管理决策支撑所需的卫星遥感数据及专题信息、新一代技术、重点研究方向、灾害评估等方面进行了详细阐述:

“优先领域1”--目标4:开发最先进的工具和决策支持系统,使土地管理、火灾管理和应急管理局及相关合作伙伴获得必要的火灾信息。

美国地质调查局与美国森林服务中心(USFS)、联合火灾科学计划(JFSP)、美国国家航天局(NASA)、美国国家海洋和大气管理局(NOAA)、高校和其他科学组织以及火灾、土地和资源管理者开展合作,以生成可以帮助社区、各洲及联邦政府机构的火灾科学信息、数据和工具。各方对数据、工具和决策支持的需求随着每个新的火灾季节的到来和新技术的发展而迅速发展。因此,美国地质调查局积极投身相关研究,旨在将正确的信息于适当的时间以最符合需求的方式传递到决策者手中。主要策略有以下四点:

一是维护和扩展地理空间数据,以支持应对野火事件和规划。目前,美国地质调查局一直持续开展国家陆地成像计划(National Land Imaging Program),这是用于火灾科学的地理空间信息和陆地成像数据及衍生模型的主要来源。美国地质调查局运行Landsat系列地球观测卫星,并和美国宇航局共同管理其长时序、高质量的陆地卫星存档数据,提供例如火烧迹地和燃烧概率这样的衍生产品。美国地质调查局是“燃烧强度趋势监测项目”(MTBS)的关键合作伙伴,利用1984年至今的卫星遥感数据持续生成了美国土地上所有大型火灾火烧强度图和范围图。美国地质调查局也是美国火灾和资源管理规划项目(LANDFIRE)的合作方,这是美国森林服务中心和美国内政部之间的一个共享项目,提供遥感数据衍生的国家级地理空间数据产品,以支持各种跨界建模、规划、管理和操作。下图(图1)就是一个基于LANDFIRE项目生成的火灾情况模拟分组图,根据不同的火灾重现间隔和火烧强度将火灾分为五组,体现出了该区域的历史火灾情况与等级。

在美国地质调查局国家民用应用中心的协调下,对火灾应用类的卫星数据进行处理,可增强一些地区的火灾探测和周边地图绘制能力。不断扩大的地理空间数据和技术支持需求包括:开发新的传感器和平台以改进火灾探测与制图水平,利用人工智能和机器学习技术将火灾风险、火势、火灾特性等关键过程及对土地、水、动植物和人类社区的影响等进行关联,形成先进的综合模型,提供快速、实时的信息。

二是提高对火灾后山洪和水质危害的预测能力,包括为下游供水商提供应对策略。美国地质调查局进行了以下关键性调查:火灾后沉积物、营养物和污染物向水生系统迁移的作用(即水质影响)调查;火灾后的洪水以及土壤性质变化引起的下渗水和含水层补给变化调查;以及自然生态系统恢复和人为植被重建在减轻水危害方面的长期有效性调查。

三是深入开展泥石流灾害和风险评估。开展有助于模拟受降水和景观特征影响产生火灾后泥石流可能性的相关应用研究。通过反复评估、监测火灾后恢复情况,可为用于评估社区灾害脆弱性的泥石流概率模型提供有效输入,为泥石流灾害评估、国家及州政府的应急响应与管理以及美国气象局发布泥石流警报等提供支持。

四是拓展与野火相关的生物量和碳建模研究。通过评估对近期野火产生的温室气体排放量,在一系列气候、土地利用和土地覆盖变化条件下,对未来潜在山林野火、生物量消耗和温室气体排放量等进行模拟估算,形成火灾对全球气候系统的重要反馈,并为土地管理和政策制定提供重要信息。

五是继续积极参与下一代火灾测绘和建模科学技术研发。重点支持以下领域的持续研发:针对特别是在非森林生态系统中的火势和火灾影响的改进模型研发;针对非森林生态系统和对人类和环境健康至关重要排放物(例如石棉、金属、灰烬和复杂的有机化合物)的烟雾排放和扩散模型研发;使用云计算、机器学习和新的传感器网络和平台来增强火灾测绘、监测和预测能力方面的研发。

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