火造型
我们已经开发出一种物理火灾模型允许我们理解AVHRR的火灾探测的局限性,DMSP-OLS和MODIS仪器。派生的造型开始在地上脉冲重复频率为每个工具在适当的火灾探测通道。每个仪器的运行模式与火灾的最佳案例方面通过像素的中心。一样的足迹已经检查,火的行为也必须考虑。为目的,对三种不同类型的景观火灾评价模型中,每个类型具有重叠的火灾特点。大气模型使用辐射传输方法和火焰前锋的能量已经从表面转移到仪器使用适当的固体为每个工具孔径角。不同的能源在每个仪器的光学系统的传播也考虑在内。消防检测能力的评估是基于选定的标准将在本节中定义的。最后,基于实物的火灾探测模型开发的限制是为了了解火灾探测使用每个工具。此外,模型的结果还将提供洞察如何解释火正在衍生产品使用各种工具和方法(例如,Cahoon et al ., 1992; Elvidge et al., 1996; Flasse and Ceccato, 1996; Justice and Dowty, 1994; Kasischke et al., 1993; Lee and Tag, 1990).
火在景观表现不同取决于各种参数(如燃料水分,风,…)。但最重要的是,当考虑区域已经容易大面积火灾发展,总能量释放火很大程度上可以归因于燃料的结构。森林火灾,复杂的燃料结构和高燃料装载,宽火灾一般经验方面与单位面积上的巨大的能量被释放(图7)。相比之下,热带稀树草原,简单的燃料结构和较低的燃料装载时,有更多的狭窄的火焰领域和更少的单位面积上的能量被释放(图7 b)。场项目(例如,亚历山大,1998;黄铜et al ., 1996;考夫曼和正义,
1994;Sneeuwjagt Frandsen, 1977;斯登et al ., 1986;股票et al ., 1996;股票和哈特利,1995;股票和金,1988)生成的数据,可用于定义火灾特征在不同的风景。三个植被类的特点为本研究定义如表1所示。农业火灾类别,因为没有记录的实地测量,个人观察火焰前锋的大小由包含作者和火焰温度采用前面的稀树大草原的范畴。
图7。(一)北方森林火展示森林火灾释放出来的强烈的能量相对于(b)的稀树大草原火灾。火焰在北方火很容易一个数量级高于草原火灾。
图7。(a)北方森林火灾释放展示强烈的能量(b)的森林火灾相对于草原火灾。火焰在北方火很容易一个数量级高于草原火灾。
植被类 |
火焰前锋 |
|||
Residente时间 |
速度 |
深度 |
温度范围 |
|
(») |
(hn / hr) |
(m) |
(K) |
|
森林火灾 |
30 - 60 |
1 - 8 |
8 - 133 |
800 - 1100 |
(皇冠火灾) |
||||
热带稀树草原 |
5-16 |
1 - 3 |
1-13 |
900 - 1300 |
农业 |
- - - - - - |
- - - - - - |
-13 - 0.2 |
900 - 1300 |
造型,火焰方面的假定有自点火时间增长,遍及整个景观以平衡扩散的速度。大火已经开始从他们的燃点或阴燃状态不考虑。火焰方面被认为是连续的和的深度,深度不等的每个植被类表示在表1。火焰前锋的深度决定使用火的实地测量火焰的传播速度和名义面前停留时间(燃烧区所需的时间长度或火灾前通过一个给定的点(美林和亚历山大,1987))。燃烧方面的水平长度是多种多样,以传播在整个范围的可能的大小。极限的检测,检测不到或仪器饱和,为每个植被识别系统作为整个范围的深度和长度是剥削。只有单一的火焰领域内足迹模型和火焰方面被认为是均匀的。两个主要变量,控制模型中的能量释放火焰前锋深度和长度。火焰方面可以转移中心内的足迹,但不超过一半邻国足迹中心之间的距离(只有几百米)。敏感性研究确定的差异并不足以支持额外的造型。 This analysis will concentrate only on flame fronts that pass directly though the centre of the footprint.
应用适当的脉冲重复频率加权集成能量,这两个领域的火焰前锋和背景的温度,从整个足迹。火焰方面是名义上的温度为1000 K,背景温度305 K,一个炎热的下午,当火灾是普遍的。的大气传输是模仿利用MODTRAN软件包和每个仪器的光谱响应通道用于火灾探测已插入。大气模型的温度和水蒸气的气候中纬度夏季和一个非常模糊的环境。大气造型DMSP-OLS仪器的可见波长通道是晚上没有月光,朦胧的天空。阈值检测的热通道选择基于已知的观察中发现的火灾的AVHRR和AVHRR图像和知识MODIS火声道输出的噪声特性。获得信心在火灾的分类像素,火像素需要显著的温度比周围背景温度。这个分析的目的,像素之间的差异只包含一个火,一个像素的背景温度必须超过10 K为了火被检测出来。这10 K标准应用AVHRR和MODIS在这个造型工作。在现实中,背景温度可能高于305 K的阈值在这项研究中,将推动使用检测向上自更大的火必须满足10 K的检测标准。DMSP-OLS,使用夜间可见频道,最低可检测的光辉已经选择其他所有像素值的背景。
造型的努力的结果是有趣的。图8显示了火灾探测的关系对每个仪器相对于火焰前锋面积。同时,火焰前锋的典型范围大小提出了为每个三个植被类。图8显示了MODIS将饱和只有最大的森林火灾,AVHRR将饱和森林火灾火焰前缘地区一个数量级小于MODIS。饱和任何仪器通道,能量从输入场景超过仪器的测量范围设计频道,只报道的最大可能值。有趣的是,一个草原火灾面前不会浸透AVHRR,但饱和的稀树大草原火灾可以找到图像。在本例中,如图9所示,多个火灾方面可以存在于近距离和饱和AVHRR所需工具。能被探测到的最小火大小,MODIS (ca 213平方米)似乎比AVHRR稍微更敏感(ca 435平方米)小火灾。然而,有一个非常小的差异在每个仪器的脉冲重复频率,甚至解决AVHRR和MODIS通常引用是相同的(约1公里)。利用MODIS在AVHRR可以归因于MODIS平台在轨道上低于名义128公里833公里轨道的AVHRR平台。 It is also apparent from Figure 8 that the DMSP-OLS instrument can detect flame fronts an order of magnitude smaller in area then the smallest flame fronts that
AVHRR和MODIS可以检测。DMSP-OLS仪器检测的能力非常小的火灾是由于独特的低可见光探测能力的仪器(克罗夫特,1978)。
图8。AVHRR的火灾探测建模,MODIS和DMSP-OLS一直在画水平线在火前区域规模。每一行的左边代表了最小可探测火灾和右侧显示每个仪器将饱和。巧合的是,典型的火前尺寸范围三个植被类也。
图8。AVHRR的火灾探测建模,MODIS和DMSP-OLS一直在画水平线在火前区域规模。每一行的左边代表了最小可探测火灾和右侧显示每个仪器将饱和。巧合的是,典型的火前尺寸范围三个植被类也。
图9。飞机在靠近两个草原火灾方面的照片。更大的火阵线(右边)是受风,被推入风。
最左边的前面是前进的方向,风来了。
两火方面将成长为彼此的燃料将屁股
图9。飞机在靠近两个草原火灾方面的照片。更大的火阵线(右边)是受风,被推入风。
最左边的前面是前进的方向,风来了。
两火方面将成长为彼此的燃料将屁股
分析AVHRR图像被用来评价这造型的努力的结果。AVHRR图像是两个选择,一个覆盖广泛的火灾事件在该地区的安哥拉,和另一个覆盖广泛的火灾事件在加拿大。火灾探测算法(Baum, Trepte 1999)是用于分类和地图图像像素包含积极的火灾。进行聚类分析的分类火来自每个图像像素地图。聚类分析的目的是确定的频率出现的连续火焰像素(集群)组的数量从0到n,其中n是最多的连续火焰像素。这个分析的结果如图10所示。森林大火覆盖广泛的表面积和结果表明,集群的连续火焰像素在图像往往是大型的计数和大型火灾像素簇非常频繁的发生。这意味着森林火灾不接近检测极限,很容易识别。模型的结果表明,森林火灾应该足以轻易AVHRR仪器检测。草原火灾在安哥拉,聚类分析表明,单一像素火灾发生最频繁,直方图没有显示的下半部分频率分布。 This suggests that the savanna fires are much smaller in size and are on the edge of being detected by the AVHRR instrument. The model confirms this conclusion and shows that, for savanna fires, the typical fire front range stretches below the minimum detectable limit of the AVHRR instrument.
图10。火像素检测到两个AVHRR场景使用火灾探测算法(Baum和Trepte, 1999)。相邻像素的集群识别和像素的数量在每个集群计算。集群的斜森林和草原火灾的大小分布是完全不同的。森林大火集群大小分布是倾向于大量的像素在每个集群和草原火灾分布是倾向于单一像素火灾。
图10。火像素检测到两个AVHRR场景使用火灾探测算法(Baum和Trepte, 1999)。相邻像素的集群识别和像素的数量在每个集群计算。集群的斜森林和草原火灾的大小分布是完全不同的。森林大火集群大小分布是倾向于大量的像素在每个集群和草原火灾分布是倾向于单一像素火灾。
有一些额外的分析中需要考虑的问题。这是有可能的,特别是对AVHRR和MODIS,声称火灾探测在某些情况下,以下尺寸,如本文所示。如果火温度高于1000 K,然后更多的能量被释放,略小的火灾可以检测到。如果背景温度低于305 K,然后需要更少的能量超过10 K的检测标准定义和较小的火灾将会检测到。当然,反过来也适用于冷火温度和温暖的背景。相信该模型运行的名义。10 K标准,选择的目的是提供一个统计上显著的增加温度的火焰像素的背景温度,可以放松的位置一个特定的火是已知的和有信心的火/无战火的判断。同样重要的是要注意,MODIS交易更多的噪音在消防通道(2 K不同噪声等效温度(NE°T))来获得更高的饱和温度,AVHRR较低水平的噪音在消防通道(1 K NE°T)。低噪音的热通道用于火灾探测,检测的阈值10 K AVHRR造型可能略有放松,事实上AVHRR可能会稍微更好或相同的MODIS探测小火灾。
继续阅读:Firescape模型的描述
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