Un team di ricercatori dell'Università della California del Sud (USC) ha sviluppato un innovativo metodo per prevedere con precisione la diffusione degli incendi boschivi. Combinando immagini satellitari e intelligenza artificiale, il loro modello offre una potenziale svolta nella gestione degli incendi e nella risposta alle emergenze.
Lo studio, pubblicato sulla rivista Artificial Intelligence for the Earth Systems, descrive come il modello USC utilizzi dati satellitari per monitorare la progressione di un incendio in tempo reale. Queste informazioni vengono poi elaborate da un sofisticato algoritmo informatico in grado di prevedere con accuratezza il probabile percorso, l'intensità e il tasso di crescita dell'incendio.
Questa ricerca arriva in un momento critico, mentre la California e gran parte degli Stati Uniti occidentali continuano ad affrontare una stagione di incendi sempre più grave. Numerosi roghi, alimentati da una pericolosa combinazione di vento, siccità e caldo estremo, stanno devastando lo stato.
Un passo avanti nella lotta agli incendi
"Questo modello rappresenta un importante passo avanti nella nostra capacità di combattere gli incendi boschivi", ha dichiarato Bryan Shaddy, dottorando presso il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale e Meccanica della USC Viterbi School of Engineering e autore corrispondente dello studio. "Offrendo dati più precisi e tempestivi, il nostro strumento rafforza gli sforzi dei vigili del fuoco e delle squadre di evacuazione in prima linea nella lotta contro gli incendi".
I ricercatori hanno iniziato raccogliendo dati storici sugli incendi boschivi da immagini satellitari ad alta risoluzione. Studiando attentamente il comportamento degli incendi passati, sono stati in grado di tracciare come ogni incendio è iniziato, si è diffuso e alla fine è stato contenuto. La loro analisi completa ha rivelato modelli influenzati da diversi fattori come meteo, combustibile (ad esempio, alberi, arbusti, ecc.) e terreno.
Hanno quindi addestrato un modello informatico basato sull'AI generativa, noto come conditional Wasserstein Generative Adversarial Network (cWGAN), per simulare come questi fattori influenzano l'evoluzione degli incendi nel tempo. Il modello è stato istruito a riconoscere nelle immagini satellitari i pattern corrispondenti alla diffusione degli incendi nella simulazione.
Test su incendi reali in California
Il team ha quindi testato il modello cWGAN su incendi reali avvenuti in California tra il 2020 e il 2022 per valutare quanto bene prevedesse la diffusione del fuoco.
"Studiando il comportamento degli incendi passati, possiamo creare un modello che anticipa come potrebbero diffondersi gli incendi futuri", ha spiegato Assad Oberai, professore di Ingegneria Aerospaziale e Meccanica alla USC Viterbi e co-autore dello studio.
Oberai e Shaddy sono rimasti colpiti dal fatto che il cWGAN, inizialmente addestrato su semplici dati simulati in condizioni ideali come terreno pianeggiante e vento unidirezionale, abbia funzionato bene nei test su incendi reali in California. Attribuiscono questo successo al fatto che il cWGAN è stato utilizzato in combinazione con dati reali di incendi provenienti da immagini satellitari, piuttosto che da solo.
Oberai, la cui ricerca si concentra sullo sviluppo di modelli informatici per comprendere la fisica sottostante a vari fenomeni, ha modellato di tutto, dal flusso d'aria turbolento sulle ali degli aerei alle malattie infettive e a come le cellule si moltiplicano nei tumori e interagiscono con l'ambiente circostante. Tra tutti i fenomeni modellati, Oberai nota che gli incendi boschivi sono tra i più complessi.
"Gli incendi boschivi coinvolgono processi intricati: il combustibile come erba, arbusti o alberi si accende, portando a complesse reazioni chimiche che generano calore e correnti d'aria. Fattori come la topografia e le condizioni meteorologiche influenzano anche il comportamento del fuoco - gli incendi non si diffondono molto in condizioni umide ma possono muoversi rapidamente in condizioni secche", ha spiegato. "Questi sono processi altamente complessi, caotici e non lineari. Per modellarli accuratamente, è necessario tenere conto di tutti questi diversi fattori. Serve un'informatica avanzata".
Questo innovativo approccio alla previsione degli incendi boschivi promette di fornire uno strumento prezioso per la gestione delle emergenze e la protezione delle comunità a rischio. Con l'intensificarsi degli effetti del cambiamento climatico, tali avanzamenti tecnologici potrebbero rivelarsi cruciali nella lotta contro gli incendi sempre più frequenti e devastanti.
Gli incendi boschivi rappresentano una minaccia crescente in molte parti del mondo, con conseguenze devastanti per l'ambiente e le comunità. La storia degli incendi e dei tentativi dell'uomo di controllarli è lunga e complessa.
Già nell'antica Roma, l'imperatore Augusto istituì il primo corpo di vigili del fuoco della storia, i vigiles, per proteggere la città dagli incendi. Nel Medioevo, molte città europee adottarono sistemi di guardie notturne per avvistare e segnalare tempestivamente eventuali incendi.
La lotta agli incendi boschivi su larga scala iniziò però solo nel XIX secolo, con la creazione dei primi servizi forestali nazionali. Negli Stati Uniti, il Servizio Forestale fu fondato nel 1905 e adottò inizialmente una politica di soppressione totale degli incendi, ritenuti dannosi per le foreste.
Solo intorno agli anni '60 del Novecento si iniziò a comprendere il ruolo ecologico naturale del fuoco in molti ecosistemi, portando a un approccio più equilibrato nella gestione degli incendi boschivi.
Una curiosità interessante riguarda l'origine dell'iconico Smokey Bear, la mascotte creata nel 1944 dal Servizio Forestale americano per sensibilizzare il pubblico sulla prevenzione degli incendi. Il personaggio fu ispirato da un cucciolo d'orso realmente salvato da un incendio nel New Mexico nel 1950.
Nel corso del XX secolo, la tecnologia ha rivoluzionato la lotta agli incendi. L'uso di aerei per il lancio di acqua e ritardanti iniziò negli anni '30, mentre i primi satelliti per il monitoraggio degli incendi furono lanciati negli anni '60. Oggi, l'intelligenza artificiale rappresenta la nuova frontiera nella previsione e gestione degli incendi boschivi.
Un aspetto poco noto è che alcuni ecosistemi, come le foreste di sequoie in California, si sono evoluti per resistere e persino beneficiare di incendi periodici di bassa intensità. I coni di queste conifere spesso si aprono solo in seguito al calore di un incendio, permettendo la dispersione dei semi.
Infine, è interessante notare come gli incendi boschivi stiano influenzando sempre più anche l'arte e la cultura popolare. Numerosi film, libri e opere d'arte contemporanee affrontano questo tema, riflettendo la crescente preoccupazione della società per i cambiamenti climatici e i loro effetti sul nostro ambiente.