Forest fires in California: infrared images of the US Pacific coast
Over the course of several days, the TET-1 (Technology Experiment Carrier) satellite operated by DLR observed the development of a large seat of fire near the town of Ventura, north of Los Angeles. The largest contiguous area of fire that emitted a radiation energy of 18 megawatts was recorded on 10 December. From the image taken on 15 December scientists were able to calculate a radiation energy of 11 megawatts for individual areas. Together with the BIROS satellite, TET-1 is part of DLR’s FireBIRD mission, which detects high-temperature events, such as forest fires, from space.
The small satellite BIROS (Bispectral InfraRed Optical System) and TET-1 (Technology Experiment Carrier) form a highly efficient pair for the early detection of forest fires in the FireBIRD (Fire Bispectral InfraRed Detector) mission. Their innovative infrared sensor system allows the satellites to precisely measure the spatial expansion and heat development of fires.
Emergency services in the US state of California are still fighting fierce forest fires. Severe drought and strong winds have allowed the fires to spread. The FireBIRD (Fire Bispectral InfraRed Detector) mission run by the German Aerospace Center (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt; DLR) consists of a pair of satellites – TET-1 (Technology Experiment Carrier) and BIROS (Bispectral Infrared Optical System). These detect high-temperature events from space. On Sunday 10 December TET-1 registered a major seat of fire near the town of Ventura, north of Los Angeles, on the US Pacific coast. Further data was recorded over the days that followed. "FireBIRD's precise systems allow us to detect incipient changes to fires with accuracy," says Winfried Halle, FireBIRD project manager at the DLR Institute of Optical Sensor Systems, adding, "This can help us predict the behaviour and development of major fires more effectively in future."
Energetic fires
After analysing initial imagery, DLR researchers realised that in central areas the fire burned more intensely and thus radiated more energy than was the case with the major forest fires that occurred in Chile, Portugal and British Columbia in 2016 and 2017. Scientists calculated a radiation energy of up to 18 megawatts for individual zones within the overall area affected by fires in California. The radiation energy of the aforementioned fires elsewhere in the world was only around half as high.
The data showed that over the course of the week the individual fire zones varied greatly in intensity and spatial extent. The largest contiguous area of fire was recorded on 10 December, while the largest number of individual, intensely burning fires was registered on 12 December. Over subsequent days the areas of intense fire declined. However, smaller fires increasingly flared up in other places. The recordings showed that, put together, the fires devastated a large area, hampering fire-fighting operations. "In Europe there is no other comparable satellite mission that is capable of measuring the radiation energy of fires with such precision," notes Halle.
For large fire events such as the forest fires that raged in Chile in January 2017, the DLR Center for Satellite-Based Crisis Information (Zentrum für Satellitengestützte Kriseninformation; ZKI) provides data from FireBIRD to local authorities. In crisis situations the ZKI puts the relevant satellite data together in such a way that it can be optimally used by situation centres, public authorities, relief organisations and policy makers. The ZKI created an overview map of forest fires in California using FireBIRD data.
About the FireBIRD mission
The DLR FireBIRD mission consists of two satellites, TET-1 and BIROS (Bispectral Infrared Optical System). They are both based on the small satellite BIRD (operational from 2001 to 2004), which was developed by the DLR Institute of Optical Sensor Systems. A similar system of infrared cameras is fitted to both of these satellites. TET-1 has been orbiting Earth since 2012, searching for fires and other high-temperature events. TET-1's 'brother', the small satellite BIROS, built in Berlin Adlershof, has also been in orbit since 2016, adopting an open constellation to support TET-1 on its important mission.
The satellite data is mainly received at the DLR ground station in Neustrelitz and then processed, archived and made available worldwide for scientific purposes by the The German Remote Sensing Data Center (DFD). The FireBIRD satellites are operated and controlled by the German Space Operations Center (GSOC) within DLR's Space Operations in Oberpfaffenhofen.
Unlike other current satellites, FireBIRD has the capability to detect smaller fires in particular. This enables more precise mapping, and therefore analysis of their impact on the climate. Moreover, exact registration of forest and bush fires is highly relevant due to the economic loss they entail.
Construction of the BIROS satellite was funded by the German Federal Ministry of Education and Research (Bundesministerium für Bildung und Forschung; BMBF).
Schon nach der Analyse der ersten Aufnahme erkannten die DLR-Forscher, dass das Feuer in den zentralen Brandflächen wesentlich intensiver brannte und damit im Vergleich größere Energiemengen ausstrahlte, als dies bei den größeren Waldbränden in Chile, Portugal und British Columbia in 2016 und 2017 der Fall war. Die Wissenschaftler berechneten für einzelne Bereiche innerhalb der großen Feuerfläche in Kalifornien eine Strahlungsenergie des Feuers von bis zu 18 Megawatt. Die Strahlungsenergie der zuvor genannten Brände war nur etwa halb so groß.
Die Daten zeigten, dass sich im Laufe der Woche die einzelnen Feuerflächen in ihrer Intensität und in ihrer räumlichen Ausbreitung stark veränderten. Die größte zusammenhängende Feuerfläche wurde am 10. Dezember erfasst, die größte Anzahl an einzelnen, intensiven Feuern am 12. Dezember. In den folgenden Tagen nahmen die intensiven Flächen ab. Allerdings flammen kleinere Feuer an weiteren Orten immer wieder auf. Die Aufnahmen zeigten, dass die Brände zusammen eine große Fläche verwüsteten, was die Löscharbeiten vor Ort erschwerte. "Es gibt in Europa keine vergleichbare Satellitenmission, die in der Lage ist, die Strahlungsenergie von Bränden so präzise zu messen", bemerkt Halle.
Bei großen Feuerereignissen, wie beispielweise den Waldbränden in Chile im Januar dieses Jahres, stellt das Zentrum für Satellitengestützte Kriseninformation (ZKI) des DLR die Daten von FireBIRD den lokalen Behörden zur Verfügung. Das ZKI bereitet in Krisensituationen die relevanten Satellitendaten so auf, dass sie von Lagezentren, Behörden, Hilfsorganisationen oder politischen Entscheidungsträgern optimal genutzt werden können. Zu den Waldbränden in Kalifornien wurde vom ZKI mit den FireBIRD-Daten eine Übersichtskarte erstellt.
Die Mission FireBIRD
Die DLR FireBIRD-Mission besteht aus den zwei Satelliten TET-1 und BIROS (Bispectral Infrared Optical System). Beide basieren auf dem vom DLR-Institut für Optische Sensorsysteme entwickelten Kleinsatelliten BIRD (operationell betrieben von 2001 bis 2004) und sind mit einem ähnlichen Infrarot-Kamerasystem an Bord ausgestattet. Bereits seit 2012 umkreist TET-1 die Erde auf der Suche nach Feuern und anderen Hochtemperaturereignissen. Seit 2016 ist TETs "Bruder", der in Berlin Adlershof gebaute Kleinsatellit BIROS, ebenfalls im All, um in einer offenen Konstellation mit TET-1 dessen wichtige Mission zu unterstützen.
Die Daten werden hauptsächlich von den Bodenstationen des DLR in Neustrelitz empfangen und im Deutschen Fernerkundungsdatenzentrum des DLR verarbeitet, archiviert und einer weltweiten wissenschaftlichen Nutzung zugänglich gemacht. Die FireBIRD-Satelliten werden durch das Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum (GSOC) der DLR-Einrichtung Raumflugbetrieb in Oberpfaffenhofen betrieben und kontrolliert.
FireBIRD ist im Gegensatz zu aktuellen anderen Satellitensystemen in der Lage, insbesondere auch kleinere Feuer zu erkennen. Damit können diese genauer erfasst und somit auch ihr Einfluss auf das Klima besser untersucht werden. Eine genaue Erfassung von Waldbränden und Buschfeuern ist nicht zuletzt aufgrund der wirtschaftlichen Schäden hoch relevant.
