Супутникова детекція пожеж 2026: VIIRS, Sentinel-3 SLSTR, MODIS, GOES-R/MTG, FY-3

Park Fire, Сьєрра-Невада, серпень 2024. За 24 години — 100 тисяч акрів. О 21:34 UTC VIIRS на NOAA-20 видає 18,4 МВт; о 22:18 MODIS на Aqua каже вже 22,1 МВт; о 22:55 Sentinel-3B SLSTR — 26,7 МВт без саторації. Той самий пожежний фронт, три цифри інтенсивності, чотири різних супутникових ока. GOES-18 паралельно показує стрибок з 8 до 60 МВт за 90 хвилин. Жодне око саме не побачило все.

Фізика виявлення: чому 3,7 мкм

Будь-який супутниковий пожежний продукт спирається на закон Планка: спектральна радіація чорного тіла зміщується до коротших хвиль зі зростанням температури. Для типових температур пожежі (700–1 200 K) пік випромінювання припадає на діапазон 2,4–4,1 мкм, тоді як земний фон при температурі 290 K випромінює переважно у 8–14 мкм. Це робить середній інфрачервоний канал близько 3,7 мкм винятково контрастним для виявлення гарячих плям: якщо у каналі 11 мкм пожежа на фоні може давати приріст 5–10 K над фоном, то у 3,7 мкм — 50–200 K.

Roberts et al. (2003) у фундаментальній роботі для BAMS детально описують радіаційну фізику пожежної детекції і обґрунтовують, чому всі сучасні алгоритми використовують комбінацію 3,7 мкм + 11 мкм як ядро (Roberts et al., 2003, Bulletin of the American Meteorological Society).

Wooster (2002) розробив базовий алгоритм Fire Radiative Power (FRP), що дозволяє переводити радіаційний контраст у мегавати, а далі — у швидкість горіння і викиди (Wooster, 2002, Geophysical Research Letters). FRP став єдиною мірою інтенсивності пожежі, що дозволяє порівнювати дані з різних супутників.

VIIRS: новий золотий стандарт

Visible Infrared Imaging Radiometer Suite — основний пожежний інструмент NOAA. VIIRS встановлений на трьох діючих платформах: Suomi NPP (запуск 2011, очікуваний кінець місії 2026–2027), NOAA-20 / JPSS-1 (2017), NOAA-21 / JPSS-2 (2022). До кінця десятиліття планується JPSS-3 (NOAA-22) і JPSS-4 (NOAA-23).

Прилад має дві групи каналів: I-Bands (375 м у надирі, 5 каналів) і M-Bands (750 м у надирі, 16 каналів). Пожежний продукт VNP14IMG використовує I4 (3,55–3,93 мкм) і I5 (10,5–12,4 мкм), плюс M-Bands як контекст. Алгоритм описано Schroeder et al. (2014) і документовано NASA на сторінці VIIRS Land.

Ключова перевага VIIRS перед MODIS: піксель 375 м замість 1 км дає у 7,1 раза меншу площу, що означає набагато вищу чутливість до малих пожеж. Schroeder et al. (2014) показали, що 375-метровий продукт виявляє приблизно у 4 рази більше малих пожеж (площа 1 акр і менше) при тому ж рівні комісійних помилок 1,2% (Schroeder et al., 2014, RSE).

Обмеження VIIRS:

• Канал I4 саторується близько 367 K у звичайному режимі (близько 470 K у режимі fire-detection mode для NOAA-20). Інтенсивні пожежі (Australia 2019, Canada 2023) мають занижену оцінку FRP.
• Полярна орбіта — 4–6 пасажів на добу для тропіків, 10–14 для високих широт.
• Ширина смуги 3 040 км, але повна 375-м роздільна здатність зберігається лише до зенітного кута 56°. На краях смуги розмір пікселя зростає до 800 × 1 600 м.

Csiszar et al. (2014) детально валідують VIIRS Active Fire Product проти ASTER і наземних спостережень, отримуючи високу узгодженість з MODIS, але кращу повноту для малих пожеж (Csiszar et al., 2014, JGR Atmospheres).

MODIS: ветеран науки про пожежі

Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer на супутниках Terra (запуск 1999) і Aqua (2002). MODIS створив наукову базу пожежних даних, на якій побудовано тисячі публікацій. Продукт MOD14/MYD14 (Колекція 6.1) працює з пікселем 1 км і використовує канали 4 (3,75 мкм), 22 і 23 (теж 3,7 мкм для різних динамічних діапазонів), 31 (11 мкм), 32 (12 мкм) (NASA MODIS docs).

Algorithm Theoretical Basis Document (ATBD) Колекції 6 описано у Giglio et al. (2016): жорсткіші критерії сусідства зменшили комісійну помилку на 50% порівняно з Колекцією 5 (Giglio et al., 2016, RSE).

Поточний стан і проблеми MODIS:

• Terra (Aqua) працює з 2000 (2002) року, обидва супутники експлуатуються понад розрахунковий ресурс. NASA планує deorbit Aqua в 2026 році.
• Орбіта Terra деградує — точка надиру дрейфує від оригінальних 10:30 a.m. до 11:00 a.m. і пізніше, що ускладнює довгочасові ряди.
• 1-км піксель робить MODIS гіршим за VIIRS для виявлення малих пожеж, але історичний 25-річний ряд (2000–2025) залишається унікальним науковим ресурсом.

Kaufman et al. (1998) у класичній роботі описали оригінальний MODIS Fire Product і його теоретичні засади, що залишаються базою для всіх наступних розробок (Kaufman et al., 1998, JGR).

Sentinel-3 SLSTR: європейська альтернатива

Sea and Land Surface Temperature Radiometer на Sentinel-3A (запуск 2016) і Sentinel-3B (2018). Третій супутник, Sentinel-3C, готується до запуску 2026 року, забезпечуючи безперервність до 2030+. Місія описана на сторінці ESA.

SLSTR має дев’ять спектральних каналів від видимого до далекого інфрачервоного. Пожежна детекція використовує F1 (3,74 мкм) і F2 (10,85 мкм) — спеціально спроєктовані пожежні канали з широким динамічним діапазоном. Просторова роздільна здатність F1: 1 км у звичайному режимі, 0,5 км у пожежному режимі. Ширина смуги 1 420 км у nadir-only погляді, що дає 1–2 пасажі на день у середніх широтах для двосупутникового сузір’я.

Ключова перевага: канал F1 саторується близько 650 K замість 470 K у VIIRS. Це робить SLSTR єдиним цивільним сенсором, що дає неспотворену оцінку FRP для дуже інтенсивних пожеж. Wooster et al. (2021) валідують SLSTR FRP проти наземних експериментів і отримують RMSE близько 18% для типових великих пожеж (Wooster et al., 2021, Remote Sensing).

Друга перевага: подвійний кут огляду (nadir + oblique 55°), що дозволяє кращу атмосферну корекцію для термальних каналів через ефективно подовжений оптичний шлях.

Обмеження SLSTR:

• Менший охоплення на добу порівняно з VIIRS / MODIS. Для оперативних потреб у середніх широтах це означає 3–4 пасажі на добу для двосупутникового сузір’я.
• Затримка дистрибуції через Copernicus EUMETSAT — типово 60–180 хвилин для Near-Real-Time продукту.
• Менше досвіду інтеграції у північноамериканські пожежні системи (історично там домінують NASA-продукти).

GOES-R та Meteosat Third Generation: геостаціонарна революція

Геостаціонари дивляться на одну півкулю безперервно. Це фундаментально змінює оперативну картину: замість 4–6 знімків на добу маємо 100–1 000 знімків.

GOES-R серія — GOES-16 (East), GOES-18 (West), GOES-19 (запущений 2024). Прилад Advanced Baseline Imager (ABI) має 16 каналів від видимого до інфрачервоного. Канал 7 (3,9 мкм) — основний пожежний. Просторова роздільна здатність 2 км у надирі, ширина пікселя зростає до 4–6 км на високих широтах. Алгоритм FDC (Fire Detection and Characterization) описано Schmidt et al. (2017) (Schmidt et al., 2017, Atmospheric Environment).

Темпоральна роздільна здатність: 5 хвилин для CONUS-сектора, 1 хвилина для меззоскейл-секторів (1 000 × 1 000 км, можна перенацілити на активну пожежу). Це робить GOES-R незамінним для відстеження динаміки фронту впродовж дня.

Слабкі сторони: 2-км піксель означає поріг детекції 30–50 МВт для більшості пожеж (Hall et al., 2019, IEEE TGRS, оцінюють поріг для канадських бореальних пожеж в 50 МВт у літню полудень). Geostationary geometry дає високі зенітні кути для високих широт, що погіршує контраст і ускладнює детекцію.

Meteosat Third Generation MTG-I1 запущений у грудні 2022 року. Прилад Flexible Combined Imager (FCI) має 16 каналів, з яких канал 3,8 мкм використовується для пожежної детекції. Просторова роздільна здатність 1 км у видимому, 2 км в інфрачервоному. Темпоральна — 10 хвилин для повного диску, 2,5 хвилини для меззоскейл-сектора над Європою (EUMETSAT MTG). MTG-I2 і MTG-I3 запланований на 2026 і 2030 роки.

Himawari-8 і Himawari-9 від JMA забезпечують геостаціонарне покриття Тихого океану. Прилад AHI має канал 3,9 мкм. Просторова роздільна здатність 2 км, темпоральна 10 хвилин для повного диску. Wickramasinghe et al. (2020) валідують Himawari fire product над Австралією і Південно-Східною Азією, отримуючи прийнятну точність для пожеж розміром понад 0,5 га (Wickramasinghe et al., 2020, Remote Sensing).

FY-3 і FY-4: китайська група

Feng-Yun (FY) — китайська метеосистема. FY-3D (запуск 2017) і FY-3E (2021) — полярні з приладом MERSI-II, що має канал 3,72 мкм для пожежної детекції з пікселем 250 м (повна роздільна здатність) і 1 км (стандартний пожежний продукт). FY-4A і FY-4B — геостаціонари над Східною Азією з приладом AGRI, канал 3,72 мкм, піксель 4 км.

Технічно прилади порівнянні з західними аналогами. Проблема для західних споживачів — стандарти і політика поширення даних. Продукти не публікуються через FIRMS-аналог; науковий доступ можливий через CMA після узгодження. Для Європи та України платформа FY на 2026 рік не є оперативно інтегрованою у фьюжн-системи через відсутність відкритих стандартів дистрибуції — обмежуємось згадкою як технічного факту.

Порівняльна таблиця ключових параметрів

Алгоритми: контекстуальні vs абсолютні пороги

Усі сучасні пожежні алгоритми — контекстуальні. Тобто вони не використовують просто абсолютний поріг температури («якщо T > 320 K, то це пожежа»), а порівнюють кожний піксель з його сусідами. Це необхідно для виключення фонового нагріву (сонячно нагрітий пісок у пустелі може мати T > 320 K без пожежі).

Базова логіка алгоритму:

1. Кандидатний відбір: піксель має T_3.7 > деякий поріг.
2. Визначення фону: статистика T_3.7 і T₁₁ у вікні навколо кандидата (зазвичай 9 × 9 пікселів).
3. Контекстуальні тести: різниця ΔT = T_3.7 − T₁₁ > порог + δ × σ_фон, де σ_фон — стандартне відхилення фону.
4. Виключення артефактів: маска води, маска хмар, маска сонячних відблисків, маска промислових гарячих плям.
5. Розрахунок FRP за формулою Wooster (2002).

Деталі різняться: VIIRS використовує більш агресивні пороги для I-Band на користь повноти, MODIS Колекції 6 — жорсткіші критерії сусідства на користь точності, SLSTR використовує подвійний кут огляду для додаткового тесту узгодженості. Giglio (2003) дав канонічний опис багатоетапного алгоритму, що став основою для всіх наступних розробок (Giglio et al., 2003, RSE).

Похибки: комісія та омісія в реальних умовах

Кожен сенсор має свої характерні похибки.

VIIRS: Schroeder et al. (2014) для CONUS оцінюють комісійну помилку 1,2% і омісійну 8% для пожеж розміром понад 4 акри. Для пожеж менше 1 акра омісія зростає до 30–40%.

MODIS: Giglio et al. (2016) для Колекції 6 оцінюють комісію 1,5% (вдвічі менше за Колекцію 5). Омісія сильно залежить від ландшафту: 5–10% для саван Африки, 25–40% для бореальних лісів Сибіру в зимовий період.

SLSTR: Xu et al. (2020) валідують SLSTR проти MODIS і VIIRS і отримують комісію 1,8% і омісію 12% для пожеж понад 5 МВт (Xu et al., 2020, RSE).

GOES-R FDC: Hall et al. (2019) оцінюють поріг чутливості GOES-16 ABI у бореальних лісах Канади як 50 МВт для високих широт у літню полудень (Hall et al., 2019, IEEE TGRS).

Окремий випадок — комісійні помилки на промислових об’єктах. Доменні печі металургійних комбінатів (Кривий Ріг, Запоріжжя, Маріуполь історично, Кременчуцький НПЗ), нафтогазові смолоскипи, ТЕС у режимі стартового спалювання — усе це дає термальний контраст, аналогічний пожежі. Тільки маски статичних промислових джерел (industrial fire mask) дозволяють їх відсікати у пост-обробці.

Оперативна екосистема дистрибуції

Сирі дані з кожного супутника доступні через специфічні канали. Для оперативного користування ключові точки доступу:

• NASA FIRMS — VIIRS і MODIS, затримка 3 години для стандартного потоку, 60 хвилин для LANCE-MODIS, 15 хвилин для US/Canada Direct Broadcast (FIRMS).
• EUMETSAT EUMETCast — Sentinel-3, Meteosat MTG, з затримкою 60–180 хвилин (EUMETCast).
• NOAA STAR — GOES-R FDC, затримка 5–15 хвилин (NOAA STAR).
• Copernicus EFFIS — інтегрований європейський портал з фьюжном VIIRS, MODIS, MTG, Sentinel-3 (EFFIS).
• JRC GWIS — глобальна система (GWIS).

Більшість оперативних служб (USFS, NIFC, EU JRC, BoM) використовують внутрішні фьюжн-системи, що приймають кілька потоків і фільтрують артефакти за регіональними масками.

Регіональні рішення: які платформи де домінують

FRP як метрика інтенсивності та викидів

Fire Radiative Power — це не просто характеристика спостережень, а основа для оцінки викидів. Wooster et al. (2005) показали, що FRP лінійно пов’язана зі швидкістю згоряння біомаси (combustion rate) з коефіцієнтом близько 0,453 кг палива на МДж радіаційної енергії (Wooster et al., 2005, JGR). Інтегруючи FRP за часом, отримуємо Fire Radiative Energy (FRE), а далі за emission factor — масу викидів CO, CO₂, NO_x, PM2.5.

Це фундамент сучасних інвентарів пожежних викидів: GFED (Global Fire Emissions Database), GFAS (Global Fire Assimilation System від Copernicus), QFED (Quick Fire Emissions Dataset). Усі три використовують MODIS і VIIRS FRP як вхідні дані. Andela et al. (2017) дають детальний огляд GFED4s з обґрунтуванням використання FRP як основної метрики (Andela et al., 2017, Earth System Science Data).

Майбутні платформи: 2026–2030

Наступне покоління планується до запуску протягом найближчих 5 років.

• JPSS-3 (NOAA-22) — продовження VIIRS, запуск планується 2027.
• MTG-I2 — другий супутник Meteosat Third Generation, запуск 2026.
• Sentinel-3C і D — продовження SLSTR до 2030+.
• Sentinel-2C і D — оптичні супутники з 10–20 м роздільною здатністю, що використовуються для пост-факто аналізу вигорілих площ (не для активної детекції).
• Landsat Next — продовження Landsat серії з покращеним термальним каналом TIRS-2, запуск 2030+.
• FireSat (комерційні ініціативи) — анонсовані сузір’я малих супутників з пожежним фокусом, з частотою пасажів понад 30/добу. На 2026 рік ще не повністю в експлуатації.

Загальна тенденція — мультисупутникові сузір’я з частотою пасажів понад 1/година для більшості заселених регіонів до 2030 року.

Україна: яку платформу інтегрує WildFiresUA

Україна не має власних супутників пожежного класу і повністю залежить від міжнародних потоків даних. Технічно для України працюють:

• VIIRS на NOAA-20, NOAA-21, Suomi NPP — 4-6 пасажів на добу для територій 44-52° пн.ш.
• MODIS на Aqua, Terra — 2-4 пасажі (легасі ряд для історичного аналізу).
• Sentinel-3A, Sentinel-3B SLSTR — 1-2 пасажі. Канал F1 без саторації для великих пожеж.
• Meteosat Third Generation MTG-I1 — геостаціонар над Африкою/Європою з покриттям України, оновлення 10 хвилин.

WildFiresUA — національний пожежний сервіс, побудований командою YourAirTest у партнерстві з ДНУ ім. Олеся Гончара та EcoCity — інтегрує VIIRS і MODIS через NASA FIRMS, плюс додаткове використання Sentinel-3 SLSTR для оцінки інтенсивності великих пожеж без саторації. На 2026 рік ведеться інтеграція MTG FCI як четвертого вхідного потоку для високочастотного моніторингу. Карта активних пожеж з фьюжном цих потоків публічна на partner.yourairtest.com/map.

Для України критично використовувати кілька потоків одночасно через чотири причини: висока хмарність зимою (один пасаж може бути закритий), високі зенітні кути на півночі (роздільна здатність зростає до 1,5 км), наявність промислових гарячих плям (металургія сходу, ТЕС, рафінерії — потребують маски), і збереження архівного MODIS-ряду для довгочасової статистики.

Підсумок

Жодна супутникова платформа не дає повної картини пожежі. VIIRS забезпечує найкращу полярну роздільну здатність 375 м, MODIS — найдовший ряд історичних даних, Sentinel-3 SLSTR — найбільш точну оцінку інтенсивності великих пожеж, GOES-R і MTG — субхвилинну темпоральну роздільну здатність. Сучасний оперативний підхід — фьюжн усіх доступних потоків з контекстуальною валідацією і регіональними масками артефактів.

Для України оптимальна архітектура — VIIRS як ядро виявлення малих пожеж, MODIS як підтримка історичного ряду, Sentinel-3 для калібрування інтенсивності великих фронтів, MTG для високочастотного моніторингу динаміки. Цю архітектуру вибудовує WildFiresUA. Майбутнє покоління платформ (JPSS-3, MTG-I2, Sentinel-3C, FireSat) у горизонті 2027–2030 років збільшить частоту пасажів і знизить затримку публікації, що дозволить ще скоротити операційне вікно реакції.

Українська стартап-екосистема: за матеріалами TechUkraine та AIN.ua — двох провідних видань про український tech, deep tech, climate tech і екологічні стартапи.

Пов’язане читання на yourairtest.com

• Сторінка WildFires проєкту WildFiresUA
• Як побудована національна система моніторингу повітря
• Джерела даних YourAirTest

MASK0

Пов’язане читання — інші наукові огляди

• Глобальний здоров’я-тягар лісового диму: GBD 2024, Lancet Planetary Health 2025, регіональні відмінності
• Emission factors лісового диму: Andreae 2019, Akagi 2011, та глобальна база GFED
• Глобальна екосистема детекції пожеж 2026: супутники, мережі сенсорів, AI, дрони
• Фізичні моделі поширення лісової пожежі 2026: Rothermel, FARSITE, ELMFIRE, FOFEM, CAWFE — як вони порівнюються

Що зробити сьогодні

1. Перевірити мапу повітря YourAirTest для свого міста — є дані про PM2.5 за останню годину.
2. Якщо тема ваша — поділитися статтею з колегами-дослідниками. Ми відстежуємо share patterns у Google Search Console.
3. Якщо ви хочете внести свої дані у наш корпус (sensor measurements, локальні моделі) — пишіть через контакт-форму.

References

1. Roberts G., Wooster M.J., Perry G.L.W. et al. (2003). Annual and diurnal African biomass burning temporal dynamics. BAMS.
2. Wooster M.J. (2002). Small-scale experimental testing of fire radiative energy. Geophysical Research Letters 29(21).
3. Kaufman Y.J., Justice C.O., Flynn L.P. et al. (1998). Potential global fire monitoring from EOS-MODIS. JGR 103(D24): 32215-32238.
4. Giglio L., Descloitres J., Justice C.O., Kaufman Y.J. (2003). An enhanced contextual fire detection algorithm for MODIS. RSE 87(2-3): 273-282.
5. Wooster M.J., Roberts G., Perry G.L.W., Kaufman Y.J. (2005). Retrieval of biomass combustion rates from FRP. JGR 110(D24).
6. Schroeder W., Oliva P., Giglio L., Csiszar I.A. (2014). The New VIIRS 375m active fire detection data product. RSE 143: 85-96.
7. Giglio L., Schroeder W., Justice C.O. (2016). The collection 6 MODIS active fire detection algorithm. RSE 178: 31-41.
8. Wooster M.J., Xu W., Nightingale T. (2021). Sentinel-3 SLSTR active fire and FRP product validation. Remote Sensing 13(9): 1627.
9. Schmidt C.C., Hoffman J., Prins E.M. et al. (2017). GOES-R ABI fire detection algorithm. Atmospheric Environment 150: 98-113.
10. Csiszar I., Schroeder W., Giglio L. et al. (2014). Active fires from VIIRS. JGR Atmospheres 119(2): 803-816.
11. Hall J.V., Loboda T.V., Giglio L. et al. (2019). A MODIS-based burned area assessment for Russian croplands. IEEE TGRS.
12. Xu W., Wooster M.J., Polehampton E. et al. (2020). Sentinel-3 SLSTR fire detection. RSE 248: 111870.
13. Wickramasinghe C., Wallace L., Reinke K., Jones S. (2020). Validation of Himawari-8 fire product. Remote Sensing 12(6): 978.
14. Andela N., Morton D.C., Giglio L. et al. (2017). The Global Fire Atlas. Earth System Science Data 9: 697-720.
15. NASA VIIRS Active Fires product page.
16. NASA MODIS MOD14 product documentation.
17. ESA Sentinel-3 mission page.
18. EUMETSAT MTG mission documentation.
19. NOAA GOES-R series programme.
20. NOAA STAR — Center for Satellite Applications and Research.
21. NASA FIRMS — Fire Information for Resource Management System.
22. Copernicus EFFIS.
23. JRC GWIS.
24. EUMETCast distribution platform.
25. NOAA JPSS / VIIRS programme.