8 ноября 2018 года в округе Бьютт, штат Калифорния, выдался сухой день. В штате уже шестой год подряд стоит засуха, и за семь месяцев в округе не было ни одного дождя, когда выпало более половины дюйма дождя. Засушливое лето иссушало весеннюю растительность, а сильные осенние северо-восточные ветры дули со скоростью 35 миль в час и усиливались, создавая опасные условия: любые запланированные или незапланированные пожары могли быстро выйти из-под контроля.
Конечно же, незадолго до рассвета сильный ветер унес случайную искру с линии электропередач в ад. Camp Fire стал самым разрушительным пожаром в истории Калифорнии, опалив около 240 квадратных миль, уничтожив почти 14 000 зданий, причинив ущерб на миллиарды долларов и убив 88 человек. Позже в тот же день в округе Лос-Анджелес вспыхнул пожар Вулси, в результате которого было сожжено 150 квадратных миль и погибли трое.
Засухи могут создать идеальные условия для лесных пожаров. Отсутствие дождя и низкая влажность иссушают деревья и растительность, обеспечивая топливо. В этих условиях искра от молнии, сбой в электросети, человеческая ошибка или спланированный пожар могут быстро выйти из-под контроля.
Глобальное изменение климата, по прогнозам, изменит характер осадков и испарения во всем мире, что приведет к более влажному климату в одних районах и более сухому в других. Районы, которые сталкиваются со все более сильными засухами, также будут подвержены риску возникновения новых и более крупных пожаров. Несколько миссий НАСА собирают ценные данные, чтобы помочь ученым и аварийно-спасательным службам отслеживать засухи и пожары. Некоторые инструменты контролируют воду в почве и под ней, помогая оценить, не приближаются ли районы к опасным засухам. Другие следят за жаром и дымом от пожаров, поддерживая как исследования, так и активное аварийное восстановление.
Понимание того, как ведут себя пожары в сухих условиях, может помочь пожарным, службам экстренного реагирования и другим людям подготовиться к более жаркому и засушливому будущему.
Изменение климата: не просто сырость
Потепление климата Земли, по прогнозам, сделает глобальные режимы осадков более экстремальными: влажные районы станут более влажными, а засушливые - еще более сухими. В таких областях, как юго-запад Америки, может наблюдаться как уменьшение количества осадков, так и повышенное испарение почвенной влаги из-за более сильной жары, а в некоторых случаях возникающие в результате засухи могут быть более интенсивными, чем любая засуха прошлого тысячелетия.
Бен Кук из Института космических исследований имени Годдарда НАСА (GISS) в Нью-Йорке исследует "мегазасухи" - засухи, продолжающиеся более трех десятилетий. Мегазасухи случались и в прошлом, например, засухи в Северной Америке, длившиеся десятилетиями между 1100 и 1300 годами, и команда использовала записи годичных колец, чтобы сравнить эти засухи с прогнозами на будущее. Он и его команда изучили наборы данных о влажности почвы и индексы суровости засухи из 17 различных будущих климатических моделей, и все они предсказали, что, если выбросы парниковых газов будут продолжать расти нынешними темпами, риск мегазасухи на юго-западе Америки может достичь 80 процентов. к концу века. Кроме того, эти засухи, вероятно, будут еще более сильными, чем те, что наблюдались в прошлом тысячелетии.
Такие сильные засухи повлияют на количество и сухость топлива, такого как деревья и трава, сказал Кук.
«Пожар зависит от двух вещей: наличия достаточного количества топлива и высушивания этого топлива, чтобы оно могло загореться. Таким образом, в краткосрочной перспективе увеличение засухи, вероятно, означает увеличение количества огня по мере высыхания растительности», - сказал Кук. «Однако, если эти засухи будут продолжаться в течение длительного периода, как мегазасуха, на самом деле это может означать меньше пожаров, потому что растительность не будет отрастать так энергично, и у вас может закончиться топливо для сжигания. Это определенно сложно."
Текущие и будущие измерения НАСА влажности почвы и осадков помогут оценить прогнозы климатических моделей, сделав их еще более точными и полезными для понимания меняющегося климата Земли.
Кук и его коллега из GISS Кейт Марвел были первыми, кто представил доказательства того, что антропогенные выбросы парниковых газов влияли на наблюдаемые модели засухи еще в начале 1900-х годов. Показав, что деятельность человека уже влияла на засуху в прошлом, их исследование свидетельствует о том, что изменение климата из-за антропогенных выбросов парниковых газов, вероятно, повлияет на засуху в будущем.
Впереди огня
Если в будущем на юго-западе США действительно будут мегазасухи, что это может означать для сезонов пожаров?
«Как только мы изменим климатологию и получим все более и более сухое топливо, мы должны ожидать более интенсивных и более серьезных пожаров», - сказал Адам Кочански, ученый-атмосферник из Университета Юты, имея в виду размер и воздействие пожары. По его словам, если топливо влажное, огонь, скорее всего, останется близко к земле и будет менее разрушительным. Сухие деревья и растения повышают вероятность того, что пламя достигнет полога леса, что сделает огонь более разрушительным и трудным для контроля.
Кочански и Ян Мандель из Университета Колорадо в Денвере использовали данные НАСА и других источников для моделирования взаимодействия между лесными пожарами, влажностью почвы и местной погодой. Они опирались на предыдущую работу Национального центра атмосферных исследований (NCAR) и других организаций по разработке модуля SFIRE для широко используемой модели метеорологических исследований и прогнозирования (WRF).
В этом модуле используются данные спектрорадиометра визуализации умеренного разрешения (MODIS) НАСА на борту его спутников Aqua и Terra, а также набора радиометров визуализации видимого инфракрасного излучения (VIIRS) на борту космического корабля Национального полярно-орбитального партнерства Суоми (Suomi NPP).
Погода влияет на пожары, но пожары также влияют на местную погоду, выделяя тепло, водяной пар и дым, сказал Кочански. Ветры от больших пожаров могут изменить местные погодные условия, а в экстремальных условиях вызвать огненные бури и огненные торнадо.
«Люди, участвующие в лесных пожарах, нередко сообщают, что, хотя ветер не очень сильный, пожары распространяются очень быстро», - сказал Кочански. «Если не так уж ветрено, но ваш огонь сильный и выделяет много тепла, он может генерировать собственные ветры. Даже если окружающие ветры слабы, этот огонь начнет двигаться, как если бы он был действительно ветреным.."
Улучшенное моделирование этих взаимодействий не только помогает пожарным лучше прогнозировать, где и как может распространиться лесной пожар, но также помогает лесоустроительным предприятиям понять, является ли запланированное сжигание безопасным.
Сказка об огне и снеге
Последствия пожаров сохраняются еще долгое время после их тушения, а наличие или отсутствие пресной воды играет важную роль в возобновлении роста и восстановлении растительности. Засушливые условия могут препятствовать прорастанию новых семян на сгоревших участках. Утрата растительности может привести к эрозии и засорению водотоков наносами, а химикаты для пожаротушения могут загрязнить источники воды.
Лесные пожары могут повлиять и на будущие зимние снежные покровы, говорит Келли Глисон, специалист по снежной гидрологии и доцент Портлендского государственного университета. «Снежный покров» относится к снегу, который накапливается за всю зиму, а не к одному снегопаду.
И здесь данные НАСА являются ключом к пониманию задействованных процессов. Глисон и ее команда использовали данные прибора MODIS НАСА за 16 лет, чтобы исследовать влияние лесных пожаров на таяние снега в лесах на западе Америки. Они обнаружили, что сажа и мусор от огня делают снег темнее и менее отражающим на срок до 15 лет после пожара.
«Это как носить черную футболку в солнечный день», - сказал Глисон. «Это заставляет снежный покров поглощать больше солнечной энергии. И в любом случае энергии больше, потому что полог леса сгорел, поэтому через него проходит больше солнца».
Исследование примерно 850 пожаров в период с 2000 по 2016 год показало, что снег в сгоревших лесах таял в среднем на пять дней раньше, чем снег в несгоревших лесах. По словам Глисона, в некоторых районах снег растаял на недели или месяцы раньше, чем обычно.
«Каждый год мы сталкиваемся с более ранним таянием снега, есть прочные связи с большими, горячими, продолжительными пожарами следующим летом», - сказала она. «Это создает этот порочный круг, когда снег тает раньше из-за изменения климата, что продлевает период летней засухи, когда почва высыхает, а когда топливо высыхает, возникают большие пожары. Это еще больше ускоряет таяние снега, еще больше продлевая летнюю засуху. период и пожароопасность."
Моделирование более безопасного будущего
Модель атмосферы огня Манделя и Кочански уже используется в Израиле и Греции. Хотя для использования программного обеспечения требуются компьютерные знания, оно доступно бесплатно в соответствии с миссией НАСА по свободному предоставлению своих данных и других продуктов общественности.
Бранко Косович, руководитель программы по возобновляемым источникам энергии в Лаборатории прикладных исследований и директор Программы метеорологических систем и оценки в NCAR, также использовал WRF для разработки системы прогнозирования пожаров для Отдела предотвращения и контроля пожаров штата Колорадо.. Эта модель использует связанный модуль под названием FIRE и создает прогноз пожаров, погоды и дыма, полезный как для лесных пожаров, так и для запланированных пожаров.
Косович также использует систему WRF для своих исследований, которая использует данные дистанционного зондирования НАСА и машинное обучение для ежедневной оценки влажности топлива на прилегающих территориях Соединенных Штатов.
«Измерение влажности живого топлива [в настоящее время] должно выполняться вручную», - сказал Косович. «Людям приходится выходить, брать живое топливо и, по сути, сушить его в печах, чтобы увидеть, сколько там влаги. Это очень трудоемко. И вы можете себе представить, что из-за этого данных мало, как в космосе, так и в по частоте и времени."
Косович, Мандель и Кочански надеются создать системы, которые предоставят лесопользователям более точную информацию для планирования контролируемых пожаров и помогут улучшить распределение ресурсов во время лесных пожаров, что приведет к лучшей оценке рисков и восстановлению.
Ученые НАСА постоянно наблюдают как за пресной водой, так и за пожарами из космоса, воздуха и земли, собирая краткосрочные и долгосрочные данные по мере того, как климат Земли продолжает меняться. Такие программы, как Программа катастроф НАСА по наукам о Земле, используют спутниковые данные для отслеживания активных пожаров, мониторинга их воздействия на качество воздуха и проведения исследований, которые помогают сообществам быть более подготовленными к стихийным бедствиям. Заглядывая в будущее, моделирование играет ключевую роль в подготовке к смене сезонов засухи и пожаров по всему миру.