"Горячий и сухой" - девиз для больших пожаров. Всего за несколько секунд искра в жарких и сухих условиях может вызвать пламя, пожирающее густую высохшую растительность и почти все остальное на своем пути. В то время как каждому пожару нужна искра, чтобы загореться, и топливо, чтобы сгореть, жаркие и сухие условия в атмосфере играют важную роль в определении вероятности возникновения пожара, его интенсивности и скорости, с которой он распространяется. За последние несколько десятилетий, по мере того, как мир становился все более теплым, его потенциал выгорания возрастает.
С 1880 года мир потеплел на 1.9 градусов по Фаренгейту, причем пять самых теплых лет за всю историю наблюдений пришлись на последние пять лет. С 1980-х годов сезон лесных пожаров удлинился на четверти покрытой растительностью поверхности мира, а в некоторых местах, таких как Калифорния, пожары стали почти круглогодичным риском. 2018 год стал худшим сезоном лесных пожаров в Калифорнии за всю историю наблюдений, вслед за разрушительным сезоном пожаров 2017 года. В 2019 году лесные пожары уже сожгли 2,5 миллиона акров на Аляске в экстремальный сезон пожаров, вызванный высокими температурами, которые также привели к массовым пожарам в Сибири.
Вне зависимости от того, возникли ли они естественным путем или по вине людей, пожары во всем мире и возникающие в результате выбросы дыма и выгоревшие участки наблюдались спутниками НАСА из космоса в течение двух десятилетий. В сочетании с данными, собранными и проанализированными учеными и лесоустроителями на местах, исследователи из НАСА, других агентств и университетов США начинают обращать внимание на взаимосвязь между пожарами, климатом и людьми.
"Наша способность согласованно отслеживать пожары за последние 20 лет с помощью спутниковых данных выявила крупномасштабные тенденции, такие как усиление пожарной активности, согласующееся с потеплением климата в таких местах, как западная часть США. Юг, Канада и другие части лесов Северного полушария, где много топлива», - сказал Дуг Мортон, руководитель лаборатории биосферных наук в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. «Где потепление и высыхание климата увеличили риск пожаров, мы наблюдаем рост горения."
Горячий и сухой мир
Высокие температуры и низкая влажность являются двумя важными факторами, обусловливающими рост риска и активности пожара, влияющими на поведение пожара от его возгорания до его распространения. Еще до того, как начнется пожар, они подготавливают почву, говорит Джим Рандерсон, специалист по системам Земли из Калифорнийского университета в Ирвайне, изучающий пожары как в полевых условиях, так и с помощью спутниковых данных..
Он и его коллеги изучили количество ударов молнии во время сезона пожаров на Аляске в 2015 году, в результате которого было сожжено рекордные 5,1 миллиона акров земли. Удары молнии являются основной естественной причиной пожаров. Исследователи обнаружили необычно большое количество ударов молнии, вызванных более высокими температурами, которые заставляют атмосферу создавать более конвективные системы - грозы - что в конечном итоге способствовало увеличению выгоревшей площади в этом году.
Более жаркие и сухие условия также подготовили почву для пожаров, вызванных деятельностью человека. «На западе США люди все время случайно зажигают пожары», - сказал Рандерсон. «Но когда у нас есть период экстремальной погоды, высоких температур и низкой влажности, то более вероятно, что обычная деятельность на свежем воздухе может привести к случайному пожару, который быстро выходит из-под контроля и становится большим лесным пожаром».
Например, в 2018 году искры, летящие от забитого бетонного столба в землю при температуре 100 градусов по Фаренгейту, и искры от обода автомобильной шины, царапающие асфальт после спущенной шины, были причинами разрушительных ранчо в Калифорнии и Карр Файрс соответственно. Эти искры быстро воспламенили растительность, которая была высушена и стала чрезвычайно легковоспламеняющейся из-за той же экстремальной жары и низкой влажности, что, как показывают исследования, также может способствовать быстрому и неконтролируемому распространению пожара, сказал Рандерсон. Те же условия повышают вероятность выхода сельскохозяйственных пожаров из-под контроля.
Потепление мира также имеет еще одно последствие, которое может способствовать сохранению пожарных условий в течение нескольких дней, которых в противном случае могло бы не быть в прошлом: более высокие ночные температуры.
«Более высокая ночная температура позволяет огню гореть всю ночь и гореть интенсивнее, что позволяет пожарам распространяться в течение нескольких дней, тогда как ранее более низкие ночные температуры могли ослабить или потушить огонь всего за один день», Мортон. сказал.
Климатические системы в действии
Жаркие и сухие условия, предшествующие пожарам, могут смягчаться дождем и влагой, циркулирующей в атмосфере. Во временных масштабах от месяцев до лет более широкие климатические модели перемещают влагу и тепло по планете. Мониторинг этих систем с помощью спутниковых наблюдений позволяет исследователям приступить к разработке компьютерных моделей для прогнозирования того, будет ли предстоящий сезон пожаров в данном регионе легким, средним или экстремальным. Наиболее важными из этих индикаторов являются температуры поверхности моря в Тихом океане, которые определяют явление Эль-Ниньо Южное колебание (ЭНЮК)..
«ЭНСО является основным фактором пожарной активности на многих континентах», - сказал Рандерсон, который вместе с Мортоном и другими исследователями изучал взаимосвязь между явлениями Эль-Ниньо и сезонами пожаров в Южной Америке, Центральной Америке, некоторых частях Северной Америки. Америка, Индонезия, Юго-Восточная Азия и Экваториальная Азия. «Осадки как перед сезоном пожаров, так и во время сезона пожаров можно предсказать, используя температуру поверхности моря, которую измеряют спутники NASA и NOAA».
Текущий проект, по словам Рандерсона, заключается в том, чтобы теперь распространить эту возможность прогнозирования в глобальном масштабе на регионы, на которые влияют другие изменения температуры и показателей климата океана.
Человеческий фактор
При изучении долгосрочных тенденций пожаров управление земельными ресурсами человека так же важно учитывать, как и любой другой фактор. В глобальном масштабе где-то на Земле всегда горит - и большинство этих пожаров устраивают люди, либо случайно в дикой местности, либо намеренно, например, чтобы расчистить землю или сжечь сельскохозяйственные поля после сбора урожая, чтобы убрать пожнивные остатки.
Но не все пожары ведут себя одинаково. Их поведение зависит от типа топлива и от того, как люди меняют ландшафт. В то время как пожарная активность в лесах северных широт ухудшилась, исследование, проведенное Рандерсоном и Мортоном, показало, что, несмотря на климатические условия, благоприятствующие пожарам, количество пожаров на пастбищах и саваннах во всем мире сокращается, что способствует общему сокращению выгоревшей площади во всем мире. По словам Мортона, снижение связано с увеличением присутствия людей, созданием новых пахотных земель и дорог, которые служат противопожарными полосами и мотивируют местное население бороться с этими небольшими пожарами.
«Люди и климат вместе являются двумя факторами, которые формируют пожары по всему миру. Это не одно и не другое», - сказал Рандерсон.
Огненные отзывы
Пожары в свою очередь воздействуют на людей и климат. Для людей дым представляет серьезную опасность для здоровья, помимо немедленной гибели людей и имущества, когда мелкие частицы сажи попадают в легкие. Длительное воздействие было связано с более высокими показателями респираторных и сердечных заболеваний. Шлейфы дыма могут перемещаться на тысячи миль, влияя на качество воздуха для людей далеко с подветренной стороны от первоначального пожара. Пожары также представляют угрозу для местного качества воды, а потеря растительности может впоследствии привести к эрозии и оползням, что особенно сильно в Калифорнии, сказал Рандерсон..
Для климата пожары могут прямо или косвенно увеличивать выбросы углерода в атмосферу. Пока они горят, пожары выделяют углерод, хранящийся в деревьях или в почве. В некоторых местах, таких как Калифорния или Аляска, дополнительный углерод может выделяться по мере разложения мертвых деревьев, процесс, который может занять десятилетия, потому что мертвые деревья будут стоять в лесу, как призраки, медленно разлагаясь, сказал Мортон. В дополнение к выделению углерода при разложении мертвые деревья больше не действуют как поглотитель углерода, вытягивая углекислый газ из атмосферы. В некоторых регионах, таких как Индонезия, Рандерсон и его коллеги обнаружили, что радиоуглеродный возраст выбросов углерода от торфяных пожаров составляет около 800 лет, что затем добавляется к парниковым газам в этой атмосфере, которые вызывают глобальное потепление. В арктических и бореальных лесных экосистемах пожары сжигают органический углерод, хранящийся в почвах, и ускоряют таяние вечной мерзлоты, которая при оттаивании выделяет метан, еще один парниковый газ.
Другой областью активных исследований является смешанное воздействие твердых частиц или аэрозолей в атмосферу в региональных климатических условиях из-за пожаров, сказал Рандерсон. Аэрозоли могут быть темными, как сажа, часто называемая черным углеродом, поглощая тепло солнечного света в воздухе, а при приземлении и затемняя снег на землю, ускоряя его таяние, что влияет как на локальные температуры - повышая их, поскольку снег отражает солнечный свет, так и круговорот воды. Но другие аэрозольные частицы могут быть светлого цвета, отражать солнечный свет и потенциально оказывать охлаждающее действие, пока они остаются в атмосфере. По словам Рандерсона, будь то темно или светло, аэрозоли от пожаров могут также влиять на облака, затрудняя образование капель воды в тропиках и, таким образом, уменьшая количество осадков и усиливая высыхание.
Пожары всех типов меняют ландшафт и атмосферу таким образом, что они могут резонировать десятилетиями. Для понимания их немедленных и долгосрочных последствий требуются долгосрочные глобальные наборы данных, которые отслеживают пожары с момента их обнаружения до картирования масштаба выгоревшей площади, отслеживания дыма в атмосфере и отслеживания изменений в характере осадков..
«По мере потепления климата у нас растет частота экстремальных явлений. Крайне важно отслеживать и понимать экстремальные пожары с использованием спутниковых данных, чтобы у нас были инструменты для успешного управления ими в более теплом мире», - сказал Рандерсон.