8 ноември 2018 г. беше сух ден в окръг Бът, Калифорния. Щатът беше в шестата поредна година на суша и окръгът не беше имал валежи, които да доведат до повече от половин инч дъжд в продължение на седем месеца. Сухото лято изсъхна пролетната растителност, а силните североизточни ветрове на есента бяха с пориви от 35 мили в час и се надигаха, създавайки условия за червен флаг: Всеки планиран или непланиран пожар може бързо да излезе извън контрол.
Разбира се, точно преди разсъмване силните ветрове избухнаха блуждаеща искра от електропровод в ад. Пожарът в лагера се превърна в най-разрушителния пожар в историята на Калифорния, изпепелил приблизително 240 квадратни мили, унищожил близо 14 000 сгради, причинил щети за милиарди долари и убил 88 души. По-късно същия ден пожарът Woolsey избухна в окръг Лос Анджелис, изгаряйки 150 квадратни мили и убивайки трима.
Суши могат да създадат идеални условия за горски пожари. Липсата на дъжд и ниската влажност изсушават дърветата и растителността, осигурявайки гориво. При тези условия искра от мълния, електрически повреди, човешка грешка или планирани пожари може бързо да излезе извън контрол.
Предвижда се глобалното изменение на климата да промени моделите на валежите и изпарението по целия свят, което води до по-влажен климат в някои райони и по-сух в други. Райони, които са изправени пред все по-тежки засушавания, също ще бъдат изложени на риск от все по-големи пожари. Няколко мисии на НАСА събират ценни данни, за да помогнат на учените и служителите за спешна помощ да наблюдават сушите и пожарите. Някои инструменти наблюдават водата в и под почвата, като помагат да се прецени дали районите се движат към опасни засушавания. Други следят за топлина и дим от пожари, подпомагайки както изследванията, така и активното възстановяване при бедствия.
Разбирането на това как пожарите се държат в сухи условия може да помогне на пожарникарите, службите за първа помощ и други да се подготвят за по-горещо и по-сухо бъдеще.
Промяна на климата: не само мокро
Прогнозира се, че затоплящият се климат на Земята ще направи глобалните модели на валежите по-екстремни: Влажните зони ще станат по-влажни, а сухите ще станат по-сухи. В райони като американския югозапад може да се наблюдава както намалени валежи, така и повишено изпаряване на почвената влага поради по-интензивна топлина, а в някои случаи произтичащите от това засушавания могат да бъдат по-интензивни от всяка суша от миналото хилядолетие.
Бен Кук от Института за космически изследвания Годард на НАСА (GISS) в Ню Йорк изследва "мегасуши" - суши, продължаващи повече от три десетилетия. Мегадсуши са се случвали в миналото, като продължилите десетилетия суши в Северна Америка между 1100 и 1300 г. и екипът е използвал записи с пръстени на дърветата, за да сравни тези засушавания с бъдещи прогнози. Той и неговият екип изследваха набори от данни за влажността на почвата и индекси за тежест на сушата от 17 различни бъдещи климатични модела и всички те прогнозираха, че ако емисиите на парникови газове продължат да се увеличават с настоящите си темпове, рискът от мегадуша в американския югозапад може да достигне 80 процента до края на века. Освен това тези засушавания вероятно ще бъдат дори по-сериозни от тези, наблюдавани през последното хилядолетие.
Такива тежки засушавания ще повлияят на количеството и сухотата на горивото като дървета и трева, каза Кук.
"Пожарът зависи от две неща: наличието на достатъчно гориво и изсушаването на това гориво, за да може да се запали. Така че в краткосрочен план повече засушавания вероятно означават повече пожар, тъй като растителността изсъхва", каза Кук. „Ако тези засушавания продължат за дълъг период от време, като мегадуша, обаче, това всъщност може да означава по-малко пожар, защото растителността няма да порасне толкова силно и може да останете без гориво за изгаряне. Определено е сложно.„
Настоящите и бъдещите измервания на НАСА на почвената влага и валежите ще помогнат да се оценят прогнозите на климатичните модели, правейки ги още по-точни и полезни за разбирането на променящия се климат на Земята.
Кук и неговата колежка от GISS Кейт Марвел бяха първите, които предоставиха доказателства, че генерираните от човека емисии на парникови газове влияят върху наблюдаваните модели на суша още в началото на 1900-те. Като показват, че човешката дейност вече е повлияла на сушата в миналото, тяхното изследване предоставя доказателства, че изменението на климата от генерираните от човека емисии на парникови газове вероятно ще повлияе на сушата в бъдеще.
Да останеш пред огъня
Ако бъдещето има големи засушавания в югозападните Съединени щати, какво може да означава това за пожарните сезони?
"След като променим климатологията и получим все по-сухи и по-сухи горива, трябва да очакваме по-интензивни пожари и по-голяма тежест на пожара", каза Адам Кочански, атмосферен учен от Университета на Юта, позовавайки се на размера и въздействието на пожарите. Ако горивата са влажни, е по-вероятно огънят да остане близо до земята и да бъде по-малко разрушителен, каза той. Сухите дървета и растения правят по-вероятно пламъците да достигнат горския навес, което прави огъня по-разрушителен и по-труден за контролиране.
Кочански и Ян Мандел от Университета на Колорадо в Денвър използваха данни от НАСА и други източници, за да симулират взаимодействието между горски пожари, влага в почвата и местно време. Те се основават на предишна работа на Националния център за атмосферни изследвания (NCAR) и други, за да разработят модула SFIRE за широко използвания модел за изследване и прогнозиране на времето (WRF).
Този модул използва данни от спектрорадиометъра на НАСА с умерена разделителна способност (MODIS) на борда на неговите спътници Aqua и Terra и комплекта радиометър за видими инфрачервени изображения (VIIRS) на борда на космическия кораб Suomi National Polar-Orbiting Partnership (Suomi NPP).
Времето влияе на пожарите, но пожарите влияят и на местното време, като произвеждат топлина, водна пара и дим, каза Кочански. Ветровете от големи пожари могат да променят местните метеорологични модели и при екстремни условия да генерират огнени бури и огнени торнадо.
"Не е необичайно хората, участващи в пожари в дивата местност, да съобщават, че въпреки че вятърът не е много силен, пожарите се разпространяват много бързо", каза Кочански. „Ако не е толкова ветровито, но вашият огън е силен и отделя много топлина, той има потенциала да генерира свои собствени ветрове. Дори ако околните ветрове са слаби, този огън ще започне да се движи, сякаш е наистина ветровит."
По-доброто моделиране на тези взаимодействия не само помага на пожарникарите да предскажат по-добре къде и как може да се разпространи горски пожар, но също така помага на горските стопани да знаят дали планираното изгаряне е безопасно.
Приказка за огън и сняг
Ефектите на пожарите продължават дълго след потушаването им, а наличието или липсата на прясна вода играе важна роля за растежа и възстановяването на растителността. Сухите условия могат да попречат на покълването на нови семена в изгорелите зони. Загубата на растителност може да доведе до ерозия и блокиране на утайките на водните пътища, а противопожарните химикали могат да замърсят водоизточниците.
Горските пожари могат да окажат въздействие и върху бъдещите зимни снежни покривки, каза Кели Глийсън, снежен хидролог и асистент в Портландския държавен университет. „Снежна покривка“се отнася до снега, който се натрупва за цяла зима, а не за единичен сняг.
И тук данните на НАСА са от ключово значение за разбирането на съответните процеси. Глийсън и нейният екип използваха 16-годишни данни от инструмента MODIS на НАСА, за да проучат ефектите на горските пожари върху топенето на снега в горите на американския запад. Те откриха, че саждите и отломките от огъня правят снега по-тъмен и по-малко отразяващ до 15 години след пожар.
"Това е като да носиш черна тениска в слънчев ден", каза Глийсън. "Той подготвя снежната покривка да абсорбира повече енергия от слънчевата светлина. И така или иначе има повече енергия, тъй като горският балдахин е изгорел, така че повече слънце преминава през."
Техното проучване на около 850 пожара между 2000 и 2016 г. показа, че снегът в изгорелите гори се топи средно пет дни по-рано от снега в неизгорелите гори. В някои райони снегът се стопи седмици или месеци по-рано от нормалното, каза Глисън.
„Всяка година, когато изпитваме по-ранно топене на снега, има силни връзки с големи, горещи, дълготрайни пожари през следващото лято“, каза тя. „Това създава този порочен цикъл, при който снегът се топи по-рано поради изменението на климата, което удължава периода на лятната суша, когато почвата изсъхва, а когато горивата изсъхнат, получавате тези големи пожари. Това допълнително ускорява топенето на снега, като допълнително удължава лятната суша период и потенциал за пожар."
Моделиране на по-безопасно бъдеще
Моделът на Мандел и Кочански с огън и атмосфера вече се използва оперативно в Израел и Гърция. Въпреки че софтуерът изисква компютърен опит за използване, той е достъпен безплатно, в съответствие с мисията на НАСА да предоставя свободно своите данни и други продукти на обществеността.
Бранко Косович, програмен мениджър за възобновяема енергия за лабораторията за изследователски приложения и директор на програмата за метеорологични системи и оценка в NCAR, също използва WRF за разработване на системата за прогнозиране на пожари за щата Колорадо по превенция и контрол на пожарите. Този модел използва свързан модул, наречен FIRE и произвежда прогноза за пожар, време и дим, полезна както за горски пожари, така и за планирани пожари.
Косович също използва системата WRF за своите изследвания, която използва данни от дистанционното наблюдение на НАСА и машинно обучение, за да оценява ежедневно влагата на горивото в съседните щати на Съединените щати.
"Измерването на влагата на живо гориво [понастоящем] трябва да се извършва ръчно", каза Косович. „Хората трябва да излязат, да вземат живото гориво и по същество да го втвърдят в пещи, за да видят колко влага има. Много е трудоемко. И можете да си представите, че поради това данните са оскъдни, както в космоса, така и в по честота и време."
Косович, Мандел и Кочански се надяват да изградят системи, които ще дадат на управителите на горите по-добра информация за планиране на контролирани пожари и ще помогнат за подобряване на разпределението на ресурсите по време на горски пожари, което ще доведе до по-добра оценка на риска и възстановяване..
Учените от НАСА наблюдават както сладка вода, така и пожари постоянно, от космоса, въздуха и земята, събирайки краткосрочни и дългосрочни данни, тъй като климатът на Земята продължава да се променя. Програми като NASA Earth Science Disasters Program използват сателитни данни за проследяване на активни пожари, наблюдение на тяхното въздействие върху качеството на въздуха и извършване на изследвания, които помагат на общностите да бъдат по-подготвени преди бедствието. И гледайки към бъдещето, моделирането играе ключова роля в подготовката за променящите се сезони на суша и пожари по света.
