Naturbrandtemperaturer er nøglen til bedre forståelse af luftkvaliteten

Når skovbrande brænder, de skader ikke kun jord, hjem, og virksomheder. Udledning af skovbrande, som kan transporteres over lange afstande, kan være giftig og bidrage til dannelsen af ​​sekundære forurenende stoffer som ozon og fine partikler i atmosfæren. Disse emissioner påvirker menneskers sundhed og miljøet, så videnskabsmænd vil gerne vide, hvad der er i skovbrandsrøg. Ifølge ny forskning fra CIRES og NOAA, det vigtigste er ikke, hvilken slags brændstof der brænder, men den temperatur, hvorved det brænder.

"Hvis vi kender temperaturen på en brand, vi kan bedre vurdere, hvad der kommer ud af det, uafhængig af hvad der brænder, sagde Carsten Warneke, en CIRES-forsker ved University of Colorado Boulder, der arbejder i NOAA Earth System Research Laboratory og en medforfatter på papiret, offentliggjort 3. juli i tidsskriftet Atmosfærisk kemi og fysik . "Med den information, vi vil være i stand til at forenkle emissionsmodellerne, bedre forudsige nedvindspåvirkningerne af naturbrande, og få meget bedre prognoser for luftkvaliteten."

Det ser ud som om brande ved lavere temperatur faktisk producerer flere små partikler kaldet aerosoler, som kan komme ned i folks lunger og blande sig i atmosfæren for at danne dis og andre luftforurenende stoffer nedstrøms.

Vesten i USA går en fremtid i møde med hyppigere og mere intense skovbrande, ifølge klimafremskrivninger og til dels på grund af politikker, der længe har tilskyndet til brandbekæmpelse. På den baggrund, forskere fra CIRES og NOAA går sammen med forskere fra NASA for at lede en flerårig feltkampagne kaldet NOAA-NASA FIREX-AQ—Fire Influence on Regional to Global Environments Experiment—and Air Quality—for bedre at forstå luftkvaliteten og klimaeffekterne af naturbrande. Det nye papir kom ud af en tidlig FIREX-undersøgelse i 2016 i Missoula, Montana-baseret brandlaboratorium, drevet af U.S. Forest Service.

Brande producerer komplekse emissioner, frigivelse af tusindvis af forskellige flygtige organiske forbindelser (VOC'er), som ofte er svære at måle. Forskere troede oprindeligt, at naturbrandemissioner for det meste afhænger af den type brændstof, der brændes - f.eks. Douglas gran, Ponderosa fyr, eller salviebørste. Målet med Fire Lab-undersøgelsen var bedre at forstå emissioner af vegetationsbrænding i et enkelt og kontrolleret miljø. At gøre det, et hold af CIRES- og NOAA-forskere afbrændte over 100 brande lavet af forskellige brændstoffer fundet i det vestlige USA og prøvede kontinuerligt emissionerne med state-of-the-art instrumenter.

Den nye forskning tyder på at forstå disse emissionsmønstre kan være meget enklere, end forskere tidligere troede:det er temperaturen på forbrændingen og ikke det, der brænder, det er nøglen til at forstå brandemissioner. Forskere kunne forklare omkring 85 procent af variabiliteten af ​​VOC-emissionerne, når de vidste, hvor varm en brand var:nogle VOC'er blev primært udsendt fra forbrændinger ved høje temperaturer, mens andre blev udsendt fra lavtemperaturforbrændinger. I løbet af sit forløb, en enkelt ild brænder ved både højere og lavere temperaturer, frigivelse af forskellige VOC'er på forskellige stadier. De forbindelser, der frigives fra lavtemperaturforbrændinger, har egenskaber, der gør dem mere tilbøjelige til at danne aerosoler i brandfanerne.

"Disse resultater ændrer fuldstændig den måde, vi forstår VOC-emissioner fra naturbrande på, "sagde James Roberts, en NOAA-videnskabsmand og FIREX-AQ-hovedforsker. "I stedet for at se på den type brændstof, der brændes, vi kan fokusere på temperaturen af ​​forbrændingen, noget, der potentielt kan måles fra satellitter. "

Disse første resultater fra Fire Lab vil hjælpe CIRES- og NOAA-forskerne og deres kolleger under FIREX-feltkampagnen, planlagt til brandsæsonen 2019. Holdet vil studere virkningen af ​​naturbrande i det vestlige USA på atmosfæren og klimaet med det mål at udvikle politikrelevant information og værktøjer til at hjælpe med at håndtere brande.

Som en del af et nyligt annonceret partnerskab, NASA DC-8 flyet vil bære en nyttelast af NOAA instrumenter, blandt andre, på vidtgående flyvninger rettet mod skovbrande i det vestlige USA og også landbrugs- og foreskrevne forbrændinger over det sydøstlige USA. Et NOAA Twin Otter -fly vil flyve over vestlige naturbrande og ordinerede brande om natten, prøveudtagning af emissioner undervejs. En anden NOAA Twin Otter vil måle vindfelter, der fodrer brandene. Mobile laboratorier og stationære instrumenter vil indsamle emissionsprøver på jorden, og forskere vil også bruge satellitdata til at hjælpe med at lokalisere brandtemperaturen og spore emissioner på regional til global skala. Og et CIRES- og NOAA-hold vil indsætte et instrumenteret ubemandet flysystem, eller UAS, over nogle skovbrande om natten. Se "Send en UAS Above The Flames" nedenfor.

"Naturbrande er et af de større tilbageværende problemer for luftkvaliteten i USA, " sagde Roberts. Deres FIREX-undersøgelse kunne give svar på mange udestående spørgsmål. "Ved at lave vores hjemmearbejde i laboratoriet, vi har identificeret, hvad der er i emissioner og den faktiske proces for, hvordan emissioner er lavet, " sagde Warneke. "Nu skal vi ud i marken for at forstå rigtige brande."

Sender en UAS Above The Flames

Naturbrande brænder anderledes om natten, fordi meteorologiske forhold - inklusive temperatur, energi fra sollys, fugtighed, og vind - er ikke det samme som om dagen. Sundhedseffekter i vindretningen fra skovbrande kan være mere alvorlige om natten, fordi disse forhold kan fange røg tættere på jorden, koncentrere emissioner. Højopløselige natteobservationer af en brands størrelse, Beliggenhed, og varmeoutput kan give vigtige input til brandvejrsmodeller for at forbedre brandvejrsprognoser.

Mens bemandede forsknings- og brandslukningsfly normalt ikke flyver i nærheden af ​​skovbrande om natten af ​​sikkerhedsmæssige årsager, ubemandede flysystemer (UAS) er velegnede til jobbet. Af den grund, NOAA's Nighttime Fire Observations eXperiment (NightFOX) er planlagt til at deltage i FIREX-AQ feltkampagnen. Arbejder med CU Boulders afdeling for Aerospace Engineering Sciences og NOAA UAS Program Office, NOAA and CIRES researchers at the NOAA Earth System Research Laboratory will send an instrument-equipped small UAS to make nighttime wildfire measurements. In addition to monitoring a fire's temperature and extent using multi-spectral remote sensing instruments, NightFOX will measure carbon monoxide and carbon dioxide to determine how the fire is burning and aerosols in the fire plume to characterize emissions that lead to local and regional health impacts.