En mere tør fremtid sætter scenen for flere naturbrande

8. november, 2018 var en tør dag i Butte County, Californien. Staten var i sit sjette år i træk med tørke, og amtet havde ikke haft en nedbørshændelse, der producerede mere end en halv tomme regn i syv måneder. Den tørre sommer havde udtørret forårsvegetationen, og efterårets stærke nordøstlige vinde blæste med 55 miles i timen og steg, skabe røde flagforhold:Eventuelle planlagte eller uplanlagte brande kan hurtigt komme ud af kontrol.

Helt sikkert, lige før daggry, stærke vinde piskede en vildfaren gnist fra en kraftledning ind i et inferno. Lejrbranden blev den mest ødelæggende brand i Californiens historie, brændende cirka 240 kvadrat miles, ødelægger næsten 14, 000 bygninger, forårsager milliarder af dollars i skade og dræber 88 mennesker. Senere samme dag, Woolsey-branden brød ud i Los Angeles County, brænde 150 kvadratkilometer og dræbe tre.

Tørke kan skabe ideelle forhold for naturbrande. Mangel på regn og lav luftfugtighed udtørrer træer og vegetation, levere brændstof. Under disse forhold, en gnist fra lynet, elektriske fejl, menneskelige fejl eller planlagte brande kan hurtigt komme ud af kontrol.

Globale klimaændringer forventes at ændre nedbørs- og fordampningsmønstre rundt om i verden, fører til vådere klima i nogle områder og tørrere i andre. Områder, der står over for stadig mere alvorlige tørkeperioder, vil også være i fare for flere og større brande. Adskillige NASA-missioner indsamler værdifulde data for at hjælpe videnskabsmænd og beredskabspersonale med at overvåge tørke og brande. Nogle instrumenter overvåger vand i og under jorden, med til at vurdere, om områder er på vej mod farlig tørke. Andre holder øje med varme og røg fra brande, støtte både forskning og aktiv katastrofeoprettelse.

At forstå, hvordan brande opfører sig i tørre forhold, kan hjælpe brandmænd, førstehjælpere og andre forbereder sig på en varmere, tørre fremtid.

Klimaændringer:Ikke bare våde

Jordens opvarmende klima forventes at gøre globale nedbørsmønstre mere ekstreme:Våde områder vil blive vådere, og tørre områder bliver tørrere. Områder som det amerikanske sydvest kunne se både reduceret nedbør og øget jordfugtighedsfordampning på grund af mere intens varme, og i nogle tilfælde, den resulterende tørke kan være mere intens end nogen tørke i det sidste årtusinde.

Ben Cook fra NASAs Goddard Institute for Space Studies (GISS) i New York City forsker i "megadroughts" - tørker, der varer mere end tre årtier. Megatørke har forekommet i fortiden, ligesom de årtier lange nordamerikanske tørker mellem 1100 og 1300, og holdet brugte træringregistreringer til at sammenligne disse tørkeperioder med fremtidige fremskrivninger. Han og hans team undersøgte jordfugtighedsdatasæt og tørkesværhedsindekser fra 17 forskellige fremtidige klimamodeller, og de forudsagde alle, at hvis drivhusgasemissionerne fortsætter med at stige med deres nuværende hastighed, risikoen for en megatørke i det amerikanske sydvest kan ramme 80 procent i slutningen af ​​århundredet. Derudover disse tørkeperioder vil sandsynligvis være endnu mere alvorlige end dem, der er set i det sidste årtusinde.

Sådanne alvorlige tørkeperioder vil påvirke mængden og tørheden af ​​brændstof såsom træer og græs, sagde Cook.

"Ild afhænger af to ting:at have nok brændstof og at tørre det brændstof ud, så det kan brænde. Så på kort sigt, mere tørke betyder sandsynligvis mere brand, efterhånden som vegetationen tørrer ud, " sagde Cook. "Hvis disse tørker fortsætter i en lang periode, som en megatørke, imidlertid, det kan faktisk betyde mindre brand, fordi vegetationen ikke vil vokse tilbage så kraftigt, og du kan løbe tør for brændstof til at forbrænde. Det er bestemt kompliceret."

Nuværende og fremtidige NASA-målinger af jordfugtighed og nedbør vil hjælpe med at evaluere klimamodellernes forudsigelser, gør dem endnu mere nøjagtige og nyttige til at forstå Jordens skiftende klima.

Cook og hans GISS-kollega Kate Marvel var de første til at bevise, at menneskeskabte drivhusgasemissioner påvirkede observerede tørkemønstre så længe siden som i begyndelsen af ​​1900-tallet. Ved at vise, at menneskelige aktiviteter allerede tidligere har påvirket tørken, deres forskning viser, at klimaændringer fra menneskeskabte drivhusgasemissioner sandsynligvis vil påvirke tørke i fremtiden.

Bliv foran ilden

Hvis fremtiden byder på megatørke for det sydvestlige USA, hvad kan det betyde for dens brandsæsoner?

"Når vi først ændrer klimatologien og får tørre og tørrere brændstoffer, vi bør forvente mere intense brande og højere brandsværhedsgrad, " sagde Adam Kochanski, en atmosfærisk videnskabsmand ved University of Utah, med henvisning til brandenes størrelse og virkning. Hvis brændstoffer er fugtige, ilden er mere tilbøjelig til at forblive tæt på jorden og være mindre ødelæggende, han sagde. Tørre træer og planter gør det mere sandsynligt, at flammerne når skovkronerne, gør ilden mere ødelæggende og sværere at kontrollere.

Kochanski og Jan Mandel fra University of Colorado Denver brugte data fra NASA og andre kilder til at simulere interaktionen mellem naturbrande, jordfugtighed og lokalt vejr. De byggede på tidligere arbejde fra National Center for Atmospheric Research (NCAR) og andre for at udvikle SFIRE-modulet til den meget brugte Weather Research and Forecasting-model (WRF).

Dette modul bruger data fra NASA's Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) ombord på sine Aqua og Terra satellitter, og Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) ombord på rumfartøjet Suomi National Polar-Orbiting Partnership (Suomi NPP).

Vejret påvirker brande, men brande påvirker også det lokale vejr ved at producere varme, vanddamp og røg, sagde Kochanski. Vinden fra store brande kan ændre lokale vejrmønstre, og under ekstreme forhold, generere ildstorme og brand tornadoer.

"Det er ikke ualmindeligt, at folk, der er involveret i vildmarksbrande, rapporterer, at selvom vinden ikke er særlig stærk, ildene breder sig meget hurtigt, " sagde Kochanski. "Hvis det ikke blæser så meget, men din ild er intens og frigiver meget varme, det har potentialet til at generere sine egne vinde. Selvom den omgivende vind er svag, denne ild vil begynde at bevæge sig, som om det var rigtig blæsende."

Bedre modellering af disse interaktioner hjælper ikke kun brandmænd med bedre at forudsige, hvor og hvordan en naturbrand kan sprede sig, men hjælper også skovforvaltere med at vide, om en planlagt afbrænding er sikker.

En fortælling om ild og sne

Brands virkninger varer ved længe efter, at de er slukket, og tilgængeligheden eller manglen på ferskvand spiller en vigtig rolle i vegetationens genvækst og genopretning. Tørre forhold kan forhindre nye frø i at spire i de brændte områder. Vegetationstab kan føre til erosion og sediment, der blokerer vandveje, og brandbekæmpelseskemikalier kan forurene vandkilder.

Skovbrande kan også have indflydelse på fremtidige vintersnepakker, sagde Kelly Gleason, en snehydrolog og assisterende professor ved Portland State University. "Snowpack" refererer til sneen, der samler sig over en hel vinter, snarere end et enkelt snefald.

Også her, NASA-data er nøglen til at forstå de involverede processer. Gleason og hendes team brugte 16 års data fra NASAs MODIS-instrument til at undersøge skovbrandes virkninger på snesmeltning i skove i det amerikanske vest. De opdagede, at sod og affald fra brand gør sne mørkere og mindre reflekterende i op til 15 år efter en brand.

"Det er som at have en sort T-shirt på på en solskinsdag, " sagde Gleason. "Det primer snepakken til at absorbere mere sollysenergi. Og der er alligevel mere energi, fordi skovens baldakin blev brændt, så der kommer mere sol igennem."

Deres undersøgelse af omkring 850 brande mellem 2000 og 2016 viste, at sne i brændte skove smeltede, gennemsnitlig, fem dage tidligere end sne i uforbrændte skove. I nogle områder smeltede sneen uger eller måneder tidligere end normalt, sagde Gleason.

"Hvert år oplever vi tidligere snesmeltning, der er stærke relationer til store, hed, langvarige brande den følgende sommer, " sagde hun. "Det skaber denne onde cirkel, hvor sne smelter tidligere på grund af klimaændringer, som forlænger sommerens tørkeperiode, hvor jorden tørrer ud, og når brændstofferne tørrer ud, du får disse store brande. Dette fremskynder snesmeltningen yderligere, yderligere forlænge sommerens tørkeperiode og brandpotentiale."

Modellering af en sikrere fremtid

Mandel og Kochanskis brand-atmosfære-model er allerede i drift i Israel og Grækenland. Selvom softwaren kræver computerekspertise at bruge, det er tilgængeligt gratis, i overensstemmelse med NASAs mission om frit at levere sine data og andre produkter til offentligheden.

Branko Kosovi?, programleder for Renewable Energy for the Research Applications Laboratory og direktør for Weather Systems and Assessment Program ved NCAR, brugte også WRF til at udvikle brandforudsigelsessystemet for staten Colorados afdeling for brandforebyggelse og -kontrol. Denne model bruger et relateret modul kaldet FIRE og producerer en brand, vejr- og røgudsigt nyttig for både naturbrande og planlagte brande.

Kosovi? bruger også WRF-systemet til sin forskning, som bruger NASA-fjernmålingsdata og maskinlæring til at estimere brændstoffugtighed dagligt over de tilstødende USA.

"Måling af levende brændstoffugtighed [i øjeblikket] skal udføres manuelt, " Kosovi? sagde. "Folk er nødt til at gå ud, tag det levende brændstof, og i det væsentlige helbrede det i ovne for at se, hvor meget fugt der er. Det er meget arbejdskrævende. Og det kan du forestille dig, på grund af det, dataene er sparsomme, både i rum og i frekvens og tid."

Kosovi?, Mandel og Kochanski håber at bygge systemer, der vil give skovforvaltere bedre information til at planlægge kontrollerede brande og hjælpe med at forbedre ressourceallokeringen under skovbrande, fører til bedre risikovurdering og genopretning.

NASA-forskere overvåger både ferskvand og brande konstant, fra rummet, luften og jorden, indsamling af kort- og langsigtede data, efterhånden som jordens klima fortsætter med at ændre sig. Programmer såsom NASA Earth Science Disasters Program bruger satellitdata til at spore aktive brande, overvåge deres indvirkning på luftkvaliteten og udføre forskning, der hjælper lokalsamfund med at være mere forberedte, før katastrofer rammer. Og ser på fremtiden, modellering spiller en nøglerolle i forberedelsen til skiftende tørke- og brandsæsoner rundt om i verden.