Brandomvendelser låser røg i dale

Røg fra en sommerbrand er mere end bare en øjenstikkende plum af gener. Det er en gift for lungerne og hjerterne hos de mennesker, der indånder det og et tæt tæppe, der hæmmer brandslukning.

Der er en atmosfærisk feedback loop, siger atmosfærisk videnskabsmand fra University of Utah Adam Kochanski, der kan låse røg i dale på nogenlunde samme måde som temperaturinversioner låser smog og gunk i Salt Lake Valley hver vinter. Men forstår denne sløjfe, Kochanski siger, kan hjælpe forskere med at forudsige, hvordan røg vil påvirke luftkvaliteten i dale, forhåbentlig hjælper både beboere og brandmænd.

Kochanski og kollegers undersøgelse vises i Journal of Geophysical Research-Atmospheres . Arbejdet blev finansieret af tilskud fra det amerikanske landbrugsministerium og fra NASA.

Røgskærm

I 2015, brandmænd, der kæmper med brande i det nordlige Californien, bemærkede, at røg, der ophobede sig i dale, ikke forsvandt. Røgen blev så slem, at luftstøtte måtte aflyse flyvninger, bremser brandbekæmpelsen. "Det rejste spørgsmålet, "Kochanski siger, "Hvorfor er det? Hvorfor pludselig, er røgen så vedholdende, og hvad holder dette meget tykke lag af røg i disse dale i så lang tid? "

Kochanski og hans kolleger, herunder forskere fra Desert Research Institute, University of Colorado, Boulder og Harvard &Smithsonian Center for Astrophysics satte sig for at besvare disse spørgsmål. Deres første spor kom fra målinger af temperatur både under og over røglaget. Luften, de fandt, var varmere over røgen end under.

Beboere i Salt Lake Valley og andre skålformede dale vil genkende mønsteret af varmere luft over koldere dalluft som en inversion-en vending af den normale køling af luft med højde. Den atmosfæriske kemi ved Salt Lake's vinteromvendelser er lidt anderledes end ved en brandinversion, men fysikken er den samme:Varm luft stiger, kold luft synker, og inversionen lægger et varmt låg over en dal, fanger al dalluften nedenunder.

Den største forskel er, at i tilfælde af røginversioner gør røglaget inversionen endnu stærkere.

Feedback loop

Kochanski og hans kolleger modellerede dynamikken i luft og røg i dalterræn og fandt en feedback -sløjfe, der forstærker de atmosfæriske inversionsbetingelser.

"En nøgle til denne situation er det øjeblik, hvor røgen dukker op i atmosfæren, og det gør bare nok til at blokere indgående solstråling, "Siger Kochanski. Med solens energi blokeret, luften ved jorden begynder at afkøle. "Kølingen nær overfladen begrænser blandingen, forbedrer lokale inversioner og fører til endnu højere røgkoncentrationer, der igen blokerer for mere solstråling og gør røg endnu mere vedholdende. "

Afkølingen svækker også vinde i den røgfyldte dal og stabiliserer atmosfæren, hindrer vinden i at bryde igennem og rydde ud af den stillestående luft.

Kochanski siger, at der er tre veje ud af en brandinversion. Den ene er røgafvikling, når ilden er slukket, så mere lys og varme kan nå jorden. En anden er en tilstrækkelig stor vind, der kan presse igennem og blande luftlagene. En tredje er nedbør, da faldende regn kan skrubbe luften ren for aerosoler.

"Hvis det er business as usual og dag for dag har du dejligt solskinsvejr uden vind eller nedbør, godt, denne positive tilbagekoblingssløjfe fører til mere røg i dalene end man kunne forvente bare baseret på brandadfærden alene, "Siger Kochanski.

En ny slags prognose

At forstå de betingelser, der skaber feedback -loop, hjælper forskere med at forudsige, hvordan og hvornår det kan dannes eller forsvinde. Brandomvendelser vil stadig være et problem for brandmænd, men Kochanski siger, at nu vil forskere være i stand til at sammensætte mere præcise røgprognoser.

”Vi kan bedre fortælle, hvor hvor tæt og hvor vedholdende røgen kommer til at være, "siger han." Det er noget, der ikke var tilgængeligt før. "Vejrmodeller vil også kunne forudsige luftkvalitetseffekter fra røg på måder, de ikke kunne før, tilføjer han.

Resultaterne af denne undersøgelse er allerede ved at blive integreret i National Predictive Services Program. "Når jeg taler om applikationer, "Siger Kochanski." Det er ikke 10 år fra nu. Det er noget, vi vil begynde at arbejde på inden for de næste par måneder. "