NASA-observationer hjælper med at spore Californiens brandrøg fra rummet

Naturbrande har brændt over staten Californien i ugevis - nogle af dem bliver større komplekser, efterhånden som forskellige brande smelter sammen. En af dem var August Complex Fire, som angiveligt begyndte som 37 forskellige brande forårsaget af lynnedslag i det nordlige Californien den 17. august. Den ild brænder stadig over en måned senere.

August Complex Fire og andre i denne brandsæson har sendt vidtrækkende skyer af skovbrandrøg ind i atmosfæren, der forværrer luftkvaliteten i Californien og videre. Det er en udfordring at forudsige, hvor røgen vil rejse hen, og hvor slem luften vil være i modvind. men jordobservationssatellitter kan hjælpe. Inkluderet blandt dem er NASAs Terra og CALIPSO satellitter, og den fælles NASA-National Oceanic and Atmospheric Association (NOAA) Suomi NPP-satellit. Sammen, instrumenterne på disse satellitter giver glimt af røgen over tid, som kan hjælpe med at forbedre forudsigelserne om luftkvalitet.

"Satellitinstrumenterne har den fordel, at de giver bred dækning og ensartet målenøjagtighed over tid, samt foretage deres observationer uden nogen risiko for de personer, der tager dataene, " sagde Ralph Kahn, en seniorforsker ved Earth Sciences Division ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, der studerer aerosoler. Kahn og andre atmosfæriske forskere ved NASA indsamler data om brandene fra jordobservationssatellitter, der bruges til at forbedre modeller, der forudsiger, hvordan skovbrandrøg vil påvirke luftkvaliteten neden for brandene.

MISR:Vurdering af situationen fra forskellige vinkler

Et af instrumenterne på NASAs Terra-satellit er Multi-angle Imaging Spectroradiometer (MISR), som har ni forskellige kameraer, der peger mod Jorden i forskellige vinkler. Da Terra passerede over August Complex Brand den 31. august, MISR indsamlede snapshots af røgfanen fra forskellige vinkler.

Forskere ser på disse forskellige perspektiver for at beregne omfanget og højden af ​​røgfanen medvind, samt højden nærmest brandkilden, kaldet injektionshøjden. Disse oplysninger er afgørende for at bestemme, hvor langt røgen vil bevæge sig.

"Røg har en tendens til at blive længere oppe, rejse længere og have en større miljøpåvirkning, måske langt i modvind, hvis det sprøjtes højere op i atmosfæren, " sagde Kahn.

Den 31. aug. de højeste dele af fanen fra August Complex Fire nåede cirka 2,5 miles (4 kilometer) op i luften - hvilket satte den over atmosfærens grænselag, som er det lag af atmosfæren, der er nærmest Jordens overflade. Den friske røgfane strakte sig mindst 30 miles (45 kilometer) øst for det brændende område nær Mendocino National Forest i det nordlige Californien. I løbet af de sidste par dage, røgen fra denne brand havde allerede rejst mere end 310 miles (500 kilometer) mod vest og over 460 miles (750 kilometer) øst for kilden, krydser ind i Utah og ud over Stillehavet.

MISR-instrumentet indsamlede også oplysninger om beløbet, størrelse, og lysstyrken af ​​partiklerne i røgfanen baseret på, hvordan partiklerne spreder lys ved forskellige vinkler og bølgelængder. Disse data giver forskerne information om naturbrandrøgens karakteristika for at forudsige, hvordan den vil bevæge sig og påvirke luftkvaliteten. For eksempel, den sydlige del af røgfanen, der blev udsendt af August Complex Brand den 31. august, var for det meste lavet af små, mørke partikler frigives normalt, når en ild brænder intenst. Men da fanen bevægede sig ned mod vinden, partiklerne blev større og lysere, muligvis fordi vand eller andre gasser fra brandene kondenserede på røgpartiklerne.

MODIS:Et øjebliksbillede af Wildfire Hotspots

Individuelle skovbrande og store brande af fusionerede brande, der brænder i hele staten - og den ophobede røg, de producerer - gør det svært at se de faktiske flammende brændpunkter fra rummet. Men Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) ombord på NASAs Terra-satellit kan se de længere bølgelængder af usynligt lys, eller infrarød stråling produceret af varmen, der kommer fra aktivt brændende naturbrande. Med andre ord, MODIS kan nogle gange se gennem røg, selv når vores øjne ikke kan, ved at sammenligne den højere infrarøde stråling fra hotspots med den lavere stråling, der kommer fra det omkringliggende område.

Når den passerer over det vestlige USA, MODIS kan se et skår omkring 1, 430 miles (2, 300 kilometer) bred - omkring afstanden fra det centrale Utah til næsten 70 miles ind i Stillehavet - hvilket giver værdifuld kontekst om, hvad der sker med brandene og røgen over det vestlige USA. MODIS udpegede flere klynger af brandhotspots i August Complex Fire, som havde forbrugt over 240, 000 hektar inden 2. sept.

"Brandomfanget er enormt i dette tilfælde, og røgfanerne kan rejse hundreder eller endda tusinder af kilometer, " sagde Kahn. "Satellitterne giver ikke kun kontekst, men også information om forholdet mellem forskellige brande." Under sin passage over hovedet den 31. august, MODIS erobrede August Complex Fire såvel som adskillige andre brande og større komplekser af brande, der brændte mod nord, syd, og øst. At se forholdet mellem brandene giver fingerpeg om, hvilke brande der sandsynligvis vil smelte sammen i de efterfølgende dage.

CALIPSO og Suomi NPP:At se omfanget af røgen

Røgfanerne fra Californiens naturbrande har opslugt mange byer og byer i hele staten, gør himlen til en apokalyptisk nuance af brændt orange. På andre områder, himlen er en diset grå, og pletter af aske flyder gennem luften. Men i nogle regioner på vestkysten, himlen ser forholdsvis normal ud – også selvom der er røgpartikler i luften – fordi der er for få røgpartikler til, at vores øjne kan opdage.

Det er her, NASA's CALIPSO-satellit kommer ind i billedet. CALIPSO har en laser ombord, der skyder udbrud af laserlys mod Jorden. Når det lys rammer noget, såsom partikler i en skovbrandsrøgfane, det reflekteres tilbage til sensorer på CALIPSO. Selvom laserlyset er for svagt til at forårsage nogen form for skade, lyset, der reflekteres tilbage til satellitten af ​​røgpartikler, fortæller forskerne meget om røgen, selv når fanen er for gennemsigtig til, at de kan se med øjnene. Da fanen fra August Complex Fire blev båret mod vest, CALIPSO opdagede flere dage gammel røg, der sænkede sig fra omkring 2,5 miles over land til inden for en miles af havets overflade, da den krydsede Californiens kystlinje.

CALIPSO kan kende forskel på skyer og røg, hvilket nogle gange kan være svært at gøre ved at se på et satellitbillede. At vide, hvor røgen er i forhold til skyer, giver forskerne mulighed for at se vekselvirkningerne mellem skyer og røg, som kan påvirke røgens egenskaber og spredning. For eksempel, nogle gange indtager og modificerer skyer røgpartikler, og kan endda fjerne dem fra luften, når det regner. Andre gange, mørke skovbrandrøgpartikler kan absorbere sollys, bliver varm og opvarmer atmosfæren, som kan få skyer til at fordampe.

NASAs CALIPSO-satellit fanger detaljerede data, men den har et snævert synsfelt. Satellitten observerer langs et todimensionelt lodret "gardin", der skærer gennem røgfanen, når den passerer over hovedet, indsamling af detaljerede målinger af typen og positionen af ​​aerosoler fra skovbrandsrøg i atmosfæren. Forskere henvender sig derefter til tre sensorer ombord på Suomi NPP, samlet kaldet Ozone Mapping and Profiler Suite (OMPS), til kontekst. Disse sensorer får et bredere, men mindre detaljeret billede af, hvad der foregår med røgpartiklerne i Jordens atmosfære, som gør det muligt for videnskabsmænd at finde ud af, hvad CALIPSO går efter og lave bedre ekstrapolationer baseret på CALIPSO's data.

Instrumenterne ombord på satellitter i NASAs jordobservationsflåde giver omfattende data, ikke tilgængelig fra nogen anden kilde, gør det muligt for forskere at få en bedre forståelse af naturbrandrøg og hvordan det påvirker luftkvaliteten. I tilfælde som de nuværende naturbrande i Californien, NASAs atmosfæriske videnskabsmænd, der studerer brandene, samarbejder med NASA Earth Science Disasters-programmet for at dele deres resultater med brandmænd og offentlige sundhedsembedsmænd. NASA Disasters-program samarbejder med lokale og regionale agenturer på stedet, hjælper med at få dataene fra NASAs satellitter i hænderne på dem, der har mest brug for dem.

"Vores arbejde er primært nyttigt med at forbedre de modeller, der forudsiger luftkvalitet, " sagde Kahn. "Dette er en teamindsats, og når vi kan hjælpe, det gør vi bestemt."