Data om plantesveden kan hjælpe med at forudsige naturbrandens sværhedsgrad

En ny undersøgelse bruger data fra ECOSTRESS-instrumentet ombord på rumstationen til bedre at forstå, hvorfor nogle dele af en naturbrand brænder mere intenst end andre.

Selv i det tørkeramte Californien står ikke alle områder over for samme grad af naturbrandrisiko. En nylig undersøgelse med data fra NASAs ECOSTRESS-mission fandt sammenhænge mellem intensiteten af ​​en naturbrand og vandstressen i planter målt i månederne før flammen. Sammenhængene var ikke kun et spørgsmål om, at tørre planter brændte mere end hydrerede; nogle områder, hvor vegetationen havde tilstrækkeligt med vand, brændte mere alvorligt, muligvis fordi brande havde mere brændstof at forbruge.

Forskningen, ledet af forskere ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien, trækker på data om plantevandforbrug indsamlet af ECOSTRESS, en forkortelse for ECOsystem and Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station. Instrumentet måler temperaturen på planter, når de varmes op, når de løber tør for vand. Til denne undersøgelse fokuserede forskerne på data indsamlet i dele af 2019 og begyndelsen af ​​2020 over seks områder – tre i det sydlige Californiens bjerge og tre i Sierra Nevada – som efterfølgende blev brændt af naturbrande.

Anden forskning har vist, at skovbrandsæsonen i det vestlige USA starter tidligere på året og stiger i længde og sværhedsgrad. I Californien – en stat med 33 millioner acres (13 millioner hektar) skove, en stor del af det forvaltet af føderale, statslige og lokale agenturer – kunne detaljeret indsigt i forholdet mellem skovbrande og tilgængeligheden af ​​vand til vegetation hjælpe brandledere identificere ikke blot, om et område sandsynligvis vil brænde, men hvor alvorlig skaden vil være, hvis den gør det.

"Vi er i en intens megatørke - den værste i 1.200 år - og det skaber betingelser for mere katastrofale brande," sagde Christine Lee, en studie medforfatter ved JPL. "Datasæt som dem fra ECOSTRESS vil være afgørende for at fremme videnskaben og kan give information til at støtte dem, der reagerer på klimaforandringskriser."

Ved at sammenligne ECOSTRESS-dataene med separate satellitbilleder efter brand fandt forskerne ud af, at den hastighed, hvormed planter frigiver vand ved at "sved" - en proces kendt som evapotranspiration - samt hvor effektivt de bruger vand til fotosyntese, kan hjælpe med at forudsige, om efterfølgende naturbrande er mere eller mindre intens. Begge mål indikerer, om et plantesamfund får nok vand eller er under stress på grund af mangel på det.

"Vi forsøgte at forstå, hvad der driver forskellene i, hvorfor nogle områder har alvorlige forbrændinger, og andre områder ikke har," sagde Madeleine Pascolini-Campbell, en vand- og økosystemforsker ved JPL og hovedforfatter af papiret. "Resultaterne viser, hvor afgørende vandstress er for at forudsige, hvilke områder der brænder mest, og hvorfor det er vigtigt at overvåge vegetationen i disse regioner."

Sporing af plantestress

Ligesom mennesker kæmper planter for at fungere, når de er for varme. Og på samme måde som sveden hjælper mennesker med at holde sig kølige, er planter afhængige af evapotranspiration til at regulere deres temperatur. Evapotranspiration kombinerer den hastighed, hvormed planter taber vand, når det fordamper fra jorden, og ved transpiration, hvor de frigiver vand gennem åbninger i deres blade, kaldet stomater. For at undgå at miste for meget vand begynder planterne at lukke deres stomater, hvis de bliver for tørre.

"Som et resultat begynder de at blive varme, fordi de ikke har fordelen af ​​at 'sve' længere," sagde Lee. "Med ECOSTRESS kan vi observere disse virkelig fine temperaturændringer, som bruges til at forstå ændringer i evapotranspiration og vandforbrugseffektivitet."

Generelt signalerer langsommere evapotranspiration og lavere effektivitet, at planter er vandstressede. Højere værdier indikerer, at planterne får nok vand.

ECOSTRESS sporer evapotranspiration via et termisk radiometer med høj opløsning, der kan måle temperaturen på pletter på Jordens overflade så små som 40 gange 70 meter (130 gange 230 fod).

Høj versus lav stress

I papiret, udgivet i Global Ecology and Biogeography , fandt forskere ud af, at vandstress-relaterede variabler, sammen med højde, var dominerende forudsigere for forbrændingsgraden i områder, der blev ramt af tre naturbrande i det sydlige Californien i 2020:Bobcat-branden i Angeles National Forest, sammen med Apple- og El Dorado-brandene i San Bernardino National Forest.

Om højere eller lavere stress forudsagde mere alvorlig forbrænding afhang af den primære type vegetation i et område, sagde Pascolini-Campbell. For eksempel havde stressede fyrreskove en tendens til at brænde mere alvorligt, hvilket tyder på, at tørre forhold gjorde træer mere brandfarlige. I mellemtiden, i græsarealer, havde lavere stress tendens til at korrelere med flere forbrændingsskader, en mulig indikation af, at robust vegetationsvækst producerede mere brændstof, hvilket resulterede i mere intense flammer. Og i Sierra Nevada-regionerne, der blev brændt af Creek Fire, Sequoia Complex Fire og North Complex Fire, viste resultaterne svagere forhold mellem stress før brand og forbrændings sværhedsgrad. Undersøgelsens forfattere antager, at variabler, der ikke blev indfanget i analysen - vind eller andre vejrforhold - var mere indflydelsesrige i disse forbrændingsområder.

Støtte beslutningstagere

Undersøgelsen kommer, mens NASA øger indsatsen for at mobilisere sin teknologi, ekspertise og ressourcer til at studere naturbrande. Agenturet annoncerede i maj dannelsen af ​​NASA Wildland FireSense, et initiativ, der har til formål at samle eksperter fra forskellige discipliner, sammen med avanceret teknologi og analytiske værktøjer, for at udvikle tilgange, der kan informere og vejlede beslutningstagere i brandledelsen.

Betydningen af ​​værktøjer som ECOSTRESS, som er planlagt til at fungere indtil september 2023, vil vokse, efterhånden som klimaændringer skaber større risiko for naturbrande i det vestlige USA, sagde Pascolini-Campbell. "Det er en høj prioritet region for at bruge disse typer undersøgelser til at se, hvilke områder der er de mest sårbare," tilføjede hun. + Udforsk yderligere

Tørke-stresset skov gav næring til Amazon-brande