2019-07-10 06:06:01
更加干燥的未来为更多的野火奠定了基础

2018年11月8日是加利福尼亚州巴特县的干燥日。该州连续第六年遭遇干旱,该县七个月没有降雨事件造成超过半英寸的降雨。干燥的夏季使春季植被干枯,秋季强烈的东北风强烈地以每小时35英里的速度上升,并产生红旗状况:任何计划内或计划外的火灾都可能很快失控。

果然,就在天亮之前,强风掀起了一条从电线进入地狱的迷路火花。 Camp Fire成为加利福尼亚历史上最具破坏性的火灾,灼烧了大约240平方英里,摧毁了近14,000座建筑物,造成数十亿美元的损失,造成88人死亡。同一天晚些时候,伍尔西火灾在洛杉矶县爆发,燃烧150平方英里,造成3人死亡。

干旱可以为野火创造理想的条件。缺少雨水和低湿度使树木和植被变干,提供燃料。在这些情况下,闪电,电气故障,人为错误或计划火灾等火花很快就会失控。

预计全球气候变化将改变世界各地的降水和蒸发模式,导致某些地区的气候变湿,而其他地区则更加干燥。面临日益严重干旱的地区也将面临更多更大火灾的风险。美国宇航局的几个任务收集有价值的数据,以帮助科学家和紧急救援人员监测干旱和火灾。有些仪器监测土壤中和土壤内的水分,有助于评估区域是否正在走向危险的干旱。其他人则关注火灾产生的热量和烟雾,支持研究和主动灾难恢复。

了解火灾在干燥条件下的表现可以帮助消防员,急救人员和其他人为更热,更干燥的未来做好准备。

气候变化:不仅仅是潮湿

预计地球变暖的气候将使全球降水模式更加极端:潮湿地区将变得更加潮湿,干燥地区将变得更加干燥。像美国西南部这样的地区可以看到由于更强烈的热量导致降雨量减少和土壤水分蒸发增加,并且在某些情况下,由此产生的干旱可能比过去千年的干旱更加强烈。

纽约市美国宇航局戈达德空间研究所(GISS)的本库克研究了“大干旱” - 持续三十多年的干旱。过去曾经发生过大规模干旱,就像在1100到1300年之间长达数十年的北美干旱一样,该团队使用树木年轮记录来比较这些干旱与未来的预测。他和他的团队检查了来自17种不同未来气候模型的土壤水分数据集和干旱严重性指数,他们都预测,如果温室气体排放继续以目前的速度增加,那么美国西南部地区的温室气体排放风险可能达到80%到本世纪末。此外,这些干旱可能比上一个千年的干旱更严重。

库克说,如此严重的干旱将影响树木和草等燃料的数量和干燥程度。

“火灾取决于两件事:拥有足够的燃料和干燥燃料,因此它可以着火。所以在短期内,更多的干旱可能意味着更多的火灾,因为植被干涸,”库克说。 “如果这些干旱持续很长一段时间,就像巨大的干旱,它实际上意味着火灾更少,因为植被不会像强烈的生长那样恢复,你可能会耗尽燃料燃烧。这绝对是复杂的。”

NASA当前和未来对土壤湿度和降水的测量将有助于评估气候模型的预测,使其更准确,更有助于了解地球不断变化的气候。

Cook和他的GISS同事Kate Marvel是第一个提供证据表明人类产生的温室气体排放正在影响观察到的干旱模式,早在20世纪初期。通过表明人类活动过去已经影响了干旱,他们的研究证明,人类产生的温室气体排放的气候变化可能会影响未来的干旱。

保持领先火灾

如果未来确实为美国西南部带来了巨大的干旱,这对它的火灾季节意味着什么呢?

“一旦我们改变气候并获得更干燥和更干燥的燃料,我们应该期待更强烈的火灾和更高的火灾严重程度,”犹他大学的大气科学家Adam Kochanski说,他们指的是火灾的大小和影响。他说,如果燃料潮湿,火势更可能接近地面并且破坏性更小。干燥的树木和植物使火焰更有可能到达森林树冠,使火灾更具破坏性,更难控制。

科罗拉多丹佛大学的Kochanski和Jan Mandel使用来自美国宇航局和其他来源的数据来模拟野火,土壤湿度和当地天气之间的相互作用。它们建立在国家大气研究中心(NCAR)和其他机构以前的工作基础上,为广泛使用的天气研究和预报模型(WRF)开发SFIRE模块。

该模块使用NASA的Aqua和Terra卫星中分辨率成像光谱仪(MODIS)和Suomi国家极地轨道合作伙伴(Suomi NPP)航天器上的可见红外成像辐射计套件(VIIRS)的数据。

Kochanski说,天气会影响火灾,但火灾还会通过产生热量,水蒸气和烟雾来影响当地的天气。大火引起的风可能改变当地的天气模式,在极端条件下会产生火灾风暴和火龙卷风。

“参与野火的人们报告说,尽管风不是很强,但火势蔓延的速度非常快,”Kochanski说。 “如果它不是那么多风,但你的火力很强,会释放大量的热量,它有可能产生自己的风。即使周围的风很弱,这种火也会开始移动,好像风很大“。

更好地模拟这些相互作用不仅可以帮助消防员更好地预测野火可能传播的位置和方式,还可以帮助森林管理者了解计划的燃烧是否安全。

火与雪的故事

火灾的影响在熄灭后很长时间内持续存在,淡水的供应或缺乏在植被再生和恢复中起着重要作用。干燥条件可能会阻止新种子在燃烧区域发芽。植被损失可导致侵蚀和沉积物阻塞水道,消防化学品可能污染水源。

森林火灾也可能对未来的冬季积雪产生影响,波特兰州立大学的雪水文学家和助理教授凯利格里森说。 “积雪”指的是整个冬季积雪,而不是一场降雪。

在这方面,NASA数据也是理解所涉及过程的关键。格里森和她的团队使用美国宇航局MODIS仪器16年的数据来调查野火对美国西部森林融雪的影响。他们发现火灾产生的煤烟和碎屑会使火灾发生后长达15年的雪更深,反射更少。

“这就像在阳光明媚的日子穿着黑色T恤,”格里森说。 “它可以吸引积雪,吸收更多的阳光能量。无论如何,还有更多的能量,因为森林的树冠被烧毁,所以更多的阳光透过。”

他们对2000年至2016年大约850起火灾的调查显示,在未燃烧的森林中,被烧毁的森林中的积雪平均比未来五天的积雪融化。格里森说,在某些地区,雪比正常情况早几周或几个月融化。

她说:“每年我们都会经历雪融化,第二年夏天与大火,热火,持久火灾有着密切的关系。” “它造成了这种恶性循环,雪由于气候变化而更早融化,这延缓了夏季干旱期土壤干涸的时期,当燃料变干时,你会得到这些大火。这进一步加速了融雪,进一步延缓了夏季干旱期间和火势。“

塑造更安全的未来

Mandel和Kochanski的火灾气氛模型已在以色列和希腊投入使用。虽然该软件需要使用计算专业知识,但它是免费提供的,符合NASA向公众免费提供其数据和其他产品的使命。

Branko Kosovi?,研究应用实验室可再生能源项目经理和NCAR天气系统和评估项目主任,也使用WRF为科罗拉多州消防部门开发火灾预测系统。该模型使用一个名为FIRE的相关模块,生成火灾,天气和烟雾预报,对野火和计划火灾都有用。

Kosovi?他还使用WRF系统进行研究,该系统使用美国宇航局的遥感数据和机器学习来估算美国各地的燃料水分。

“目前测量的活燃料水分必须手动完成,”Kosovi?说过。 “人们必须走出去,拿出现场燃料,然后基本上用烤箱来治疗,看看有多少水分。这是非常耗费人力的。你可以想象,因为这样,数据在太空和频率和时间。“

Kosovi?Mandel和Kochanski希望建立一个系统,为森林管理者提供更好的信息来规划受控火灾,并帮助改善野火期间的资源分配,从而更好地进行风险评估和恢复。

美国宇航局的科学家们不断地从太空,空中和地面监测淡水和火灾,随着地球气候的不断变化收集短期和长期数据。美国宇航局地球科学灾害计划等计划使用卫星数据跟踪活动火灾,监测其对空气质量的影响,并开展研究,帮助社区在灾害发生前做好充分准备。展望未来,建模在为全球干旱和火灾季节的变化做准备方面起着关键作用。

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