Лесные пожары распространяются по планете тысячелетиями, но их количество увеличивается по мере потепления климата. Уничтожение лесов, истощение посевов и разрушенные здания — вот лишь некоторые последствия лесных пожаров. Ещё одно — это влияние на качество воздуха и даже на всю климатическую систему.
Исследователи из Технологического института Джорджии предлагают решения не только для выживания в условиях пожаров, но и для получения от них пользы.
Моделирование глобальных климатических воздействий
Когда лесные пожары бушуют, они влияют не только на климат, в котором они возникают. Пожар в Калифорнии не ограничивается Северной Америкой; он может влиять на климат на другом конце света. Юханг Ван и И Денг, профессора Школы наук о Земле и атмосфере, создают модели для определения этих глобальных климатических воздействий.
«Лесные пожары сжигают растительность и изменяют состав аэрозолей, — говорит Ван. — Таким образом, существует огромное влияние на то, как пожары могут влиять на климатические процессы и погодные системы».
Исследование Денга показало, что аэрозоли, выбрасываемые в результате лесных пожаров, приводят к уменьшению размера крошечных капель воды, называемых облачными каплями. Чем меньше облачные капли, тем меньше вероятность образования и выпадения крупных дождевых капель. Это подавление осадков может затруднить тушение пожаров и в то же время генерировать атмосферные волны, достигающие отдалённых мест.
«Пожары оказывают влияние на локальную климатическую систему, а также могут влиять на погоду и климат на другом континенте, если атмосферные условия будут подходящими», — сказал Денг.
Понимание механизмов обратной связи
При поддержке различных государственных агентств США исследовательские группы Вана и Денга пытаются смоделировать всю климатическую систему. Их модели имитируют погоду и климат для атмосферы, растительности и глобальной пожарной активности. Их цель — понять механизмы обратной связи, или то, как изменения в одном компоненте климатической системы могут повлиять на другой. Например, если в регионе выпадает больше осадков, это может изменить рост растительности и, следовательно, потенциал возникновения пожаров.
«До того, как мы провели эту работу, ни одна модель не учитывала все основные процессы, — сказал Ван. — Мы создали полную систему климатического моделирования, которая учитывает такие климатические обратные связи, как отражательная способность поверхности, аэрозоли и тепло, выделяемое при пожарах».
Исследования Вана и Денга показали, что выбросы от пожаров в одном регионе могут увеличить вероятность возникновения лесных пожаров в следующем сезоне в другом регионе. Это происходит потому, что аэрозоли, выбрасываемые при пожарах, изменяют облака в регионах, где нет пожаров.
Контролируемые пожары и качество воздуха
Одним из способов сдерживания лесных пожаров является, как это ни парадоксально, поджигание. С помощью контролируемых пожаров люди намеренно поджигают мёртвую растительность, которая, если её не контролировать, будет действовать как растопка для лесных пожаров. Контролируемые пожары были распространены на протяжении тысячелетий, особенно среди коренных народов. Хотя эти пожары поддерживают здоровье лесов, они имеют свои негативные последствия.
Талат Одман, исследователь-регент в Школе гражданского и экологического инжиниринга, изучает, как контролируемые пожары влияют на качество воздуха. «Конечно, с каждым огнём идёт дым, и этот дым содержит загрязнители воздуха, — сказал он. — Эти загрязнители так же вредны для здоровья человека, как дым, выходящий из промышленных труб или угольных электростанций».
Одман создаёт модели машинного обучения для прогнозирования активности контролируемых пожаров. Эти модели используют прогнозы погоды и данные о пожарах в регионе за последнее десятилетие, чтобы определить вероятность контролируемых пожаров в этом регионе в течение следующих нескольких дней. Он объединяет эти данные со спутниковыми данными, показывающими мусор на земле, а также с моделями, прогнозирующими, как эти контролируемые пожары повлияют на качество воздуха.
«Это выбор между более частым дымом или потерей дома из-за лесного пожара», — сказал Одман.
Хотя большая часть работы Одмана ведётся с помощью моделей, его исследовательская группа также проводит полевые исследования для измерения загрязнителей на подветренной стороне контролируемых пожаров в режиме реального времени. Эта комплексная картина риска возникновения пожаров и качества воздуха позволяет лесным чиновникам делать осознанный выбор в интересах здоровья своих сообществ.
Сеть измерения химического состава аэрозолей в атмосфере (ASCENT)
Салли Нг всегда мечтала создать сеть для измерения состава аэрозолей по всей Америке в режиме реального времени. Профессор кафедры химической и биомолекулярной инженерии и Школы наук о Земле и атмосфере наконец получила такую возможность в рамках проекта ASCENT. В качестве руководителя проекта среднего масштаба Нг возглавляет исследователей из 12 университетов, которые размещают оборудование по всей стране — от Аляски до Атланты — для измерения качества воздуха от загрязнения и пожаров.
Каждый сайт ASCENT оснащён четырьмя современными инструментами для измерения крошечных частиц в воздухе диаметром менее 2,5 микрометров (PM₂.5) — частиц, которые могут попасть в лёгкие и кровоток. Они включают в себя упрощённые масс-спектрометры и другие инструменты, которые непрерывно измеряют химический состав и размер аэрозолей.
Когда в январе пожар Итон охватил Лос-Анджелес, проект ASCENT прошёл настоящую проверку. «Наши сайты проводят измерения в режиме реального времени, поэтому, когда шлейф дыма достиг сайта ASCENT в Лос-Анджелесе от пожара Итон, мы зафиксировали сигнатуры различных химических составляющих в частицах дыма, исходящих от этих пожаров», — отметил Нг.
Они обнаружили, что дым содержал свинец из разрушенных конструкций. Проект ASCENT был частично разработан для измерения химических веществ, составляющих PM₂.5, которые различаются в пространстве и времени, что делает его идеальным для регистрации воздействия лесных и городских пожаров.
«Лесные пожары свели на нет многие достижения, которых мы добились благодаря улучшению регулирования выбросов от деятельности человека, — сказала Нг. — С потеплением климата лесные пожары становятся более частыми и интенсивными».
Лесные пожары также представляют сложность в плане измерений, поскольку выбросы не остаются в районе, где они были впервые выброшены. По мере их перемещения они продолжают подвергаться атмосферным изменениям. Именно здесь широта охвата ASCENT становится стратегической: сайты могут отслеживать выбросы по мере их изменения.
Нг надеется расширить использование передовых инструментов для измерения аэрозолей в других местах по всей территории США, теперь, когда они доказали, что могут предоставлять ценные данные в режиме реального времени. «Эти данные ASCENT позволят нам лучше понять трансформацию дыма от лесных пожаров, а также воздействие на климат и здоровье человека, — сказала Нг. — Эти лесные пожары в конечном итоге повлияют на большее число людей, чем там, где пожар начался».