Канада переживает очередной опасный сезон лесных пожаров, когда дым от горящих лесов распространяется по провинциям и проникает в США. Темпы пожаров 2025 года напоминают о рекордном сезоне лесных пожаров 2023 года, который подверг миллионы людей в Северной Америке воздействию опасного уровня дыма.
На протяжении большей части прошедшего десятилетия прогнозисты могли использовать спутники для отслеживания этих шлейфов дыма, но вид был только двумерным: спутники не могли определить, как близко дым находится к поверхности Земли.
Высота шлейфа дыма имеет значение. Если шлейф находится высоко в атмосфере, он не повлияет на воздух, которым дышат люди — он просто проплывает высоко над головой. Но когда шлейфы дыма находятся близко к поверхности, люди вдыхают химические вещества и мелкие частицы, содержащиеся в дыме лесных пожаров. Эти частицы, известные как PM2.5, могут проникать глубоко в лёгкие и обострять астму и другие респираторные и сердечные проблемы.
Агентство по охране окружающей среды использует сеть наземных мониторов качества воздуха для оповещения о качестве воздуха, но таких мониторов мало, и они расположены далеко друг от друга, что означает, что прогнозы по большей части страны были приблизительными.
Теперь новый спутниковый метод, над которым я и мои коллеги из университетов и федеральных агентств работали в течение последних двух лет, позволяет учёным и специалистам по качеству воздуха получить трёхмерную картину шлейфов дыма, предоставляя подробные данные о рисках вплоть до уровня района как в городских, так и в сельских районах.
Новый метод использует данные со спутника, запущенного NASA в 2023 году под названием TEMPO (Tropospheric Emissions: Monitoring of Pollution, или спутник для мониторинга загрязнения тропосферы). TEMPO позволяет определить высоту шлейфа дыма, предоставляя данные о том, сколько молекул кислорода поглощают солнечный свет на длине волны 688 нанометров. Шлейфы дыма, находящиеся высоко в атмосфере, отражают больше солнечного излучения на этой длине волны обратно в космос, в то время как шлейфы, расположенные ниже в атмосфере, где больше кислорода для поглощения света, отражают меньше.
Понимание физики позволило учёным разработать алгоритмы, которые используют данные TEMPO для определения высоты шлейфа дыма и отображения его трёхмерного движения практически в реальном времени.
Комбинируя данные TEMPO с измерениями частиц в атмосфере, полученными с помощью усовершенствованного базового формирователя изображений на спутниках NOAA GOES-R, прогнозисты могут лучше оценивать риски для здоровья, связанные со шлейфами дыма, практически в реальном времени, при условии, что облака не мешают.
Это большой скачок вперёд по сравнению с использованием наземных мониторов качества воздуха, которые могут находиться на расстоянии сотен миль друг от друга. В штате Айова, например, было около 50 мониторов качества воздуха, сообщавших данные в недавний день для штата, площадь которого составляет 56 273 квадратных мили. Большинство этих мониторов были сосредоточены вокруг крупнейших городов.
Инструмент AerosolWatch от NOAA в настоящее время предоставляет почти в реальном времени поток изображений дыма от лесных пожаров со своих спутников GOES-R, и агентство планирует включить данные о высоте TEMPO. Прототип этой системы, разработанный в рамках поддерживаемого NASA исследовательского проекта моей команды по изучению пожаров и качества воздуха под названием FireAQ, показывает, как пользователи могут приблизить изображение до уровня района, чтобы увидеть, насколько высок шлейф дыма, однако прототип в настоящее время обновляется только один раз в день, поэтому данные задерживаются, и он не может предоставить данные о высоте дыма там, где над головой также находятся облака.
Риск возникновения пожаров возрастает по всей Северной Америке, поскольку глобальные температуры повышаются, а всё больше людей переселяются в районы, где растут леса.
Хотя качество воздуха в большинстве районов США улучшилось в период с 2000 по 2020 год благодаря более строгим нормам выбросов для транспортных средств и электростанций, лесные пожары переломили эту тенденцию в некоторых частях западной части США. Исследования показали, что дым от лесных пожаров фактически стёр почти два десятилетия прогресса в улучшении качества воздуха.
Наши достижения в области мониторинга дыма знаменуют новую эру в прогнозировании качества воздуха, предлагая более точную и своевременную информацию для более эффективной защиты здоровья населения перед лицом растущей угрозы лесных пожаров.
Материал предоставлен The Conversation.