Deze zomer, een viermotorig vrachtvliegtuig beladen met zowel wetenschappers als geavanceerde apparatuur zal rechtstreeks in de wazige rook van westerse bosbranden vliegen.

De vluchten zullen de grootste, meest uitgebreide poging tot nu toe om de bosbrandrook te meten en te analyseren die elk jaar enorme delen van de Verenigde Staten bedekt.

Gedurende eind juli en augustus, een multi-bureau, multidisciplinair team onder leiding van wetenschappers van de Colorado State University reizen naar Boise, Idaho, om 15 tot 20 rookwaarnemingsvluchten uit te voeren. Het project heet het Western Wildfire Experiment for Cloud Chemistry, Aerosolabsorptie en stikstof, of WE-KAN, en wordt voornamelijk ondersteund door de National Science Foundation.

"Dit is een uitdagende veldcampagne, " zei hoofdwetenschapper Emily Fischer, CSU-assistent-professor atmosferische wetenschap. "Het is niet zoals het meten van de pluim van, zeggen, een elektriciteitscentrale. We weten niet precies waar de branden zullen zijn, maar dat weten we bijna elk jaar, er brandt een bosbrand binnen een twee uur durende vlucht van Boise in de maand augustus."

Het project brengt wetenschappers van vijf universiteiten en het NSF-gefinancierde National Center for Atmospheric Research samen, met gedeeltelijke steun van de National Oceanic and Atmospheric Administration en NASA. Het doel is een alomvattende, systematisch begrip van de chemie van natuurbrandrook.

De onderzoekers beantwoorden vragen als:Waar is de rook van gemaakt? Hoe verandert het in de loop van de tijd, en als het reist? Hoe beïnvloedt het wolken? Welke invloed heeft het type en de groei van het bos op de samenstelling van de geproduceerde rook? Hoe verhoudt de rookchemie van heet brandende vuren zich tot lagere temperatuur, smeulende branden?

Het beantwoorden van deze en andere vragen heeft grote gevolgen voor downstream-onderzoeken naar luchtkwaliteit, Gezondheid, nutriëntencycli, weer en klimaat. Met de data die ze deze zomer gaan verzamelen, hopen de WE-CAN-onderzoekers op al deze gebieden bij te dragen aan de wetenschap.

"We volgen het transport en de transformatie van de pluim van gassen en aerosolen die worden uitgestoten door bosbranden om de chemische veranderingen te begrijpen die ze in de loop van de tijd ondergaan, hoe hun eigenschappen kunnen variëren, en wat hun effecten zijn op de menselijke gezondheid en het milieu, " zei Sylvia Edgerton, programmadirecteur bij de NSF-divisie Atmospheric and Geospace Sciences, die WE-CAN financiert.

Het onderzoeksteam richt zich op drie reeksen wetenschappelijke vragen met betrekking tot natuurbrandrook:het vergroten van het begrip van de hoeveelheid en soorten reactieve stikstof in rookpluimen; het kwantificeren en begrijpen van emissies en evolutie van fijnstof en optische eigenschappen van de rook; en identificeren hoe rookpluimdeeltjes het gedrag en de vorming van vloeistof- en ijswolken beïnvloeden.

De omvang en diversiteit van het team weerspiegelt de reikwijdte van de wetenschappelijke vragen die ze zullen onderzoeken. Fischer's expertise ligt op het gebied van reactieve stikstof en ozon, en haar groep zal de meting van atmosferische ammoniak leiden. Shane Murphy van de University of Wyoming zal het onderzoek naar het absorberen van aerosolen leiden. Experts van CSU, waaronder Paul DeMott en Amy Sullivan, zullen rookdeeltjes en hun effecten op wolken onderzoeken.

De WE-CAN-campagne gaat verder dan andere natuurbrandgerelateerde luchtkwaliteitsexperimenten die in het verleden zijn uitgevoerd. Fischer legt uit dat eerdere atmosferische veldcampagnes rook van bosbranden kruisten, maar zijn niet hun belangrijkste focus geweest.

"Wat we in WE-CAN doen is veel systematischer, Fischer zei. "We zullen zo dicht mogelijk bij de branden beginnen, en volg de rook gedurende 12 tot 24 uur atmosferische veroudering. Dat is wanneer veel van de chemische evolutie plaatsvindt. We hebben zeer weinig bestaande monsters van deze evolutie in de atmosfeer."

Het C-130 onderzoeksvliegtuig is eigendom van de NSF en wordt onderhouden en geëxploiteerd door het NCAR Earth Observing Laboratory. Het maakt zijn thuis in Broomfield, Colorado, op Rocky Mountain Metropolitan Airport. In de weken voorafgaand aan de Boise-vluchten, het wetenschappelijke team verzamelde zich in Colorado om het vliegtuig en de instrumentatie te testen.

Het vliegtuig zal bijna 30 wetenschappelijke instrumenten aan boord hebben, met ruimte voor 18 wetenschappers om te vliegen. Vele anderen zullen op de grond zijn, helpen bij het bewaken van branden, rook en weer om het vliegtuig naar prime-zones voor het verzamelen van gegevens te leiden. Ze zullen twee soorten vluchtpatronen uitvoeren binnen vluchten van zes uur, meerdere keren gedurende zes tot acht weken.

Nadat de veldcampagne is afgelopen, Fischer en andere medewerkers zullen begin september een twee weken durende les vliegtuigobservatie geven voor studenten van verschillende universiteiten, waaronder CSU, de Universiteit van Wyoming, North Carolina Agricultural and Technical State University, en de Universiteit van Montana. De studenten leren de ins en outs van op vliegtuigen gebaseerde atmosferische wetenschap, het nemen van hun eigen beslissingen over waar en wanneer het vliegtuig vliegt.

In de zomer van 2019, een gerelateerd experiment zal worden geleid door wetenschappers van NOAA en NASA, met enkele overlappende en complementaire wetenschappelijke doelen met WE-CAN. De campagne van 2019 aan boord van het NASA DC-8-vliegtuig zal worden gebaseerd in Idaho en Kansas, en zal nachtelijke rook proeven, evenals stedelijke rookinteracties.

Zowel WE-CAN als de NOAA-vluchten van volgend jaar zullen een aanvulling vormen op de baanbrekende rookstudies van bosbranden die zijn uitgevoerd in het Fire Influence on Regional and Global Environments Experiment. FIREX was een voornamelijk laboratorium-gebaseerd wildvuur-rookexperiment, ook geleid door NOAA, en betrokken wetenschappers van verschillende instellingen.