8 november 2018 was een droge dag in Butte County, Californië. De staat was in het zesde achtereenvolgende jaar van droogte, en het graafschap had zeven maanden lang geen regenval gehad die meer dan een centimeter regen had geproduceerd. De droge zomer had de lentevegetatie uitgedroogd, en de sterke noordoostenwind van de herfst waaide met 35 mijl per uur en stegen, het creëren van rode vlag-omstandigheden:geplande of ongeplande branden kunnen snel uit de hand lopen.

Zowaar, net voor het aanbreken van de dag, sterke wind sloeg een verdwaalde vonk van een hoogspanningsleiding in een inferno. De kampvuur werd de meest verwoestende brand in de geschiedenis van Californië, verzengende ongeveer 240 vierkante mijl, bijna 14 vernietigen, 000 gebouwen, het veroorzaken van miljarden dollars aan schade en het doden van 88 mensen. Later op dezelfde dag, de Woolsey Fire brak uit in Los Angeles County, 150 vierkante mijl verbranden en drie doden.

Droogtes kunnen ideale omstandigheden creëren voor bosbranden. Gebrek aan regen en lage luchtvochtigheid drogen bomen en vegetatie uit, brandstof leveren. In deze omstandigheden, een vonk van de bliksem, elektrische storingen, menselijke fouten of geplande branden kunnen snel uit de hand lopen.

Wereldwijde klimaatverandering zal naar verwachting de neerslag- en verdampingspatronen over de hele wereld veranderen, wat leidt tot een natter klimaat in sommige gebieden en droger in andere. Gebieden die te maken hebben met steeds ernstigere droogtes, lopen ook het risico op meer en grotere branden. Verschillende NASA-missies verzamelen waardevolle gegevens om wetenschappers en hulpverleners te helpen droogtes en branden te monitoren. Sommige instrumenten monitoren water in en onder de grond, helpen om te beoordelen of gebieden op weg zijn naar gevaarlijke droogte. Anderen letten op hitte en rook van branden, ondersteuning van zowel onderzoek als actief herstel na rampen.

Begrijpen hoe branden zich gedragen in droge omstandigheden kan brandweerlieden helpen, eerstehulpverleners en anderen bereiden zich voor op een warmere, drogere toekomst.

Klimaatverandering:niet alleen nat

Het opwarmende klimaat van de aarde zal naar verwachting de wereldwijde neerslagpatronen extremer maken:natte gebieden zullen natter worden, en droge gebieden worden droger. Gebieden zoals het Amerikaanse zuidwesten kunnen zowel verminderde regenval als verhoogde verdamping van bodemvocht zien als gevolg van intensere hitte, en in sommige gevallen, de resulterende droogtes zouden intenser kunnen zijn dan welke droogte dan ook van het afgelopen millennium.

Ben Cook van NASA's Goddard Institute for Space Studies (GISS) in New York City doet onderzoek naar "megadroogtes" - droogtes die meer dan drie decennia aanhouden. In het verleden hebben zich megadroogtes voorgedaan, zoals de decennialange Noord-Amerikaanse droogtes tussen 1100 en 1300, en het team gebruikte jaarringrecords om deze droogtes te vergelijken met toekomstige projecties. Hij en zijn team onderzochten datasets voor bodemvocht en indices voor de ernst van de droogte van 17 verschillende toekomstige klimaatmodellen. en ze voorspelden allemaal dat als de uitstoot van broeikasgassen in het huidige tempo blijft toenemen, het risico van een megadroogte in het zuidwesten van Amerika zou tegen het einde van de eeuw 80 procent kunnen zijn. Aanvullend, deze droogtes zullen waarschijnlijk nog ernstiger zijn dan die in het afgelopen millennium.

Dergelijke ernstige droogtes zullen de hoeveelheid en de droogte van brandstof, zoals bomen en gras, zei Kok.

"Brand hangt van twee dingen af:voldoende brandstof hebben en die brandstof uitdrogen zodat het vlam kan vatten. Dus op korte termijn, meer droogte betekent waarschijnlijk meer vuur naarmate de vegetatie uitdroogt, ", zei Cook. "Als die droogte voor een lange periode aanhoudt, als een megadroogte, echter, het kan zelfs minder vuur betekenen, omdat de vegetatie niet zo krachtig terug zal groeien, en u kunt geen brandstof meer hebben om te verbranden. Het is zeker ingewikkeld."

Huidige en toekomstige NASA-metingen van bodemvocht en neerslag zullen helpen om de voorspellingen van klimaatmodellen te evalueren, waardoor ze nog nauwkeuriger en nuttiger zijn voor het begrijpen van het veranderende klimaat op aarde.

Cook en zijn AIVD-collega Kate Marvel waren de eersten die het bewijs leverden dat de door de mens veroorzaakte uitstoot van broeikasgassen al in het begin van de twintigste eeuw de waargenomen droogtepatronen beïnvloedde. Door aan te tonen dat menselijke activiteiten de droogte in het verleden al hebben beïnvloed, hun onderzoek levert bewijs dat klimaatverandering door de uitstoot van door de mens veroorzaakte broeikasgassen in de toekomst waarschijnlijk van invloed zal zijn op droogte.

Het vuur voor blijven

Als de toekomst megadroogtes inhoudt voor het zuidwesten van de Verenigde Staten, wat kan dit betekenen voor zijn brandseizoenen?

"Zodra we de klimatologie veranderen en steeds drogere brandstoffen krijgen, we zouden meer intense branden en hogere brandernst moeten verwachten, " zei Adam Kochanski, een atmosferische wetenschapper aan de Universiteit van Utah, verwijzend naar de omvang en de impact van de branden. Als brandstoffen vochtig zijn, de kans is groter dat het vuur dicht bij de grond blijft en minder destructief is, hij zei. Door droge bomen en planten is de kans groter dat vlammen het bladerdak bereiken, waardoor het vuur destructiever en moeilijker te beheersen is.

Kochanski en Jan Mandel van de University of Colorado Denver gebruikten gegevens van NASA en andere bronnen om de interacties tussen bosbranden, bodemvocht en lokaal weer. Ze bouwden voort op eerder werk van het National Center for Atmospheric Research (NCAR) en anderen om de SFIRE-module te ontwikkelen voor het veelgebruikte Weather Research and Forecasting-model (WRF).

Deze module maakt gebruik van gegevens van NASA's Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) aan boord van de Aqua- en Terra-satellieten, en de Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) aan boord van het Suomi National Polar-Orbiting Partnership (Suomi NPP) ruimtevaartuig.

Het weer beïnvloedt branden, maar branden beïnvloeden ook het lokale weer door warmte te produceren, waterdamp en rook, zei Kochanski. De wind van grote branden kan lokale weerpatronen veranderen, en in extreme omstandigheden, vuurstormen en vuurtornado's genereren.

"Het is niet ongebruikelijk dat mensen die betrokken zijn bij bosbranden melden dat, hoewel de wind niet erg sterk is, de branden verspreiden zich zeer snel, " zei Kochanski. "Als het niet zo winderig is, maar je vuur is intens en geeft veel warmte af, het heeft het potentieel om zijn eigen wind te genereren. Zelfs als de omgevingswind zwak is, dit vuur zal gaan bewegen alsof het echt winderig is."

Een betere modellering van deze interacties helpt brandweerlieden niet alleen om beter te voorspellen waar en hoe een natuurbrand zich zou kunnen verspreiden, maar helpt bosbeheerders ook om te weten of een geplande verbranding veilig is.

Een verhaal van vuur en sneeuw

De effecten van branden houden aan lang nadat ze gedoofd zijn, en de beschikbaarheid of het gebrek aan zoet water speelt een belangrijke rol bij de hergroei en het herstel van vegetatie. Droge omstandigheden kunnen voorkomen dat nieuwe zaden ontkiemen in de verbrande gebieden. Vegetatieverlies kan leiden tot erosie en sedimentblokkering van waterwegen, en brandbestrijdingschemicaliën kunnen waterbronnen verontreinigen.

Bosbranden kunnen ook gevolgen hebben voor toekomstige sneeuwlagen in de winter, zei Kelly Gleason, een sneeuwhydroloog en assistent-professor aan de Portland State University. "Snowpack" verwijst naar de sneeuw die zich gedurende een hele winter ophoopt, in plaats van een enkele sneeuwval.

Hier ook, NASA-gegevens zijn de sleutel tot het begrijpen van de betrokken processen. Gleason en haar team gebruikten 16 jaar gegevens van NASA's MODIS-instrument om de effecten van bosbranden op het smelten van sneeuw in bossen in het Amerikaanse Westen te onderzoeken. Ze ontdekten dat roet en puin van brand sneeuw tot 15 jaar na een brand donkerder en minder reflecterend maken.

"Het is alsof je een zwart T-shirt draagt ​​op een zonnige dag, " Zei Gleason. "Het bereidt het snowpack voor om meer zonlichtenergie te absorberen. En er is sowieso meer energie, omdat het bladerdak was verbrand, zodat er meer zon doorkomt."

Hun onderzoek van ongeveer 850 branden tussen 2000 en 2016 toonde aan dat sneeuw in verbrande bossen smolt, gemiddeld, vijf dagen eerder dan sneeuw in onverbrande bossen. In sommige gebieden smolt de sneeuw weken of maanden eerder dan normaal, zei Gleason.

"Elk jaar ervaren we eerdere sneeuwsmelt, er zijn sterke relaties met grote, heet, langdurige branden de volgende zomer, "zei ze. "Het creëert deze vicieuze cirkel waarbij sneeuw eerder smelt als gevolg van klimaatverandering, die de zomerdroogteperiode verlengt waarin de grond uitdroogt, en als de brandstoffen opdrogen, je krijgt deze grote branden. Dit versnelt verder het smelten van sneeuw, verdere verlenging van de zomerdroogteperiode en het brandpotentieel."

Modelleren van een veiligere toekomst

Het vuur-atmosfeermodel van Mandel en Kochanski is al operationeel in Israël en Griekenland. Hoewel de software computerexpertise vereist om te gebruiken, het is gratis beschikbaar, consistent met de missie van NASA om zijn gegevens en andere producten vrijelijk aan het publiek te verstrekken.

Branko Kosovo?, programmamanager voor Renewable Energy voor het Research Applications Laboratory en directeur van het Weather Systems and Assessment Program bij NCAR, gebruikte WRF ook om het brandvoorspellingssysteem te ontwikkelen voor de afdeling Brandpreventie en -bestrijding van de staat Colorado. Dit model maakt gebruik van een verwante module genaamd FIRE en produceert een vuur, weer- en rookvoorspelling nuttig voor zowel natuurbranden als geplande branden.

Kosovo? gebruikt ook het WRF-systeem voor zijn onderzoek, die NASA remote sensing-gegevens en machine learning gebruikt om dagelijks het brandstofvocht in de aangrenzende Verenigde Staten te schatten.

"Het meten van de vochtigheid van levende brandstof moet [momenteel] handmatig gebeuren, "Kosovi? zei. "Mensen moeten uitgaan, neem de levende brandstof, en in wezen uitharden in ovens om te zien hoeveel vocht er is. Het is erg arbeidsintensief. En dat kun je je voorstellen, daarom, de gegevens zijn schaars, zowel in ruimte als in frequentie en tijd."

Kosovo?, Mandel en Kochanski hopen systemen te bouwen die bosbeheerders betere informatie geven om gecontroleerde branden te plannen en de toewijzing van middelen tijdens bosbranden te verbeteren, wat leidt tot een betere risicobeoordeling en herstel.

NASA-wetenschappers houden zowel zoet water als branden constant in de gaten, vanuit de ruimte, de lucht en de grond, het verzamelen van korte- en langetermijngegevens naarmate het klimaat op aarde blijft veranderen. Programma's zoals het NASA Earth Science Disasters Program gebruiken satellietgegevens om actieve branden te volgen, hun effecten op de luchtkwaliteit te monitoren en onderzoek uit te voeren dat gemeenschappen helpt beter voorbereid te zijn op rampen. En kijkend naar de toekomst, modellering speelt een sleutelrol bij de voorbereiding op veranderende droogte- en brandseizoenen over de hele wereld.