NASA's DC-8-vlieglaboratorium ging maandag de lucht in om een ​​twee maanden durend onderzoek te starten naar de levenscycli van rook van branden in de Verenigde Staten. Het doel is om een ​​beter inzicht te krijgen in de invloed van rook op het weer en het klimaat en om informatie te verstrekken die zal leiden tot betere voorspellingen van de luchtkwaliteit.

Een gezamenlijke campagne onder leiding van NASA en de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), Brandinvloed op regionale tot wereldwijde omgevingen en luchtkwaliteit (FIREX-AQ) richt zich op brede vragen over de chemische en fysische eigenschappen van brandrook, hoe het wordt gemeten en hoe het verandert vanaf het moment van verbranding tot zijn uiteindelijke lot honderden of duizenden mijlen benedenwinds. Dit alles heeft gevolgen voor de volksgezondheid.

"Uiteindelijk, ons doel is om complexe interacties tussen rook en atmosfeer beter te begrijpen om de modellen voor luchtkwaliteitsvoorspellingen te verbeteren, wat leidt tot een grotere nauwkeurigheid en eerdere melding, die van cruciaal belang zijn voor gemeenschappen benedenwinds van branden, " zei FIREX-AQ mede-onderzoeker Barry Lefer, programmamanager troposferische compositie op het NASA-hoofdkwartier in Washington. "Dat gemeenschappelijke doel is wat onze agentschappen enkele jaren geleden samenbracht toen we begonnen met het plannen van deze grote inspanning."

"We hebben een uitstekend team van wetenschappers samengesteld die de meest geavanceerde reeks instrumenten en modellen zullen gebruiken die ooit zijn samengesteld om de aard van vuur en rook te onderzoeken, " zei David Fahey, directeur van NOAA's Chemical Sciences Division. "Onze lange samenwerking met NASA heeft ons letterlijk rond de planeet gebracht en heeft te veel grote wetenschappelijke ontdekkingen opgeleverd om te tellen. Ik verwacht dat dit niet anders zal zijn."

De eerste fase van de campagne draait om het observeren van rook van bosbranden in het westen van de Verenigde Staten. Uitgerust met state-of-the-art remote sensing en in situ instrumenten, verschillende vliegtuigen in Boise, Idaho, zullen samenwerken om rookpluimen en hun veranderende chemie samen met weersdynamiek te proeven, het volgen van de pluimen van verbranding naar bestemmingen die vaak verschillende staten verwijderd zijn.

NASA's DC-8 vlieglaboratorium - een wetenschappelijk werkpaard voor lange afstanden - zal worden vergezeld door twee NOAA Twin Otters. NASA's ER-2-vliegtuig dat de stratosfeer bereikt, zal ook uit het Armstrong Flight Research Center in Palmdale vliegen, Californië.

Half augustus, de uitvalsbasis zal verhuizen naar Salina, Kansas, met vluchten gericht op rook van landbouwbranden in het zuidoosten van de VS. Er zijn jaarlijks honderden van deze branden en ze liggen dicht bij bevolkingscentra, maar hun kleine omvang in verhouding tot het waarnemingsvermogen van satellieten betekent dat ze vaak onopgemerkt blijven door de satellieten die de basis vormen voor veel schattingen van de hoeveelheid rookemissie. De vliegtuigwaarnemingen zijn ook van cruciaal belang voor het begrijpen van kleinschalige pluimdynamiek en hun wetenschappelijke impact.

Rookvoorspellingen zijn gebaseerd op verschillende voorspellingsmodellen die satelliet- en andere gegevens als invoer gebruiken, zoals de hoeveelheid oppervlakte die is verbrand bij landbouwbranden. NASA- en NOAA-satellieten geven informatie, zoals brandstoftype, brandintensiteit en brandwondlittekengebied, samen met wind, temperatuur en andere weersvariabelen, die worden gebruikt in modellen die de hoeveelheid rook voorspellen, richting en snelheid.

Rookchemie begint met het brandstoftype, of het nu gaat om dennenbossen, eikenbossen of salieborstel. Naast gassen zoals kooldioxide en koolmonoxide, bij verbranding komen verschillende soorten en hoeveelheden kortlevende gassen vrij die vluchtige organische stoffen (VOS) worden genoemd, die in combinatie met andere gassen en zonlicht ozon op leefniveau produceren - een gas dat schadelijk is voor mensen en schade toebrengt aan gewassen. Naast het brandstoftype, de temperatuur van de verbranding heeft ook invloed op de resulterende chemie; in het algemeen, koeler, smeulende branden produceren meer VOS, koolmonoxide en fijnstof, die allemaal schadelijk zijn voor de menselijke gezondheid. heter, vlammende branden produceren minder VOS, koolmonoxide en totale deeltjes, maar meer zwarte koolstof - een aerosolmateriaal met negatieve gevolgen voor de gezondheid en extra potentieel voor klimaatopwarming.

"Wat brandt, is belangrijk, maar hoe het brandt, is misschien nog wel belangrijker, " zei Carsten Warneke, University of Colorado en NOAA-missiewetenschapper voor FIREX-AQ. in 2016, hij en zijn collega's bij NOAA verbrandden verschillende brandstoffen bij verschillende temperaturen in het Missoula Fire Science-laboratorium om een ​​meer gedetailleerd begrip van die factoren te krijgen. "Nutsvoorzieningen, met deze campagne we nemen onze kennis van het laboratorium over om te roken van grote branden die plaatsvinden in het veld waar de atmosferische dynamiek sterk verandert in de tijd en op afstand. Vanaf hier, we kunnen doorgaan met ons werk om de modellen te verbeteren."

Het oplossen van die onzekerheden in de brandstofchemie speelt ook een rol in een ander aandachtsgebied voor de campagne:de hoogte van de pluiminjectie. Pluiminjectiehoogten zijn afhankelijk van een complexe interactie van branddynamiek met de omringende weersomstandigheden en geografie.

Koelere branden, die vaker 's nachts voorkomen, rook laag in de atmosfeer injecteren, waar het een gezondheidsrisico vormt voor gemeenschappen benedenwinds. Hetere branden zullen rook in grotere hoogten injecteren, waar het verder zijdelings kan reizen, maar meer kans heeft om uit de buurt van bevolkte gebieden te blijven.

Gezien het belang van hun gegevens voor voorspellingsmodellen, verschillende satellieten worden gebruikt om pluiminjectiehoogten op te halen. Een paar satellieten met lidar-instrumenten kunnen worden gebruikt om de injectiehoogte direct te meten, maar deze satellieten nemen de branden niet vaak waar. Infraroodinstrumenten op andere satellieten worden gebruikt om de intensiteit van de brand te meten, die op zijn beurt wordt gebruikt om de injectiehoogte en de hoeveelheid uitgestoten rook te schatten, maar wolken en ander rookgordijn belemmeren vaak de detectie.

Het vliegtuig neemt de pluiminjectiehoogten rechtstreeks waar en zal deze vergelijken met andere directe metingen zoals stralingsvermogen van vuur, rookchemie en atmosferische omstandigheden op verschillende hoogten. Dit geeft een beter begrip van de pluimhoogte als functie van chemie en andere factoren zoals het weer. "We breiden het compendium van observaties uit dat ons het vertrouwen kan geven dat, wanneer we de pluimstijging schatten omwille van de rookvoorspelling, we gaan een nauwkeuriger model maken dat zal leiden tot betere voorspellingen van de luchtkwaliteit, " zei Jim Crawford van NASA Langley, FIREX-AQ NASA-missiewetenschapper.

Verbetering van de luchtkwaliteitsprognoses op langere termijn is een belangrijk aandachtspunt van de campagne, maar FIREX-AQ zal ook de bredere effecten van rook op het weer en het klimaat aanpakken. Bijvoorbeeld, rookdeeltjes kunnen helpen bij het ontstaan ​​van wolken. Rook beïnvloedt ook hoeveel zonlichtwolken terugkaatsen in de atmosfeer. De optische eigenschappen van de rookdeeltjes - hoeveel licht rook absorbeert en verstrooit - hangt af van hun grootte en samenstelling en bepaalt hun klimaateffecten.

FIREX-AQ zal helpen een van de grootste onzekerheden over brandemissies aan te pakken, namelijk de materialen die verantwoordelijk zijn voor lichtabsorptie in rook. traditioneel, alle lichtabsorptie is toegeschreven aan zwarte koolstof. NOAA-onderzoeker Joshua Schwarz richt zich op het ondersteunen van deze aerosol-relevante aspecten van de missie.

"In recente jaren, er is erkenning geweest van niet-zwarte koolstof, lichtabsorberende aerosolsoorten zoals bruine koolstof, " zei Schwarz, die een co-mission scientist is voor FIREX-AQ. "Biomassaverbranding is een belangrijke bron van bruine koolstof, en dit is echt een opwindende kans in FIREX-AQ omdat we de instrumenten hebben die nodig zijn om de vraag te beantwoorden over bruine koolstof van vuurrook en hoe deze verandert in de atmosfeer."

De verbeteringen die FIREX-AQ aanbrengt in het begrijpen van de satellietontvangst van aërosoleigenschappen boven Noord-Amerika, zullen ook de waarde van die waarnemingen ten opzichte van andere delen van de wereld vergroten. "Als we ons begrip van brandemissies in Noord-Amerika kunnen verbeteren, we zullen helpen een grote stap voorwaarts te zetten in de netto wereldwijde klimaatimpact van de verbranding van biomassa."