"Heet en droog" zijn de sleutelwoorden voor grote branden. In slechts enkele seconden, een vonk in hete en droge omstandigheden kan een inferno veroorzaken dat dikke, uitgedroogde vegetatie en bijna al het andere op zijn pad. Terwijl elk vuur een vonk nodig heeft om te ontsteken en brandstof om te branden, hete en droge omstandigheden in de atmosfeer spelen een belangrijke rol bij het bepalen van de kans op het ontstaan ​​van brand, de intensiteit en de snelheid waarmee het zich verspreidt. In de afgelopen decennia is nu de wereld steeds warmer is geworden, dus heeft zijn potentieel om te verbranden.

Sinds 1880, de wereld is 1,9 graden Fahrenheit opgewarmd, met de vijf warmste jaren ooit gemeten in de afgelopen vijf jaar. Sinds de jaren tachtig, het bosbrandseizoen is langer geworden over een kwart van het begroeide oppervlak van de wereld, en in sommige plaatsen, zoals Californië, brand is bijna het hele jaar door een risico geworden. 2018 was het ergste natuurbrandseizoen in Californië ooit, op de hielen van een verwoestend brandseizoen 2017. in 2019, bosbranden hebben al 2,5 miljoen hectare in Alaska verbrand in een extreem vuurseizoen dat wordt veroorzaakt door hoge temperaturen, die ook hebben geleid tot enorme branden in Siberië.

Of het nu natuurlijk of door mensen is begonnen, branden wereldwijd en de resulterende rookemissies en verbrande gebieden worden al twintig jaar door NASA-satellieten vanuit de ruimte waargenomen. Gecombineerd met gegevens verzameld en geanalyseerd door wetenschappers en bosbeheerders ter plaatse, onderzoekers van NASA, andere Amerikaanse instanties en universiteiten beginnen de wisselwerking tussen branden, klimaat en mensen.

"Ons vermogen om branden de afgelopen 20 jaar op een gecoördineerde manier te volgen met satellietgegevens, heeft grootschalige trends vastgelegd, zoals verhoogde brandactiviteit, consistent met een opwarmend klimaat in plaatsen zoals het westen van de V.S., Canada en andere delen van de bossen op het noordelijk halfrond waar brandstoffen in overvloed aanwezig zijn, " zei Doug Morton, hoofd van het Biospheric Sciences Laboratory van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Waar een opwarmend en drogend klimaat het risico op brand heeft vergroot, we hebben een toename van de verbranding gezien."

een heter, Droger Wereld

Hoge temperaturen en lage luchtvochtigheid zijn twee essentiële factoren achter de toename van brandrisico en activiteit, invloed op het brandgedrag van de ontsteking tot de verspreiding ervan. Nog voordat er brand uitbreekt, zetten ze het toneel op, zei Jim Randerson, een aardsysteemwetenschapper aan de Universiteit van Californië, Irvine die branden zowel in het veld als met satellietgegevens bestudeert.

Hij en zijn collega's bestudeerden de overvloed aan blikseminslagen in het 2015-brandseizoen in Alaska, waarbij een record van 5,1 miljoen hectare werd verbrand. Blikseminslagen zijn de belangrijkste natuurlijke oorzaak van branden. De onderzoekers ontdekten dat er een ongewoon hoog aantal blikseminslagen plaatsvond, gegenereerd door de warmere temperaturen die ervoor zorgen dat de atmosfeer meer convectieve systemen creëert - onweersbuien - die uiteindelijk hebben bijgedragen aan meer verbrand gebied dat jaar.

Hetere en drogere omstandigheden vormen ook het toneel voor door mensen ontstoken branden. "In het westen van de VS, mensen steken de hele tijd per ongeluk vuur aan, "Zei Randerson. "Maar als we een periode van extreem weer hebben, hoge temperaturen, lage luchtvochtigheid, dan is het waarschijnlijker dat typische buitenactiviteiten kunnen leiden tot een accidentele brand die snel uit de hand loopt en een grote natuurbrand wordt."

Bijvoorbeeld, in 2018 waren vonken die vlogen van het hameren van een betonnen paal in de grond in 100 graden Fahrenheit hitte en vonken van de velg van een autoband die over het asfalt schraapt nadat een lekke band de oorzaak was van de verwoestende verwoestende Ranch en Carr Fires in Californië, respectievelijk. Deze vonken ontstaken snel de vegetatie die was uitgedroogd en extreem ontvlambaar was gemaakt door dezelfde extreme hitte en lage luchtvochtigheid, waarvan onderzoek ook aantoont dat het kan bijdragen aan de snelle en oncontroleerbare verspreiding van een brand, zei Randerson. Dezelfde omstandigheden maken het waarschijnlijker dat landbouwbranden uit de hand lopen.

Een opwarmende wereld heeft ook nog een ander gevolg dat kan bijdragen aan brandomstandigheden die meerdere dagen aanhouden waar ze anders misschien niet waren in het verleden:hogere nachttemperaturen.

"Door de warmere nachttemperaturen kunnen vuren de hele nacht doorbranden en intenser branden, en waardoor branden zich over meerdere dagen kunnen verspreiden waar voorheen, koelere nachttemperaturen zouden het vuur al na één dag kunnen hebben verzwakt of gedoofd, ' zei Morton.

Klimaatsystemen aan het werk

Hete en droge omstandigheden die aan branden voorafgaan, kunnen worden getemperd door regen en vocht dat in de atmosfeer circuleert. Op tijdschalen van maanden tot jaren, bredere klimaatpatronen verplaatsen vocht en warmte over de planeet. Door deze systemen te monitoren met satellietwaarnemingen kunnen onderzoekers beginnen met het ontwikkelen van computermodellen om te voorspellen of een aankomend brandseizoen in een bepaalde regio licht zal zijn, gemiddeld of extreem. De belangrijkste van deze indicatoren zijn de zeeoppervlaktetemperaturen in de Stille Oceaan die de El Niño Southern Oscillation (ENSO) beheersen.

"ENSO is een belangrijke aanjager van brandactiviteit op meerdere continenten, "Randerson zei, die samen met Morton en andere onderzoekers de relatie tussen El Niño-gebeurtenissen en brandseizoenen in Zuid-Amerika hebben bestudeerd, Centraal Amerika, delen van Noord-Amerika, Indonesië, Zuidoost-Azië en equatoriaal Azië. "De neerslag zowel voor het vuurseizoen als tijdens het vuurseizoen kan worden voorspeld met behulp van zeeoppervlaktetemperaturen die worden gemeten door NASA- en NOAA-satellieten."

Een lopend project, zei Randerson, is om dat voorspellingsvermogen nu wereldwijd uit te breiden naar regio's die worden beïnvloed door andere temperatuurveranderingen en indicatoren van het oceaanklimaat.

De menselijke factor

Bij het bestuderen van de langetermijntrends van branden, menselijk landbeheer is net zo belangrijk om te overwegen als elke andere factor. wereldwijd, ergens op aarde staat altijd in brand - en de meeste van die branden worden gesticht door mensen, ofwel per ongeluk in de wildernis, of met opzet, bijvoorbeeld, om land vrij te maken of landbouwgronden te verbranden na de oogst om gewasresten te verwijderen.

Maar niet alle branden gedragen zich op dezelfde manier. Hun gedrag hangt af van het brandstoftype en de manier waarop mensen het landschap veranderen. Terwijl de brandactiviteit erger is geworden in bossen op de noordelijke breedtegraad, onderzoek uitgevoerd door Randerson en Morton heeft aangetoond dat ondanks klimaatomstandigheden die branden bevorderen, het aantal branden in grasland- en savanne-ecosystemen wereldwijd neemt af, bijdragen aan een algehele afname van het wereldwijde verbrande gebied. De achteruitgang is te wijten aan een toegenomen menselijke aanwezigheid, waardoor nieuwe akkers en wegen ontstaan ​​die als brandonderbrekingen dienen en de lokale bevolking motiveren om deze kleinere branden te bestrijden, zei Morton.

"Mens en klimaat samen zijn echt de dubbele factoren die de branden over de hele wereld vormgeven. Het is niet het een of het ander, ' zei Randerson.

Feedback bij brand

Branden hebben in ruil daarvoor gevolgen voor mens en klimaat. Voor mensen, verder dan het onmiddellijke verlies van mensenlevens en eigendommen, rook is een ernstig gevaar voor de gezondheid wanneer kleine roetdeeltjes in de longen komen, Langdurige blootstelling is in verband gebracht met hogere percentages ademhalings- en hartproblemen. Rookpluimen kunnen duizenden kilometers afleggen en beïnvloeden de luchtkwaliteit voor mensen ver beneden de wind van de oorspronkelijke brand. Branden vormen ook een bedreiging voor de lokale waterkwaliteit, en het verlies van vegetatie kan daarna leiden tot erosie en modderstromen, die bijzonder slecht zijn geweest in Californië, zei Randerson.

Voor het klimaat, branden kunnen direct en indirect de CO2-uitstoot naar de atmosfeer verhogen. Terwijl ze branden, bij branden komt koolstof vrij die is opgeslagen in bomen of in de bodem. In sommige plaatsen, zoals Californië of Alaska, er kan extra koolstof vrijkomen als de dode bomen ontbinden, een proces dat tientallen jaren kan duren omdat dode bomen als spoken in het bos zullen staan, langzaam vergaan, zei Morton. Naast het vrijkomen van koolstof als ze ontleden, de dode bomen fungeren niet langer als een koolstofput door koolstofdioxide uit de atmosfeer te trekken. In sommige gebieden, zoals Indonesië, Randerson en zijn collega's hebben ontdekt dat de koolstofemissieleeftijd van veenbranden ongeveer 800 jaar is, die vervolgens wordt toegevoegd aan de broeikasgassen in die atmosfeer die de opwarming van de aarde veroorzaken. In arctische en boreale bosecosystemen, branden verbranden organische koolstof opgeslagen in de bodem en versnellen het smelten van permafrost, waarbij methaan vrijkomt, een ander broeikasgas, wanneer ontdooid.

Een ander gebied van actief onderzoek is het gemengde effect van fijnstof, of spuitbussen, in de atmosfeer in regionale klimaten als gevolg van branden, zei Randerson. Spuitbussen kunnen zo donker zijn als roet, vaak zwarte koolstof genoemd, het absorberen van warmte van zonlicht terwijl je in de lucht bent, en bij het landen en verduisteren van sneeuw op de grond, het versnellen van het smelten, die zowel de lokale temperaturen beïnvloedt - ze verhogen omdat sneeuw het zonlicht wegkaatst - als de waterkringloop. Maar andere aerosoldeeltjes kunnen lichtgekleurd zijn, zonlicht reflecteren en mogelijk een verkoelend effect hebben terwijl ze in de atmosfeer blijven. Of het nu donker of licht is, volgens Randerson, aërosolen van branden kunnen ook een effect hebben op wolken die het moeilijker maken voor waterdruppels om zich in de tropen te vormen, en zo de regenval te verminderen - en de droging te vergroten.

Alle soorten vuren hervormen het landschap en de atmosfeer op een manier die tientallen jaren kan resoneren. Om zowel hun onmiddellijke als langetermijneffecten te begrijpen, zijn wereldwijde datasets op de lange termijn nodig die branden volgen vanaf hun detectie tot het in kaart brengen van de schaal van hun verbrande gebied, tot het opsporen van rook door de atmosfeer en het monitoren van veranderingen in regenpatronen.

"Als het klimaat warmer wordt, we hebben een toenemende frequentie van extreme gebeurtenissen. Het is van cruciaal belang om extreme branden te monitoren en te begrijpen met behulp van satellietgegevens, zodat we de tools hebben om ze met succes te beheersen in een warmere wereld, ' zei Randerson.