Rook van een zomerse bosbrand is meer dan alleen een in het oog springende pluim van overlast. Het is een gif voor de longen en harten van de mensen die het inademen en een dichte deken die de brandbestrijding bemoeilijkt.

Er is een atmosferische feedbackloop, zegt atmosferische wetenschapper Adam Kochanski van de Universiteit van Utah, die rook in valleien kan opsluiten op vrijwel dezelfde manier als temperatuurinversies de smog en smurrie in de Salt Lake Valley elke winter opsluiten. Maar deze lus begrijpen, Kochanski zegt, kan wetenschappers helpen voorspellen hoe rook de luchtkwaliteit in valleien zal beïnvloeden, hopelijk helpen we zowel bewoners als brandweerlieden.

De studie van Kochanski en collega's verschijnt in de Journal of Geophysical Research-atmospheres . Het werk werd gefinancierd door subsidies van het Amerikaanse ministerie van landbouw en van NASA.

Rookgordijn

in 2015, Brandweerlieden die de bosbranden in Noord-Californië bestreden, merkten dat de rook die zich ophoopte in de valleien niet wegebde. De rook werd zo erg dat de luchtsteun vluchten moest annuleren, de bluswerkzaamheden vertragen. "Dat riep de vraag op, "Kochanski zegt, "Waarom is dat? Waarom ineens, is de rook zo hardnekkig en wat houdt deze zeer dikke rooklaag zo lang in die valleien?"

Kochanski en zijn collega's, waaronder onderzoekers van het Desert Research Institute, Universiteit van Colorado, Boulder en Harvard &Smithsonian Center for Astrophysics wilden die vragen beantwoorden. Hun eerste aanwijzing kwam van temperatuurmetingen zowel onder als boven de rooklaag. De lucht, ze vonden, boven de rook warmer was dan beneden.

Inwoners van de Salt Lake Valley en andere komvormige valleien zullen het patroon van warmere lucht boven koudere valleilucht herkennen als een inversie - een omkering van de normale afkoeling van lucht met hoogte. De atmosferische chemie van de winterinversies van Salt Lake is een beetje anders dan die van een vuurinversie, maar de fysica is hetzelfde:warme lucht stijgt op, koude lucht zakt en de inversie legt een warm deksel over een vallei, alle lucht in het dal opsluiten.

Het belangrijkste verschil is dat bij de rookinversies de rooklaag de inversie nog sterker maakt.

De feedbacklus

Kochanski en zijn collega's hebben de dynamiek van lucht en rook in valleien gemodelleerd en een feedbacklus gevonden die de atmosferische inversieomstandigheden versterkt.

"Een sleutel tot deze situatie is het moment waarop de rook in de atmosfeer verschijnt en het net genoeg doet om binnenkomende zonnestraling te blokkeren, " zegt Kochanski. Met de energie van de zon geblokkeerd, de lucht aan de grond begint af te koelen. "De nabije oppervlaktekoeling beperkt het mengen, versterkt lokale inversies en leidt tot nog hogere rookconcentraties, die op hun beurt meer zonnestraling blokkeren en rook nog hardnekkiger maken."

De koeling verzwakt ook de wind in de met rook gevulde vallei en stabiliseert de atmosfeer, verhinderen dat de wind doorbreekt en de stilstaande lucht opruimt.

Kochanski zegt dat er drie manieren zijn om uit een brandinversie te komen. Een daarvan is het neerslaan van rook zodra het vuur is gedoofd, waardoor meer licht en warmte de grond kunnen bereiken. Een andere is een voldoende grote wind die de luchtlagen kan doordrukken en mengen. Een derde is neerslag, omdat vallende regen de lucht kan reinigen van aerosolen.

"Als het gewoon doorgaat en je hebt elke dag mooi zonnig weer zonder wind of neerslag, goed, deze positieve feedbacklus leidt tot meer rook in de valleien dan alleen op basis van het brandgedrag zou worden verwacht, ' zegt Kochanski.

Een nieuw soort voorspelling

Door de voorwaarden te begrijpen die de feedbacklus creëren, kunnen onderzoekers voorspellen hoe en wanneer deze zich kan vormen of verdwijnen. Inversies van brand zullen nog steeds een probleem blijven voor brandweerlieden, maar Kochanski zegt dat onderzoekers nu in staat zullen zijn om nauwkeuriger rookvoorspellingen samen te stellen.

"We kunnen beter vertellen waar, hoe dicht en hoe hardnekkig de rook zal zijn, "zegt hij. "Dat was iets dat voorheen niet beschikbaar was." Weermodellen zullen ook in staat zijn om de luchtkwaliteitseffecten van rook te voorspellen op manieren die voorheen niet mogelijk waren, hij voegt toe.

De resultaten van dit onderzoek worden nu al geïntegreerd in het Nationaal Predictive Services Programma. "Als ik het over applicaties heb, " zegt Kochanski. "Het is nog geen 10 jaar vanaf nu. Het is iets waar we de komende maanden aan gaan werken."