Indices van bosbranden en klimaatmodellen met hoge resolutie vormen samen een gedetailleerde historische analyse van natuurbranden in de VS en suggereren het potentieel voor meer ernstige en frequente branden in de tweede helft van de eeuw.

De lijst is lang, enkele van de bekende namen:Zonnebloem, Paradijs, Wildwater-Baldy, Appel, Pijnboombeek. Namen die beelden oproepen van pastorale verademingen weg van de drukke wereld.

Nu zijn die namen synoniem met bosbranden.

Het aantal en de ernst van bosbranden halen de krantenkoppen over de hele wereld, van het westen van de Verenigde Staten tot Brazilië, van Siberië tot Australië. Bosbranden verwoesten het milieu, het decimeren van enorme stukken land en populaties wilde dieren - naar schatting bijvoorbeeld, dat een half miljard dieren omkwamen in de megabranden die onlangs Australië overspoelden. Naast hun impact op de natuur, bosbranden hebben ook een negatieve invloed op de luchtkwaliteit, infrastructuur, huizen en mensenlevens.

Door gegevens van gevestigde brandindexen en historische klimaatrecords te combineren, wetenschappers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) brengen een voorspelling in kaart voor bosbranden in de aangrenzende Verenigde Staten en Alaska die de rest van de eeuw beslaan. Ze passen die voorspelling ook toe om te voorspellen hoe bosbranden essentiële infrastructuur kunnen aantasten, met name het elektriciteitsnet van het land.

Hun locatie begrijpen, frequentie en ernst kunnen infrastructuurbeheerders helpen, instanties voor landbeheer en lokale overheden ontwikkelen plannen om de verwoesting die door toekomstige bosbranden wordt aangericht, te verzachten.

De vlammen van belang aanwakkeren

In 2007, Yan Feng was een postdoctoraal onderzoeker aan de Universiteit van Californië in San Diego, toen ze getuige was van haar eerste bosbrand, een gebeurtenis die ernstig genoeg is om de school enkele dagen te sluiten.

"Mensen droegen maskers omdat de luchtkwaliteit zo slecht was, overal zag je de as drijven, " herinnerde Feng zich, nu een van de belangrijkste atmosferische en klimaatwetenschappers in de afdeling Environmental Sciences (EVS) van Argonne. "Maar het was zo'n indrukwekkende gebeurtenis dat ik geïnteresseerd raakte in bosbranden."

Ze kwam in 2010 bij het lab die interesse een paar jaar buitenspel gezet totdat een onderzoeksinstituut de expertise en supercomputermiddelen van Argonne zocht om een ​​klimaatmodel met hoge resolutie en een brandgevaarkaart van het westen van de Verenigde Staten te ontwikkelen.

Feng's werk aan dat project wekte haar interesse in bosbranden weer op, en ze begon financieringsvoorstellen te schrijven om het onderzoek naar het onderwerp voort te zetten. Al snel zou ze ontdekken dat anderen in Argonne deelden aan haar bezigheden.

Een van hen was Mark Petri, directeur van het elektriciteitsnetprogramma van Argonne, wiens werk de analyse van de veerkracht van kritieke infrastructuur omvat. Een van de manieren om die veerkracht te testen, is door externe gevaren te identificeren en te begrijpen, zoals extreem weer, die het net en andere essentiële infrastructuur kunnen aantasten.

Zoals het blijkt, Argonne had al een vrij omvangrijke kennisbank opgebouwd over die gevaren, bewaar er een in het bijzonder.

"We doen het goed met orkanen en ijsstormen, derechos en nor'easters, " zei Petri, "maar het enige gebied waarin we leken te ontbreken, waren bosbranden."

En wat ze wilden, specifieker, waren gegevens die gericht waren op hoe veranderingen in het klimaat van invloed zijn op bosbranden.

Voer Feng weer in.

Werken via Argonne Laboratory Directed Research and Development (LDRD) financiering verzameld door Petri, zij en collega's Jiali Wang en Emily Brown publiceerden een artikel in het tijdschrift Brieven voor milieuonderzoek dat onderzoekt natuurbrandtrends in de afgelopen 30 jaar. Met behulp van de bekende Keetch-Byram Drought Index (KBDI) en klimaatwaarnemingen met uitzonderlijk hoge resolutie van locaties in het hele land, ze illustreerden hoe die trends toekomstige gebeurtenissen zouden kunnen beïnvloeden.

De KBDI meet de hoeveelheid vocht die beschikbaar is voor de lokale vegetatie in de bovenste bodemlagen en de ontbindende organische materiaalmatrix, of diepe duff, die boven die lagen rust. Een indexpunt van nul suggereert dat de grond goed verzadigd is; bij 800, droogte heerst.

Terwijl anderen eerder historische natuurbrandtrendanalyses hebben uitgevoerd met behulp van de KBDI, de onderzoekers van Argonne waren de eersten die er een verkregen met een ongekende resolutie en over zo'n groot gebied en tijdsperiode.

Als je denkt aan een raster, de meeste rasterpunten die in huidige studies worden gebruikt, zijn goed voor een gebied, of ruimtelijke resolutie, in het bereik van 10 tot 50 km. Het team van Feng gebruikte waarnemingen die betrekking hadden op gebieden van slechts 4 km boven de aangrenzende Verenigde Staten, voor de periode 1982 tot 2017.

Maar omdat de KBDI en andere brandindexen vooral dienen als voorspellende indicatoren voor natuurbranden, ze moesten een manier vinden om de index te relateren aan echte branden, wat ze deden door historische gegevens te vinden voor branden die zich in die periode hebben voorgedaan.

"Dus, we deden deze correlatieanalyse en vonden significante correlaties tussen de brandindex en het waargenomen brandende gebied van bosbranden in de afgelopen 36 jaar, " zei Feng. "Dat gaf ons vertrouwen voor het gebruik van deze voorspellende index voor toekomstige schattingen."

De index werd vervolgens toegepast op regionale klimaatmodellen geproduceerd door Jiali Wang en collega Rao Kotamarthi van Environmental Sciences met behulp van een Weather Research and Forecast (WRF) -model op een rasterafstand van 12 km. Door een business-as-usual benadering te hanteren die rekening houdt met onzekerheden uit verschillende invoergegevensbronnen, ze waren in staat om de frequentie en ernst van toekomstige bosbranden te voorspellen vanaf het midden tot het einde van de 21e eeuw in zowel de aangrenzende Verenigde Staten als Alaska.

Het is ingewikkelder

In vergelijking met andere door het klimaat veroorzaakte fenomenen, zoals intensere orkanen of frequentere en extremere stormen, bosbranden zijn ingewikkelder.

Naast de regionale weersomstandigheden, onderzoekers moeten rekening houden met andere belangrijke omgevingsfactoren die een brand kunnen bevorderen en verspreiden. Er is topografie - in feite, de ligging van het land - en landbeheer; een helling die op de wind gericht is, zorgt ervoor dat een brand zich sneller verspreidt, en een oppervlak beladen met droog hout, bladeren en struiken voegen letterlijk brandstof toe aan het vuur.

Verschillende indices houden rekening met slechts enkele van deze variabelen, en elk heeft zijn voor- en nadelen, merkte Wang op, een Argonne atmosferische en aardwetenschapper en co-auteur van het papier. de KBDI, bijvoorbeeld, richt zich op temperatuur en neerslag, maar houdt geen rekening met wind die, zoals we hebben gezien, is cruciaal voor branduitbreiding.

"We zijn begonnen met een vrij eenvoudige brandindex die je het risico geeft, maar kan de brand niet zo nauwkeurig voorspellen als de weersvoorspelling, Wang zei. "Het is best goed in regio's met een rijke brandstof, maar voor gebieden die dat niet hebben, we moeten naar andere indices kijken met minder beperkingen en mogelijk betere voorspellende mogelijkheden."

Ondanks deze beperkingen, het team was in staat om zijn historische gegevens te gebruiken als een solide basis voor het voorspellen van het natuurbrandpotentieel in de tweede helft van deze eeuw. De vooruitzichten zijn zorgwekkend, op zijn zachtst gezegd, voornamelijk gedreven door stijgende temperaturen.

Nu al, extreme temperaturen, harde wind en droogte in het westen geven een grimmig beeld van wat komen gaat. Sinds eind september is bosbranden hadden een enorme strook van vernietiging veroorzaakt van Zuid-Californië naar het noorden via Oregon en Washington, alleen al in Californië een record van 4 miljoen hectare verbranden.

"Op basis van onze en andere studies, er is een toename van de frequentie en ernst van de branden die zich nu voordoen in vergelijking met twee of drie decennia geleden, ' zei Feng.

En volgens het onderzoek dingen zullen alleen maar erger worden.

"We hebben de WRF-modellen vele malen gebruikt, en alle outputs projecteren talrijker, frequentere en extremere brandgebeurtenissen, vooral in het westen, waar al veel branden zijn, " voegde Wang eraan toe. Hetzelfde geldt voor het zuiden en zuidoosten, al gevoelig voor schade door orkanen en andere extreme gevaren.

Ze ontdekten ook dat het potentieel voor extreme branden zich kon uitstrekken tot delen van het land waar bosbranden in het verleden weinig risico vormden, zoals het middenwesten, het noordoosten en Alaska.

Hoewel ze in dergelijke onderzoeken doorgaans worden genegeerd vanwege een gebrek aan observatiegegevens en de computationele vereisten om deze aan simulaties toe te voegen, Alaska werd opgenomen in de krant van het team, waarin ze schreven dat de staat "twee keer zo snel is opgewarmd als de rest van de natie, en ervaart permafrost temperatuurstijging, wat kan leiden tot meer bosbranden."

De resulterende gegevens zullen door het Argonne-team worden gebruikt om een ​​brandrisico-indicator in hun infrastructuurrisicobeoordelingsmodel in te bouwen. een die die andere al aanspreekt, meer algemeen bestudeerde extreme gevaren.

Het model dient als een soort gevarenroutekaart, nutsbedrijven en andere infrastructuurbeheerders voorzien van langetermijnvoorspellingen voor gevaren, of het nu een bosbrand of een orkaan is. Het kennen van de mogelijke timing en ernst van een van deze kan hen helpen een beter beheerplan te ontwikkelen voor de beveiliging van essentiële infrastructuur, met name het elektriciteitsnet van het land.

Dit kan een beter landbeheer betekenen, zoals het kappen van bomen en struiken rond nutsvoorzieningen, of het verplaatsen van hoogspanningslijnen waar mogelijk. Er wordt gewerkt aan het ontwikkelen van slimmere strategieën voor het uitschakelen van de stroom wanneer systemen het risico lopen oververhit te raken, het vermijden van storingen zoals die waarvoor een van de grootste nutsbedrijven van Californië werd bekritiseerd tijdens bosbranden die Noord-Californië overspoelden, vorig jaar.

"Het werk dat het Argonne-team heeft voortgebracht, zal helpen bij het versterken van de risicobestendigheidsmodellen die we ontwikkelen om doordachte strategieën te bieden voor de veiligheid van de bevolking van het land, grond en infrastructuur, " zei Petri. "Het zal ook een aanwinst zijn voor anderen die werken aan strategieën voor het verminderen van natuurbranden in het hele laboratorium."

Dit onderzoek is online gepubliceerd als "U.S. wildfire potential:a historic view and future projection using high resolution climate data" in Brieven voor milieuonderzoek , 22 juli 2020.