Tijdens de rokerige zomer van 2018, twee bosbranden in Utah County verbrandden samen 121, 000 hectare, waardoor rook de valleien van het Wasatch-front instroomde. Atmosferische wetenschappers zijn altijd bezig om beter te voorspellen hoe rook zich verplaatst van branden, net zoals ze orkanen en sneeuwstormen voorspellen.

Maar de branden in 2018 boden wetenschappers een unieke kans. Aan de overkant van het Wasatch-front, zowel onderzoekers als leden van de gemeenschap hebben voldoende sensoren voor luchtkwaliteit om een ​​beeld met hoge resolutie te geven van hoe de rook zich door de vallei bewoog - perfect voor het testen en verfijnen van rookvoorspellingsmodellen.

"Deze voorspelling zou vergelijkbaar zijn met hoe we regenachtig weer of heldere omstandigheden zouden voorspellen, " zegt Derek Mallia, wetenschappelijk assistent-professor bij de afdeling Atmosferische Wetenschappen, 'behalve dat we het nu kunnen doen voor rook.'

Mallia en zijn collega's, waaronder onderzoekers van het Department of Chemical Engineering en School of Computing, publiceerden hun resultaten in de Journal of Geophysical Research-atmosfeer.

Een luchtkwaliteitsnetwerk

Luchtkwaliteit is een onderwerp met hoge prioriteit voor Utahns. Vanwege de bergachtige geografie van de Salt Lake Valley, het gebied ervaart temperatuurinversies in de winter die luchtvervuiling en emissies vasthouden, vaak resulterend in ongezonde luchtomstandigheden. onderzoekers, vooral die aan de U, hebben zich gericht op het begrijpen en meten van de luchtcondities in de vallei via een netwerk van sensoren van onderzoekskwaliteit. Ze hebben ook sensoren geplaatst op voertuigen die door de vallei rijden:TRAX lightrail, Google StreetView-auto's en een busje dat liefkozend 'NerdMobile' wordt genoemd.

Leden van de gemeenschap onderhouden ook hun eigen sensoren. Kerry Kelly, assistent-professor chemische technologie, en collega's hebben goedkope onderling verbonden fijnstofsensoren ontwikkeld die door huiseigenaren in de hele Salt Lake Valley worden onderhouden, verbetering van de resolutie van metingen. Het goedkope sensornetwerk heet Air Quality en u, of AQ&U. Luchtvervuiling is niet gelijkmatig verdeeld, en al deze sensoren samen helpen onderzoekers te begrijpen waar, wanneer en waarom van vervuilde lucht.

Rook modelleren

In de zomers van Utah, echter, een temperatuurinversie is geen probleem. Maar rook van westerse bosbranden wel.

"Vanuit praktisch oogpunt rook is nog een andere variabele waarmee we rekening moeten houden in een weersvoorspelling, " zegt Mallia. "Net als hoe onrustig weer zoals sneeuw of onweer onze dagelijkse activiteiten kan beïnvloeden, rook kan ook een belangrijke rol spelen." Bijzonder kwetsbaar, hij zegt, zijn mensen met astma of andere aandoeningen van de luchtwegen of hart- en vaatziekten. Rook kan ook van invloed zijn op recreatie. 'Wie wil er sightseeing doen als Utah in rook gehuld is?'

Modellen die de beweging van rook voorspellen, moeten worden gevalideerd, of vergeleken met waarnemingen, om er zeker van te zijn dat ze de rookomstandigheden met redelijke nauwkeurigheid nabootsen. Maar wanneer bosbranden plaatsvinden op afgelegen locaties, het beperkte aantal luchtkwaliteitssensoren is meestal niet voldoende om modellen te evalueren. Dat is waar het luchtkwaliteitsnetwerk van de Salt Lake Valley om de hoek komt kijken.

Wat het netwerk zag

In het brandseizoen van 2018 bijna 60, 000 branden verbrandden bijna 9 miljoen hectare, waaronder meer dan 18, 000 woningen, over de Verenigde Staten. Na maanden van warme en droge omstandigheden, de Pole Creek en Bald Mountain Fires hebben samen bijna 121 branden, 000 acres in centraal Utah. De rook vulde de valleien van het Wasatch Front, die gelukkig goed waren uitgerust met instrumenten voor luchtkwaliteit. Toen de branden veilig waren onder controle, de onderzoekers zagen een wetenschappelijke kans.

Mallia, Kelly, U onderzoeksassistent professor Logan Mitchell en collega's, waaronder professor Adam Kochanski van San Jose State University en professor Jan Mandel van CU Denver, keek naar de gegevens die terugkwamen van de sensoren - zowel de sensoren van onderzoekskwaliteit als de goedkope versies bij mensen thuis. Hun resultaten toonden aan dat metingen van fijnstof in de lucht door de goedkope sensoren nauwkeurig waren tot op 10% van de metingen bij nabijgelegen sensoren van onderzoekskwaliteit.

Rookvoorspellingen van het model legden de timing van de rookaankomst vast, maar niet de hoeveelheid - de onderzoekers ontdekten dat de voorspelling de hoeveelheid rook met een factor twee overschatte. Dat resultaat helpt de wetenschappers om vervolgens terug te gaan naar het model en erachter te komen waarom, zodat de volgende versie nauwkeuriger kan zijn.

De resultaten gaven ook enig inzicht in hoe de bergvalleien de rook kunnen verspreiden. "Bijvoorbeeld, " zegt Mallia, "we ontdekten dat de wind in de canyon 's nachts schonere berglucht in de vallei kan filteren, daarom zagen we minder vervuilde lucht bij de dalbanken."

De waarde van de gemeenschap

Mallia zegt dat de sensoren op TRAX-treinen van onschatbare waarde waren om meer grond te bestrijken dan een stationaire luchtmonitor, en dat de betrokkenheid van leden van de gemeenschap, met sensoren rond hun huizen, was essentieel om het studiegebied nog verder uit te breiden.

"Er is veel ruimte in de vallei die particulier bezit is, dus het publiek erbij betrekken is de enige manier waarop we verschillende gebieden in de Salt Lake Valley goed kunnen bemonsteren, "zegt hij. "Dit stelt ons in staat om meer punten in de vallei te bemonsteren en geeft ons meer vertrouwen in het identificeren van de sterke en zwakke punten van onze rookvoorspellingen."

Helaas, hij voegt toe, rokerige dagen zullen in de toekomst vaker voorkomen. Klimaatverandering zal naar verwachting hete en droge omstandigheden waarschijnlijker maken, wat het perfecte recept is voor meer talrijke en intense bosbranden. Voorspellingen kunnen de rookontwikkeling niet meer voorkomen dan weersvoorspellingen sneeuwstormen of orkanen kunnen voorkomen, maar ze kunnen ons allemaal helpen om op de hoogte en voorbereid te blijven.