Через дым и огонь: NASA ищет ответы
Спутники NASA показывают мир, отмеченный огнем: глобальную мозаику пламени и дыма, движимую сезонами и деятельностью человека. NASA использует космическую перспективу и полевые кампании, чтобы расшифровать влияние пожаров — от первой искры до последнего клуба дыма — и помочь другим агентствам защищать жизнь и имущество. Эффекты пожаров сохраняются долго после их тушения, влияя на экосистемы, климат и сообщества. Этим летом NASA начинает несколько полевых кампаний по всему миру, чтобы исследовать давние вопросы, связанные с огнем и дымом.
«Самые высокие пожарные вышки»
Прошлогодний сезон лесных пожаров в США стал самым смертоносным и дорогим в истории Калифорнии. Это стало тенденцией: более длительные и жаркие засушливые сезоны, вызванные изменением климата, в сочетании с чрезмерной растительностью из-за практики тушения пожаров за последнее столетие привели к тому, что 16 из 20 крупнейших пожаров в истории штата произошли за последние 20 лет. В этих условиях раннее обнаружение критически важно. Инструменты на спутниках NASA часто предоставляют первоначальный снимок местоположения и развития пожара.
«Мы, по сути, самые высокие пожарные вышки», — сказал Даг Мортон, руководитель лаборатории биосферных наук в Центре космических полетов имени Годдарда NASA в Гринбелте, штат Мэриленд. Наземные и воздушные наблюдения отслеживают дневную активность пожаров. Для отслеживания пожаров ночью Лесная служба США использует два самолета с тепловыми датчиками, разработанными NASA, и бортовыми системами автоматической обработки данных, которые доставляют карты обнаружения пожаров в инцидент-командный центр за несколько минут.
Кроме мониторинга активных пожаров, NASA также работает над улучшением прогнозирования пожаров. Одной из областей внимания является разработка моделей, учитывающих влажность в источниках топлива, таких как сухие поваленные деревья. Другая — дистанционное обнаружение «лестничного топлива» (высокой травы, кустов и ветвей), которое может переносить пламя с земли в кроны деревьев.
Опасность из вторых рук: дым
Дым может преодолевать тысячи километров, накрывая города и поселки токсичными химическими веществами и мелкими частицами, вызывающими респираторные заболевания. Регулярные прогнозы дыма для США с использованием спутниковых данных выпускает Национальная служба погоды NOAA (Национального управления океанических и атмосферных исследований США).
В этом месяце NOAA и NASA начинают крупную полевую кампанию FIREX-AQ (Fire Influence on Regional to Global Environments and Air Quality), чтобы улучшить модели прогнозирования. Кампания задействует флот научных самолетов с приборами для анализа химического состава дыма на разных высотах. Первый этап миссии в конце июля будет сосредоточен на лесных пожарах на западе США, второй, в августе, — на сельскохозяйственных пожарах на юго-востоке США.
«Не весь дым одинаков», — сказал Барри Лефер, руководитель программы по составу тропосферы в штаб-квартире NASA в Вашингтоне. — «Химический состав дыма от сосны, трав, лиственных деревьев, кустарников различен, и каждый вид по-разному реагирует с погодой и атмосферой. Мы хотим наблюдать эти взаимодействия».
Изменение облаков, климата и погоды
Взаимодействие дыма и облаков сильно влияет на погоду и климат. Частицы дыма, как и другие аэрозоли, могут служить ядрами конденсации для облаков. Дым также влияет на то, сколько солнечного света облака отражают обратно в атмосферу.
Этим летом и осенью еще одна крупная полевая кампания, на этот раз на Филиппинах, под названием CAMP2Ex (Cloud, Aerosol, and Monsoon Processes Philippines Experiment), займется этой научной задачей. В августе NASA, Манильская обсерватория и Исследовательская лаборатория ВМС США (NRL) в партнерстве с правительством Филиппин соберутся в небе страны с несколькими оснащенными приборами самолетами и океанографическим судном Sally Ride, чтобы провести детальные наблюдения за взаимодействием аэрозолей и облаков.
«Этот регион — идеальная естественная лаборатория», — сказал метеоролог-исследователь NRL Джефф Рид, со-руководитель CAMP2Ex. — «Многочисленные спутниковые исследования связали наличие загрязнения и дыма от биомассы с изменениями в свойствах облаков и штормов, но нам не хватает наблюдений за фактическими механизмами. CAMP2Ex предоставляет столь необходимую основу для понимания того, как состав атмосферы и погода взаимодействуют».
Нарушение углеродного баланса
Лесные пожары также выбрасывают углекислый газ. В северных широтах есть еще один источник выбросов углерода, который изучают ученые, — тающая вечная мерзлота. Пожары 2014 года на Северо-Западных территориях Канады уничтожили 7 миллионов акров бореального леса и выбросили примерно 94 тераграмма углерода, компенсировав половину всего углерода, ежегодно поглощаемого лесами Канады.
«Мы ожидаем, что запасы углерода начнут восстанавливаться, потому что растительность будет отрастать, но на это уйдет 75–100 лет», — сказал ученый NASA из Годдарда Питер Гриффит.
Поскольку Арктика нагревается в два раза быстрее, чем остальная часть планеты, свидетельства указывают на то, что более частые и интенсивные пожары, а также существенные потери углерода, стали долгосрочной тенденцией. Эксперимент NASA ABoVE (Arctic Boreal Vulnerability Experiment) проводит 10-летнюю воздушную полевую кампанию для изучения социальных и экологических последствий быстро меняющегося климата на Аляске и в северо-западной Канаде, включая воздействие пожаров и таяние вечной мерзлоты. Пожары ускоряют этот процесс, сжигая изолирующий слой органической почвы.
Данные показывают, что земля на выгоревших территориях с каждым годом проседает все быстрее по мере оттаивания грунта. По мере восстановления лесов хвойные деревья заменяются лиственными, что может иметь последствия для экосистем.
«Ясно, что птицы, животные и люди, которые живут в этих лесах или рядом с ними и зависят от дикой природы в плане пищи, должны будут адаптироваться», — сказал Гриффит. — «Изменения, затрагивающие северные экосистемы, происходят из-за решений, принимаемых очень далеко. Мы все действительно связаны».