Quando gli incendi bruciano, non solo danneggiano la terra, le case, e imprese. Emissioni di incendi boschivi, che può essere trasportato su lunghe distanze, possono essere tossici e contribuire alla formazione di inquinanti secondari come ozono e polveri sottili nell'atmosfera. Tali emissioni incidono sulla salute umana e sull'ambiente, quindi gli scienziati vogliono sapere cosa c'è nel fumo degli incendi. Secondo una nuova ricerca di CIRES e NOAA, ciò che conta di più non è che tipo di carburante sta bruciando, ma la temperatura alla quale brucia.

"Se conosciamo la temperatura di un fuoco, possiamo stimare meglio cosa ne viene fuori, indipendente da ciò che sta bruciando, "ha detto Carsten Warneke, un ricercatore CIRES presso l'Università del Colorado Boulder che lavora nel laboratorio di ricerca del sistema terrestre del NOAA e coautore dell'articolo, pubblicato il 3 luglio sulla rivista Chimica e fisica dell'atmosfera . "Con queste informazioni, saremo in grado di semplificare i modelli di emissioni, prevedere meglio gli impatti sottovento degli incendi boschivi, e ottenere previsioni molto migliori per la qualità dell'aria."

Sembra che gli incendi a bassa temperatura producano in realtà particelle più piccole chiamate aerosol, che possono entrare nei polmoni delle persone e mescolarsi nell'atmosfera per formare foschia e altri inquinanti atmosferici a valle.

L'Occidente degli Stati Uniti affronta un futuro con incendi boschivi più frequenti e intensi, secondo le proiezioni climatiche e in parte a causa di politiche che da tempo incoraggiano la soppressione degli incendi. In questo contesto, scienziati di CIRES e NOAA stanno collaborando con scienziati della NASA per condurre una campagna sul campo pluriennale chiamata NOAA-NASA FIREX-AQ—Fire Influence on Regional to Global Environments Experiment–and Air Quality—per comprendere meglio la qualità dell'aria e gli effetti climatici di incendi. Il nuovo documento è uscito da una prima indagine FIREX nel 2016 nel Missoula, Laboratorio antincendio con sede nel Montana, gestito dal servizio forestale degli Stati Uniti.

Gli incendi producono emissioni complesse, rilasciando migliaia di diversi composti organici volatili (COV) che sono spesso difficili da misurare. Gli scienziati inizialmente pensavano che le emissioni degli incendi dipendessero principalmente dal tipo di combustibile bruciato, ad esempio Abete di Douglas, pino ponderoso, o un pennello di salvia. L'obiettivo dello studio Fire Lab era comprendere meglio le emissioni della vegetazione che brucia in un ambiente semplice e controllato. Fare quello, un team di scienziati del CIRES e del NOAA ha bruciato oltre 100 fuochi realizzati con vari combustibili trovati negli Stati Uniti occidentali e ha campionato continuamente le emissioni con strumenti all'avanguardia.

La nuova ricerca suggerisce che la comprensione di questi modelli di emissione potrebbe essere molto più semplice di quanto i ricercatori credessero in precedenza:è la temperatura dell'ustione e non ciò che sta bruciando, questa è la chiave per comprendere le emissioni degli incendi. I ricercatori potrebbero spiegare circa l'85 percento della variabilità delle emissioni di COV una volta che hanno saputo quanto fosse caldo un incendio:alcuni COV sono stati emessi principalmente da ustioni ad alta temperatura, mentre altri sono stati emessi da ustioni a bassa temperatura. Nel suo corso, un unico fuoco brucia sia a temperature più alte che a temperature più basse, rilasciando diversi VOC in varie fasi. Quei composti rilasciati da ustioni a bassa temperatura hanno proprietà che li rendono più propensi a formare aerosol nei pennacchi di fuoco.

"Questi risultati cambiano completamente il modo in cui comprendiamo le emissioni di COV da incendi boschivi, " ha detto James Roberts, uno scienziato NOAA e ricercatore principale FIREX-AQ. "Invece di guardare il tipo di combustibile bruciato, possiamo concentrarci sulla temperatura dell'ustione, qualcosa che può essere potenzialmente misurato dai satelliti".

Questi risultati iniziali di Fire Lab aiuteranno i ricercatori CIRES e NOAA e i loro colleghi durante la campagna sul campo FIREX, previsto per la stagione degli incendi 2019. Il team studierà l'impatto degli incendi boschivi degli Stati Uniti occidentali sull'atmosfera e sul clima con l'obiettivo di sviluppare informazioni e strumenti rilevanti per la politica per aiutare a gestire gli incendi.

Nell'ambito di una partnership appena annunciata, il velivolo DC-8 della NASA trasporterà un carico utile di strumenti NOAA, tra gli altri, su voli ad ampio raggio contro gli incendi boschivi degli Stati Uniti occidentali e anche per le ustioni agricole e prescritte nel sud-est degli Stati Uniti. Un aereo NOAA Twin Otter sorvolerà gli incendi boschivi occidentali e gli incendi prescritti di notte, campionamento delle emissioni lungo il percorso. Un altro NOAA Twin Otter misurerà i campi eolici che alimentano gli incendi. Laboratori mobili e strumenti fissi raccoglieranno campioni di emissioni a terra, e i ricercatori utilizzeranno anche i dati satellitari per aiutare a individuare la temperatura dell'incendio e tenere traccia delle emissioni su scala regionale e globale. E un team CIRES e NOAA dispiegherà un sistema di velivoli senza pilota strumentato, o SAU, su alcuni incendi di notte. Vedere "Invio di un UAS sopra le fiamme" di seguito.

"Gli incendi sono uno dei maggiori problemi rimasti per la qualità dell'aria negli Stati Uniti, " ha detto Roberts. Il loro studio FIREX potrebbe fornire risposte a molte domande in sospeso. "Facendo i compiti in laboratorio, abbiamo identificato cosa c'è nelle emissioni e il processo effettivo di come vengono prodotte le emissioni, " ha detto Warneke. "Ora dobbiamo andare in campo per capire i veri incendi".

L'invio di un UAS sopra le fiamme

Gli incendi bruciano in modo diverso di notte perché le condizioni meteorologiche, compresa la temperatura, energia dalla luce del sole, umidità, e venti, non sono gli stessi che durante il giorno. Gli effetti sulla salute sottovento a causa degli incendi possono essere più gravi di notte, perché quelle condizioni possono intrappolare il fumo più vicino al suolo, concentrare le emissioni. Osservazioni notturne ad alta risoluzione delle dimensioni di un incendio, Posizione, e la produzione di calore può fornire input chiave ai modelli meteorologici antincendio per migliorare le previsioni meteorologiche sugli incendi.

Sebbene gli aerei di ricerca con equipaggio e antincendio di solito non volano vicino agli incendi di notte per motivi di sicurezza, i sistemi di aeromobili senza pilota (UAS) sono adatti per il lavoro. Per tale motivo, L'esperimento Nighttime Fire Observations eXperiment (NightFOX) di NOAA prenderà parte alla campagna sul campo FIREX-AQ. Lavorando con il dipartimento di scienze dell'ingegneria aerospaziale della CU Boulder e l'ufficio del programma NOAA UAS, NOAA and CIRES researchers at the NOAA Earth System Research Laboratory will send an instrument-equipped small UAS to make nighttime wildfire measurements. In addition to monitoring a fire's temperature and extent using multi-spectral remote sensing instruments, NightFOX will measure carbon monoxide and carbon dioxide to determine how the fire is burning and aerosols in the fire plume to characterize emissions that lead to local and regional health impacts.