8 novembre Il 2018 è stato un giorno secco nella contea di Butte, California. Lo stato era al sesto anno consecutivo di siccità, e la contea non aveva avuto un evento di pioggia che produceva più di mezzo pollice di pioggia per sette mesi. L'estate secca aveva inaridito la vegetazione primaverile, e i forti venti da nord-est dell'autunno soffiavano a 35 miglia orarie e aumentavano, creare condizioni di bandiera rossa:eventuali incendi pianificati o non pianificati potrebbero rapidamente sfuggire al controllo.

Abbastanza sicuro, poco prima dell'alba, forti venti hanno sferzato una scintilla vagante da una linea elettrica in un inferno. Il Camp Fire è diventato l'incendio più distruttivo nella storia della California, bruciando circa 240 miglia quadrate, distruggendo quasi 14, 000 edifici, causando miliardi di dollari di danni e uccidendo 88 persone. Più tardi lo stesso giorno, l'incendio di Woolsey è scoppiato nella contea di Los Angeles, bruciando 150 miglia quadrate e uccidendone tre.

La siccità può creare le condizioni ideali per gli incendi. La mancanza di pioggia e la bassa umidità seccano alberi e vegetazione, fornire carburante. In queste condizioni, una scintilla di fulmine, guasti elettrici, l'errore umano o gli incendi pianificati possono perdere rapidamente il controllo.

Si prevede che il cambiamento climatico globale modificherà i modelli di precipitazione ed evaporazione in tutto il mondo, portando a un clima più umido in alcune zone e più secco in altre. Le aree che affrontano siccità sempre più gravi saranno anche a rischio di incendi sempre più grandi. Diverse missioni della NASA raccolgono dati preziosi per aiutare scienziati e soccorritori a monitorare siccità e incendi. Alcuni strumenti monitorano l'acqua dentro e sotto il suolo, aiutando a valutare se le aree si stanno muovendo verso pericolose siccità. Altri osservano il calore e il fumo degli incendi, supportare sia la ricerca che il ripristino di emergenza attivo.

Capire come si comportano gli incendi in condizioni di asciutto può aiutare i vigili del fuoco, i primi soccorritori e altri si preparano per un caldo, futuro più secco.

Cambiamento climatico:non solo umido

Si prevede che il riscaldamento del clima della Terra renderà i modelli globali di precipitazioni più estremi:le aree umide diventeranno più umide, e le aree asciutte diventeranno più secche. Aree come il sud-ovest americano potrebbero vedere sia una riduzione delle precipitazioni che una maggiore evaporazione dell'umidità del suolo a causa del calore più intenso, e in alcuni casi, la siccità risultante potrebbe essere più intensa di qualsiasi siccità del millennio passato.

Ben Cook del Goddard Institute for Space Studies (GISS) della NASA a New York City ricerca "megasiccità", siccità che durano più di tre decenni. In passato si sono verificate grandi siccità, come i decenni di siccità nordamericana tra il 1100 e il 1300, e il team ha utilizzato i record degli anelli degli alberi per confrontare queste siccità con le proiezioni future. Lui e il suo team hanno esaminato i set di dati sull'umidità del suolo e gli indici di gravità della siccità da 17 diversi modelli climatici futuri, e tutti hanno previsto che se le emissioni di gas serra continueranno ad aumentare al ritmo attuale, il rischio di una mega siccità nel sud-ovest americano potrebbe raggiungere l'80% entro la fine del secolo. Inoltre, queste siccità saranno probabilmente ancora più gravi di quelle osservate nell'ultimo millennio.

Tali gravi siccità influenzeranno la quantità e la secchezza del carburante come alberi ed erba, ha detto il cuoco.

"Il fuoco dipende da due cose:avere abbastanza carburante e asciugarlo in modo che possa prendere fuoco. Quindi, a breve termine, più siccità probabilmente significano più fuoco man mano che la vegetazione si secca, " disse Cook. "Se quelle siccità continuano per un lungo periodo, come una mega siccità, però, può effettivamente significare meno fuoco, perché la vegetazione non ricrescerà così vigorosamente, e potresti rimanere senza carburante da bruciare. Sicuramente è complicato".

Le misurazioni attuali e future della NASA dell'umidità del suolo e delle precipitazioni aiuteranno a valutare le previsioni dei modelli climatici, rendendoli ancora più precisi e utili per comprendere il cambiamento climatico della Terra.

Cook e la sua collega del GISS Kate Marvel sono stati i primi a fornire prove che le emissioni di gas serra generate dall'uomo stavano influenzando i modelli di siccità osservati già all'inizio del 1900. Dimostrando che le attività umane hanno già colpito la siccità in passato, la loro ricerca fornisce la prova che il cambiamento climatico dovuto alle emissioni di gas serra generate dall'uomo probabilmente influenzerà la siccità in futuro.

Stare davanti al fuoco

Se il futuro riserva grandi siccità per gli Stati Uniti sudoccidentali, cosa potrebbe significare questo per le sue stagioni degli incendi?

"Una volta cambiata la climatologia e ottenuto combustibili sempre più secchi, dovremmo aspettarci incendi più intensi e una maggiore gravità degli incendi, " ha detto Adam Kochanski, uno scienziato atmosferico presso l'Università dello Utah, riferimento alle dimensioni e all'impatto degli incendi. Se i combustibili sono umidi, è più probabile che il fuoco rimanga vicino al suolo e sia meno distruttivo, Egli ha detto. Alberi e piante secchi rendono più probabile che le fiamme raggiungano la chioma della foresta, rendendo il fuoco più distruttivo e più difficile da controllare.

Kochanski e Jan Mandel dell'Università del Colorado Denver hanno utilizzato i dati della NASA e altre fonti per simulare le interazioni tra incendi, umidità del suolo e clima locale. Si sono basati sul lavoro precedente del Centro nazionale per la ricerca atmosferica (NCAR) e altri per sviluppare il modulo SFIRE per il modello ampiamente utilizzato di ricerca e previsione meteorologica (WRF).

Questo modulo utilizza i dati del Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) della NASA a bordo dei suoi satelliti Aqua e Terra, e la Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) a bordo della navicella spaziale Suomi National Polar-Orbiting Partnership (Suomi NPP).

Il tempo influenza gli incendi, ma gli incendi influenzano anche il clima locale producendo calore, vapore acqueo e fumo, ha detto Kochanski. I venti di grandi incendi possono alterare i modelli meteorologici locali, e in condizioni estreme, generare tempeste di fuoco e tornado di fuoco.

"Non è raro che le persone coinvolte negli incendi boschivi riferiscano che sebbene il vento non sia molto forte, gli incendi si propagano molto velocemente, " ha detto Kochanski. "Se non è così ventoso, ma il tuo fuoco è intenso e sprigiona molto calore, ha il potenziale per generare i propri venti. Anche se i venti ambientali sono deboli, questo fuoco comincerà a muoversi come se ci fosse davvero vento".

Una migliore modellazione di queste interazioni non solo aiuta i vigili del fuoco a prevedere meglio dove e come potrebbe diffondersi un incendio, ma aiuta anche i gestori delle foreste a sapere se un'ustione pianificata è sicura.

Una storia di fuoco e neve

Gli effetti degli incendi persistono molto tempo dopo che si sono estinti, e la disponibilità o la mancanza di acqua dolce gioca un ruolo importante nella ricrescita e nel recupero della vegetazione. Le condizioni asciutte possono impedire la germinazione di nuovi semi nelle aree bruciate. La perdita di vegetazione può portare all'erosione e ai sedimenti che ostruiscono i corsi d'acqua, e le sostanze chimiche antincendio possono contaminare le fonti d'acqua.

Gli incendi boschivi possono avere ripercussioni anche sui futuri manti nevosi invernali, disse Kelly Gleason, un idrologo della neve e assistente professore alla Portland State University. "Manto nevoso" si riferisce alla neve che si accumula durante un intero inverno, piuttosto che una singola nevicata.

Anche qui, I dati della NASA sono fondamentali per comprendere i processi coinvolti. Gleason e il suo team hanno utilizzato 16 anni di dati dallo strumento MODIS della NASA per studiare gli effetti degli incendi sullo scioglimento della neve nelle foreste dell'ovest americano. Hanno scoperto che la fuliggine e i detriti del fuoco rendono la neve più scura e meno riflettente fino a 15 anni dopo un incendio.

"È come indossare una maglietta nera in una giornata di sole, " Gleason ha detto. "Prepara il manto nevoso ad assorbire più energia solare. E c'è più energia comunque, perché il baldacchino della foresta è stato bruciato, così passa più sole."

La loro indagine su circa 850 incendi tra il 2000 e il 2016 ha mostrato che la neve nelle foreste bruciate si è sciolta, in media, cinque giorni prima della neve nelle foreste non bruciate. In alcune zone la neve si è sciolta settimane o mesi prima del normale, ha detto Gleason.

"Ogni anno assistiamo allo scioglimento della neve prima, ci sono forti relazioni con grandi, piccante, incendi di lunga durata l'estate successiva, " ha detto. "Crea questo circolo vizioso in cui la neve si scioglie prima a causa del cambiamento climatico, che prolunga il periodo di siccità estiva in cui il terreno si asciuga, e quando i combustibili si seccano, ottieni questi grandi fuochi. Questo accelera ulteriormente lo scioglimento della neve, estendendo ulteriormente il periodo di siccità estiva e il potenziale di incendio".

Modellare un futuro più sicuro

Il modello di atmosfera di fuoco di Mandel e Kochanski è già in uso operativo in Israele e in Grecia. Sebbene il software richieda competenze informatiche per essere utilizzato, è disponibile gratuitamente, coerente con la missione della NASA di fornire gratuitamente i propri dati e altri prodotti al pubblico.

Branko Kosovo?, responsabile del programma per le energie rinnovabili per il laboratorio di applicazioni di ricerca e direttore del programma di sistemi e valutazioni meteorologiche presso NCAR, ha anche utilizzato WRF per sviluppare il sistema di previsione degli incendi per la Divisione di prevenzione e controllo degli incendi dello stato del Colorado. Questo modello utilizza un modulo correlato chiamato FUOCO e produce un fuoco, previsioni del tempo e del fumo utili sia per gli incendi boschivi che per gli incendi pianificati.

Kosovo? utilizza anche il sistema WRF per le sue ricerche, che utilizza i dati di telerilevamento della NASA e l'apprendimento automatico per stimare l'umidità del carburante quotidianamente negli Stati Uniti contigui.

"La misurazione dell'umidità del carburante vivo [attualmente] deve essere eseguita manualmente, " Kosovi? ha detto. "La gente deve uscire, prendi il carburante vivo, ed essenzialmente curarlo nei forni per vedere quanta umidità c'è. È molto laborioso. E puoi immaginare che, a causa di ciò, i dati sono scarsi, sia nello spazio che nella frequenza e nel tempo."

Kosovo?, Mandel e Kochanski sperano di costruire sistemi che forniscano ai gestori forestali migliori informazioni per pianificare gli incendi controllati e contribuire a migliorare l'allocazione delle risorse durante gli incendi boschivi, portando a una migliore valutazione e recupero del rischio.

Gli scienziati della NASA monitorano costantemente sia l'acqua dolce che gli incendi, dallo spazio, l'aria e la terra, raccogliere dati a breve e lungo termine mentre il clima della Terra continua a cambiare. Programmi come il Programma per i disastri di scienze della terra della NASA utilizzano i dati satellitari per tracciare gli incendi attivi, monitorare i loro effetti sulla qualità dell'aria ed eseguire ricerche che aiutino le comunità a essere più preparate prima che si verifichino disastri. E guardando al futuro, la modellazione svolge un ruolo chiave nella preparazione al cambiamento delle stagioni di siccità e incendi in tutto il mondo.