I recenti incendi in Australia sono stati terrificanti. Mentre parliamo di incendi e megaflaze, stiamo capendo quanto possa essere pericoloso e imprevedibile il comportamento del fuoco.

La devastante stagione degli incendi boschivi in ​​Australia ci ha reso più consapevoli delle condizioni meteorologiche coinvolte nelle scintille, diffusione e soppressione degli incendi boschivi.

Poiché i fuochi sono cresciuti in ferocia, abbiamo assistito a un fenomeno incredibile:la formazione di nubi e tempeste "pyrocumulonimbus". Abbiamo a che fare con incendi abbastanza potenti da creare i propri sistemi meteorologici.

Inizia con grande, pennacchi di fumo intenso. Da li, un sistema pirocumulonembo può provocare il caos lanciando enormi "scrosci" d'aria sul terreno, portando sottovento braci ardenti che accendono nuovi fuochi, o accendere nuovi fuochi con un fulmine.

Quindi cosa sappiamo di questi sistemi e come possono gli incendi combattere incendi di questa intensità in futuro?

Una tempesta di fuoco perfetta

Molti ingredienti devono unirsi per sviluppare un evento pyroCb, dice il dottor Kevin Tory, Ricercatore senior del Bureau of Meteorology and Bushfire and Natural Hazards Cooperative Research Centre.

"Primo, ci deve essere un'enorme quantità di calore, "dice Kevin.

In definitiva, il fuoco deve essere abbastanza potente da produrre un grande e vigoroso pennacchio di fumo che si alzi forse da 3 km a 5 km prima che la nuvola possa formarsi nel pennacchio di fumo. Quindi solo se il pennacchio di fumo ha ancora energia abbondante a questa altezza si formerà un temporale. "Le condizioni atmosferiche perfette per generare un incendio intenso sono calde, secco e ventoso. Se ottieni questa combinazione con un sacco di carburante secco, un fuoco brucerà come un matto."

Però, caldo e secco significa che anche il pennacchio di fumo è secco, poiché la maggior parte dell'aria nel pennacchio di fumo veniva mischiata dall'esterno. Ciò significa che il pennacchio di fumo deve salire ancora più in alto prima che si formi la nuvola.

E se c'è vento, il pennacchio di fumo viene spazzato via, rendendo ancora più difficile per esso salire abbastanza in alto da formare nuvole.

In contrasto, le condizioni perfette per creare un pennacchio sono calde, umido e molto leggero o senza vento.

"quindi... deve essere caldo, asciutto e sufficientemente ventilato da provocare incendi intensi; ma non troppo caldo e secco perché il tuo pennacchio debba crescere molto alto e non troppo ventoso che il tuo pennacchio venga soffiato via, "Spiega Kevin.

Soffiando nel vento

Un cambiamento di vento è un modo comune in cui si verifica questo mix ideale di condizioni.

Piccante, condizioni asciutte e ventose potrebbero generare un incendio molto grande e intenso, pur essendo troppo caldo, secco e ventoso per lo sviluppo del piroCb.

Se una brezza marina o un fronte freddo dovesse arrivare al fuoco con un cambiamento di direzione del vento, il fuoco può diventare ancora più grande e più caldo quando i lunghi "fianchi" del fuoco diventano fuochi attivi "di testa".

Ma forse il cambiamento più importante è nella nuova massa d'aria stessa. L'aria più fresca e umida consente la formazione di nuvole nel pennacchio di fumo a livelli molto più bassi.

Per di più, dice Kevin, "quando le due masse d'aria si uniscono in questo modo... si crea un momento in cui non c'è vento, o venti molto leggeri, e questo permette al pennacchio di stare in piedi davvero in alto."

Mettendo tutto insieme, il cambiamento di direzione del vento produce un fuoco più grande e più caldo con un pennacchio molto più vigoroso, la velocità del vento ridotta consente al pennacchio di crescere più in alto e l'aria più fresca e umida aspirata nel pennacchio consente la formazione di nuvole a quote più basse.

Riscaldare le equazioni di Briggs

Negli ultimi quattro anni, Kevin ha studiato questi sistemi cloud per comprendere meglio le dinamiche dell'aumento del pennacchio di base. Sta costruendo sulla ricerca di quasi 70 anni fa.

"Negli anni '50 e '60 c'era un interesse diffuso nel capire come i pennacchi si alzassero dalle ciminiere perché c'erano seri problemi di qualità dell'aria nelle città di tutto il mondo, "dice Kevin.

Gli ingegneri volevano vedere quanto dovevano essere alte le ciminiere per garantire che l'aria sottovento fosse pulita. Senza computer, hanno trovato soluzioni semplici basate su osservazioni, ma le loro equazioni erano spesso imprecise.

Però, le equazioni di Briggs basate sulla fluidodinamica complessa (pubblicate per la prima volta nel 1975) erano sorprendentemente semplici e accurate e ideali per il problema del piroCb.

Un semplice calcolo

Con l'obiettivo di mantenerlo semplice, Kevin sta misurando il flusso di calore totale che entra in un pennacchio di fumo.

"La comunità del fuoco parla di potenza di fuoco. Questa è fondamentalmente la velocità con cui l'energia, sotto forma di calore, entra nel pennacchio o risale attraverso il pennacchio, "dice Kevin.

"Quello che stiamo facendo è calcolare la potenza di fuoco minima richiesta per la formazione di pyroCb.

"La chiamiamo soglia di potenza di fuoco del pirocumulonembo (PFT), e può essere sostanzialmente ridotto a una funzione di tre variabili."

Il primo è l'altezza a cui il pennacchio deve salire prima che la nuvola si formi con energia sufficiente per generare un temporale:l'altezza della convezione libera (Z).

Il secondo è il vento medio nello strato al di sotto dell'altezza di convezione libera, la velocità del vento dello strato misto (U).

Il terzo è l'aumento della temperatura. Questo è quanto deve essere più caldo il pennacchio di fumo rispetto all'aria nello strato misto (∇T).

Sembra così:

PFT=0.3×(Z^2)×U×∇T

Il valore prodotto è in gigawatt quando si immette Z in chilometri, U è in metri al secondo e ∇T è in ℃. È una quantità minima teorica di energia che un incendio deve produrre per sviluppare un piroCb.

Combattere gli incendi con le equazioni?

Kevin riconosce che ogni fuoco è unico.

"Però, se produciamo la mappa di previsione della PFT oraria... puoi vedere queste patch o regioni di basso valore, che equivale ad alta minaccia, che si muovono in tutto il paesaggio."

I meteorologi possono utilizzare queste mappe per identificare le aree a rischio.

"Possono vedere che potrebbero avere un problema alle 16:00 a un certo incendio perché c'è un cambiamento di vento in arrivo. Se c'è un valore abbastanza basso di PFT su quel cambiamento di vento, dobbiamo stare attenti, " dice Kevin.

Ferro nel fuoco

Nei prossimi sei mesi, Kevin applicherà la PFT ai dati meteorologici degli ultimi 30 anni per vedere se le condizioni meteorologiche stanno cambiando per rendere le condizioni del piroCb più favorevoli.

"Solo pochi anni fa, gli eventi piroCb erano estremamente rari, " dice Kevin. "L'anno scorso, ne abbiamo avuti 15 nell'Eastern Victoria tra gennaio e marzo. E questo è stato completamente superato dai numeri che abbiamo visto nel sud-est dell'Australia da ottobre".

Per i ricercatori, è un'opportunità per indagare su come e perché accade più spesso.

Per i vigili del fuoco, comprendere l'imprevedibilità degli incendi quando questi sistemi si sviluppano è fondamentale.

"Continua a stupirmi che questi fuochi possano produrre l'enorme quantità di energia necessaria per generare una nuvola pirocumulonembo, " dice Kevin. "Il potenziale di distruzione è enorme."

Questo articolo è apparso per la prima volta su Particella, un sito web di notizie scientifiche con sede a Scitech, Perth, Australia. Leggi l'articolo originale.