När skogsbränder brinner, de skadar inte bara mark, hem, och företag. Utsläpp från skogsbränder, som kan transporteras över långa avstånd, kan vara giftigt och bidra till bildandet av sekundära föroreningar som ozon och fina partiklar i atmosfären. Dessa utsläpp påverkar människors hälsa och miljön, så forskare vill veta vad som finns i brandrök. Enligt ny forskning från CIRES och NOAA, det viktigaste är inte vilken typ av bränsle som brinner, men temperaturen vid vilken den brinner.

"Om vi ​​vet temperaturen på en brand, vi kan bättre uppskatta vad som kommer ut av det, oberoende av vad som brinner, sa Carsten Warneke, en CIRES-forskare vid University of Colorado Boulder som arbetar i NOAA Earth System Research Laboratory och en medförfattare på uppsatsen, publicerad 3 juli i tidskriften Atmosfärskemi och fysik . "Med den informationen, vi kommer att kunna förenkla utsläppsmodellerna, bättre förutsäga effekterna av skogsbränder i motvind, och få mycket bättre prognoser för luftkvalitet. "

Det ser ut som om bränder vid lägre temperatur faktiskt producerar fler små partiklar som kallas aerosoler, som kan komma in i människors lungor och blandas i atmosfären för att bilda dis och andra luftföroreningar nedströms.

Västvärlden i USA står inför en framtid med mer frekventa och intensiva skogsbränder, enligt klimatprognoser och delvis på grund av politik som länge har uppmuntrat brandbekämpning. Mot den bakgrunden, forskare från CIRES och NOAA samarbetar med forskare från NASA för att leda en flerårig fältkampanj som heter NOAA-NASA FIREX-AQ-Brandpåverkan på regionala till globala miljöförsök-och luftkvalitet-för att bättre förstå luftkvalitet och klimateffekter av skogsbränder. Den nya tidningen kom från en tidig FIREX-undersökning 2016 i Missoula, Montana-baserade Fire Lab, drivs av U.S. Forest Service.

Bränder ger komplexa utsläpp, släppa ut tusentals olika flyktiga organiska föreningar (VOC) som ofta är svåra att mäta. Forskare trodde från början att utsläppen från skogsbränder mestadels beror på vilken typ av bränsle som förbränns - till exempel, Douglasgran, Ponderosa tall, eller salvia borste. Målet med Fire Lab -studien var att bättre förstå utsläpp av vegetationsförbränning i en enkel och kontrollerad miljö. Att göra det, ett team av CIRES- och NOAA-forskare brände över 100 bränder gjorda av olika bränslen som hittats i västra USA och tog prover på utsläppen kontinuerligt med toppmoderna instrument.

Den nya forskningen tyder på att förstå dessa utsläppsmönster kan vara mycket enklare än forskare tidigare trott:det är temperaturen på brännskadan och inte vad som brinner, det är nyckeln till att förstå brandutsläpp. Forskare kunde förklara omkring 85 procent av variationen i VOC-utsläppen när de väl visste hur het en brand var:vissa VOC släpptes ut främst från brännskador vid höga temperaturer, medan andra utsändes från lågtemperaturbrännskador. Under dess gång, en enda eld brinner vid både högre och lägre temperaturer, släpper ut olika VOC i olika stadier. De föreningar som släpps ut från lågtemperaturbrännskador har egenskaper som gör dem mer benägna att bilda aerosoler i eldplommorna.

"Dessa resultat förändrar helt hur vi förstår VOC-utsläpp från skogsbränder, "sa James Roberts, en NOAA-forskare och FIREX-AQ:s huvudutredare. "Istället för att titta på vilken typ av bränsle som förbränns, vi kan fokusera på temperaturen på bränningen, något som potentiellt kan mätas från satelliter."

De första resultaten från Fire Lab kommer att hjälpa CIRES- och NOAA-forskarna och deras kollegor under FIREX-fältkampanjen, planerad till brandsäsongen 2019. Teamet kommer att studera effekten av skogsbränder i västra USA på atmosfären och klimatet med målet att utveckla policyrelevant information och verktyg för att hantera bränder.

Som en del av ett nyligen tillkännagivet partnerskap, NASA DC-8 flygplan kommer att bära en nyttolast av NOAA-instrument, bland andra, på omfattande flygningar riktade mot skogsbränder i västra USA och även jordbruks- och föreskrivna brännskador över sydöstra USA. Ett NOAA Twin Otter-flygplan kommer att flyga över västerländska skogsbränder och föreskrivna bränder på natten, provtagning av utsläpp längs vägen. En annan NOAA Twin Otter kommer att mäta vindfält som matar bränderna. Mobila laboratorier och stationära instrument kommer att samla in utsläppsprover på marken, och forskare kommer också att använda satellitdata för att fastställa brandtemperaturen och spåra utsläpp på regional till global skala. Och ett CIRES- och NOAA -team kommer att sätta in ett instrumenterat obemannat flygplanssystem, eller UAS, över några skogsbränder på natten. Se "Skicka en UAS Above The Flames" nedan.

"Vordbränder är en av de större återstående frågorna för luftkvaliteten i USA, " sa Roberts. Deras FIREX-studie skulle kunna ge svar på många utestående frågor. "Genom att göra våra läxor i labbet, vi har identifierat vad som finns i utsläpp och den faktiska processen för hur utsläppen görs, "sa Warneke." Nu måste vi gå in på fältet för att förstå riktiga bränder. "

Skickar en UAS Above The Flames

Skogsbränder brinner annorlunda på natten eftersom meteorologiska förhållanden – inklusive temperatur, energi från solljus, fuktighet, och vindar - är inte samma sak som under dagen. Hälsoeffekter medvind från skogsbränder kan vara allvarligare på natten, eftersom dessa förhållanden kan fånga rök närmare marken, koncentrera utsläppen. Högupplösta nattliga observationer av en brands storlek, plats, och värmeeffekt kan ge viktiga input till brandvädermodeller för att förbättra brandväderprognoser.

Medan bemannade forsknings- och brandbekämpningsflygplan vanligtvis inte flyger nära skogsbränder på natten av säkerhetsskäl, obemannade flygplanssystem (UAS) är väl lämpade för jobbet. Av den anledningen, NOAA:s Nighttime Fire Observations eXperiment (NightFOX) är tänkt att delta i FIREX-AQ-fältkampanjen. Arbetar med CU Boulders avdelning för Aerospace Engineering Sciences och NOAA UAS Program Office, 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.