8 november, 2018 var en torr dag i Butte County, Kalifornien. Staten var inne i sitt sjätte år i följd av torka, och länet hade inte haft en nederbördshändelse som producerade mer än en halv tum av regn på sju månader. Den torra sommaren hade torkat ut vårens växtlighet, och höstens starka nordöstra vindar blåste med 35 miles i timmen och steg, skapa röda flaggförhållanden:Alla planerade eller oplanerade bränder kan snabbt komma utom kontroll.

Säker nog, strax före daggry, starka vindar piskade en herrelös gnista från en kraftledning till ett inferno. Camp Fire blev den mest destruktiva branden i Kaliforniens historia, brännande cirka 240 kvadratkilometer, förstör nästan 14, 000 byggnader, orsakar miljarder dollar i skada och dödar 88 människor. Senare samma dag, Woolsey-branden bröt ut i Los Angeles County, bränna 150 kvadratkilometer och döda tre.

Torka kan skapa idealiska förutsättningar för skogsbränder. Brist på regn och låg luftfuktighet torkar ut träd och växtlighet, tillhandahålla bränsle. Under dessa förhållanden, en gnista från blixten, elektriska fel, mänskliga fel eller planerade bränder kan snabbt komma utom kontroll.

Globala klimatförändringar förutspås förändra nederbörds- och avdunstningsmönster runt om i världen, vilket leder till fuktigare klimat i vissa områden och torrare i andra. Områden som utsätts för allt svårare torka kommer också att riskera fler och större bränder. Flera NASA-uppdrag samlar in värdefull data för att hjälpa forskare och räddningspersonal att övervaka torka och bränder. Vissa instrument övervakar vatten i och under jorden, hjälpa till att bedöma om områden går mot farliga torka. Andra ser efter värme och rök från bränder, stödja både forskning och aktiv katastrofåterställning.

Att förstå hur bränder beter sig i torra förhållanden kan hjälpa brandmän, första responders och andra förbereder sig för en hetare, torrare framtid.

Klimatförändringar:Inte bara våt

Jordens uppvärmning klimat förutspås göra de globala nederbördsmönstren mer extrema:våta områden kommer att bli blötare, och torra områden blir torrare. Områden som den amerikanska sydvästen kunde se både minskat nederbörd och ökad avdunstning av markfukt på grund av mer intensiv värme, och i vissa fall, den resulterande torkan kan bli mer intensiv än någon torka under det senaste årtusendet.

Ben Cook från NASA:s Goddard Institute for Space Studies (GISS) i New York forskar om "megadroughts" - torka som varar i mer än tre decennier. Megatorka har förekommit tidigare, som de decennier långa nordamerikanska torkan mellan 1100 och 1300, och teamet använde trädringsrekord för att jämföra dessa torka med framtida prognoser. Han och hans team undersökte jorduppsättningsdatauppsättningar och torkaindex från 17 olika framtida klimatmodeller, och de förutspådde alla att om utsläppen av växthusgaser fortsätter att öka i sin nuvarande takt, risken för en megatork i den amerikanska sydväst kan slå 80 procent i slutet av seklet. Dessutom, dessa torkar kommer sannolikt att bli ännu allvarligare än de som setts under det senaste årtusendet.

Sådana svåra torkar kommer att påverka mängden och torrheten av bränsle som träd och gräs, Cook sa.

"Eld beror på två saker:att ha tillräckligt med bränsle och att torka ut det bränslet så att det kan fatta eld. Så på kort sikt, mer torka betyder förmodligen mer eld när växtligheten torkar ut, " sa Cook. "Om dessa torkar fortsätter under en lång period, som en megatorka, dock, det kan faktiskt betyda mindre eld, eftersom växtligheten inte kommer att växa tillbaka lika kraftigt, och du kan få slut på bränsle för att bränna. Det är definitivt komplicerat."

Nuvarande och framtida NASA -mätningar av markfuktighet och nederbörd hjälper till att utvärdera klimatmodellers förutsägelser, vilket gör dem ännu mer exakta och användbara för att förstå jordens förändrade klimat.

Cook och hans GISS-kollega Kate Marvel var de första som gav bevis för att mänskliga genererade växthusgasutsläpp påverkade observerade torkamönster så länge sedan som i början av 1900-talet. Genom att visa att mänsklig verksamhet redan har påverkat torka tidigare, deras forskning ger bevis för att klimatförändringar från mänskliga växthusgasutsläpp sannolikt kommer att påverka torka i framtiden.

Att ligga före elden

Om framtiden kommer att innebära megatorka för sydvästra USA, vad kan detta betyda för dess eldstider?

"När vi ändrar klimatologin och får torrare och torrare bränslen, vi bör förvänta oss mer intensiva bränder och högre brandgrad, "sa Adam Kochanski, en atmosfärsforskare vid University of Utah, hänvisar till brändernas storlek och påverkan. Om bränslet är fuktigt, det är mer sannolikt att branden stannar nära marken och är mindre destruktiv, han sa. Torra träd och växter gör det mer sannolikt att lågor når skogens tak, gör branden mer destruktiv och svårare att kontrollera.

Kochanski och Jan Mandel från University of Colorado Denver använde data från NASA och andra källor för att simulera interaktioner mellan skogsbränder, markfuktighet och lokalt väder. De byggde på tidigare arbete av National Center for Atmospheric Research (NCAR) och andra för att utveckla SFIRE-modulen för den mycket använda Weather Research and Forecasting-modellen (WRF).

Denna modul använder data från NASA:s Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) ombord på sina Aqua- och Terra-satelliter, och Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) ombord på rymdfarkosten Suomi National Polar-Orbiting Partnership (Suomi NPP).

Vädret påverkar bränder, men bränder påverkar också det lokala vädret genom att producera värme, vattenånga och rök, sa Kochanski. Vindarna från stora bränder kan förändra lokala vädermönster, och under extrema förhållanden, genererar eldstormar och brandtornado.

"Det är inte ovanligt att människor inblandade i vildmarksbränder rapporterar att även om vinden inte är särskilt stark, bränderna sprider sig mycket snabbt, " sa Kochanski. "Om det inte blåser så mycket, men din eld är intensiv och släpper ut mycket värme, den har potential att generera sina egna vindar. Även om omgivande vindar är svaga, den här elden kommer att börja röra sig som om det vore riktigt blåsigt."

Bättre modellering av dessa interaktioner hjälper inte bara brandmän att bättre förutsäga var och hur en löpeld kan spridas, men hjälper också skogsförvaltare att veta om en planerad bränning är säker.

En saga om eld och snö

Brändernas effekter kvarstår långt efter att de har släckts, och tillgången eller bristen på färskvatten spelar en viktig roll för återväxt och återhämtning av vegetationen. Torra förhållanden kan förhindra att nya frön gror i de brända områdena. Vegetationsförlust kan leda till erosion och sediment som blockerar vattenvägar, och brandbekämpningskemikalier kan förorena vattenkällor.

Skogsbränder kan också påverka framtida vintersnöpackningar, sa Kelly Gleason, en snöhydrolog och biträdande professor vid Portland State University. "Snowpack" avser snön som ackumuleras under en hel vinter, snarare än ett enda snöfall.

Även här, NASA-data är nyckeln till att förstå de processer som är involverade. Gleason och hennes team använde 16 års data från NASA:s MODIS-instrument för att undersöka skogsbränders effekter på snösmältningen i skogarna i den amerikanska västern. De upptäckte att sot och skräp från eld gör snön mörkare och mindre reflekterande i upp till 15 år efter en brand.

"Det är som att bära en svart t-shirt en solig dag, ", sa Gleason. "Det förbereder snösäcken för att absorbera mer solljusenergi. Och det finns mer energi ändå, eftersom skogens tak brändes, så mer sol kommer fram."

Deras undersökning av ungefär 850 bränder mellan 2000 och 2016 visade att snö i brända skogar smälte, i genomsnitt, fem dagar tidigare än snö i obrända skogar. I vissa områden smälte snön veckor eller månader tidigare än normalt, sa Gleason.

"Varje år upplever vi tidigare snösmältning, det finns starka relationer med stora, varm, långvariga bränder följande sommar, "sa hon." Det skapar denna onda cirkel där snö smälter tidigare på grund av klimatförändringar, som förlänger sommarens torkaperiod där jorden torkar ut, och när bränslen torkar ut, du får dessa stora bränder. Detta påskyndar snösmältningen ytterligare, ytterligare förlängning av sommartorka och brandpotential. "

Modellera en säkrare framtid

Mandels och Kochanskis brand-atmosfär-modell är redan i operativ användning i Israel och Grekland. Även om programvaran kräver dataexpertis för att kunna användas, den är tillgänglig gratis, överensstämmer med NASA:s uppdrag att fritt tillhandahålla sina data och andra produkter till allmänheten.

Branko Kosovi?, programledare för Renewable Energy for the Research Applications Laboratory och chef för Weather Systems and Assessment Program vid NCAR, använde också WRF för att utveckla brandförutsägelsesystemet för delstaten Colorados division för brandförebyggande och kontroll. Denna modell använder en relaterad modul som kallas FIRE och producerar en brand, väder- och rökprognos användbar för både skogsbränder och planerade bränder.

Kosovi? använder också WRF-systemet för sin forskning, som använder NASA fjärranalysdata och maskininlärning för att uppskatta bränslefuktighet dagligen över de angränsande USA.

"Mätning av levande bränslefuktighet [för närvarande] måste göras manuellt, "Kosovi?" Sa. "Folk måste gå ut, ta det levande bränslet, och i huvudsak bota det i ugnar för att se hur mycket fukt det finns. Det är väldigt arbetskrävande. Och du kan tänka dig det, på grund av det, uppgifterna är sparsamma, både i rymden och i frekvens och tid."

Kosovi ?, Mandel och Kochanski hoppas kunna bygga system som kommer att ge skogsförvaltare bättre information för att planera kontrollerade bränder och hjälpa till att förbättra resursallokeringen under skogsbränder, leder till bättre riskbedömning och återhämtning.

NASA-forskare övervakar både sötvatten och bränder konstant, från rymden, luften och marken, samla in kort- och långtidsdata när jordens klimat fortsätter att förändras. Program som NASA Earth Science Disasters Program använder satellitdata för att spåra aktiva bränder, övervaka deras effekter på luftkvaliteten och utföra forskning som hjälper samhällen att vara mer förberedda innan katastrofer inträffar. Och ser på framtiden, modellering spelar en nyckelroll i förberedelserna för förändrade torka- och brandsäsonger runt om i världen.