Åskväder som genererades av en grupp jättelika skogsbränder år 2017 sprutade in en liten vulkan med aerosol i stratosfären, skapa en rökpyl som varade i nästan nio månader. CIRES och NOAA-forskare som studerade plymen fann att svart kol eller sot i röken var nyckeln till plymens snabba uppgång:sotet absorberade solstrålning, värmer upp den omgivande luften och låter plymen snabbt stiga.

De böljande rökmolnen gav forskare en idealisk möjlighet att testa klimatmodeller som uppskattar hur länge partikelmolnet skulle bestå — efter att ha uppnått en maximal höjd på 23 km, rökplymen låg kvar i stratosfären i många månader.

Dessa modeller är också viktiga för att förstå klimateffekterna av kärnkrig eller geoingenjör.

"Vi jämförde observationer med modellberäkningar av rökplymen. Det hjälpte oss att förstå varför rökplymen steg så högt och höll i sig så länge, som kan appliceras på andra stratosfäriska aerosolinjektioner, från vulkaner eller kärnvapenexplosioner, " sa NOAA-forskaren Karen Rosenlof, en medlem av författarteamet som också inkluderade forskare från CU Boulder, Sjöforskning, Rutgers och andra institutioner. Resultaten publicerades idag i tidskriften Vetenskap .

Under sommaren 2017 skogsbränder rasade över Pacific Northwest. Den 12 augusti i British Columbia, en grupp bränder och idealiska väderförhållanden producerade fem nästan samtidigt höga rökmoln eller pyrocumulonimbusmoln som lyfte rök högt upp i stratosfären. Inom två månader, plymen steg från sin ursprungliga höjd på cirka 12 km upp till 23 km och höll i atmosfären mycket längre - satelliter kunde upptäcka det även efter åtta månader.

"Skogsbrandsröken var en idealisk fallstudie för oss eftersom den observerades så väl av satelliter, "sade huvudförfattaren Pengfei Yu, en tidigare CIRES -forskare vid NOAA, nu vid Institutet för miljö- och klimatforskning vid Jinan University i Guangzhou, Kina.

Instrument på två satelliter – den internationella rymdstationen och NASA:s CALIPSO – och på NOAA:s ballongburna tryckta optiska partikelspektrometer, eller POPS, tillhandahållit de aerosolmätningar som forskarna behövde.

Yu och hans kollegor jämförde dessa observationer med resultat från en global klimat- och kemimodell för att få en matchning för hur högt upp röken steg och hur länge den varade i atmosfären. Med mätningar av stighastigheten och utvecklingen av rökplymen, forskarna kunde uppskatta mängden svart kol i röken och hur snabbt det organiska partikelformiga materialet förstördes i stratosfären.

De fann att plymens snabba uppgång bara kunde förklaras av närvaron av svart kol eller sot, som utgjorde cirka 2 procent av rökens totala massa. Sotet absorberade solstrålningen, värmde upp den omgivande luften och tvingade plymen högt upp i atmosfären.

Nästa, teamet modellerade nedbrytningen av rökplymen i atmosfären. De fann att för att efterlikna rökens observerade sönderfallshastighet över flermånadersplymen, det måste ske en relativt långsam förlust av organiskt kol (genom fotokemiska processer) som tidigare nukleära vinterstudier hade antagit vara mycket snabba.

"Vi har en bättre förståelse för hur våra modeller representerar rök. Och eftersom vi kan modellera denna process, vi vet att vi kan modellera andra aerosolrelaterade processer i atmosfären, "sa Ru-Shan Gao, en NOAA-forskare och en av tidningens medförfattare.

CU Boulders Brian Toon och Rutgers Universitys Alan Robock, också medförfattare till den nya tidningen, är särskilt intresserade av vad resultaten betyder för klimatpåverkan av kärnkraftsexplosioner, som inkluderar en allvarlig kylpåverkan som kallas "kärnvinter". Vid modellering av kärnkrigets klimatpåverkan, Toon, Robock och andra har länge förväntat sig att massiva bränder skulle skapa rökplymer som också skulle kunna lyftas långt upp i stratosfären.

"Medan rökökningen förutspåddes på 1980 -talet, 2017 års brand i British Columbia är första gången den har observerats, sa Toon.

"Det var spännande att få bekräftelse, " tillade Robock.

Dessutom, de detaljerade observationerna som gjordes under 2017 års brand – som den något längre än förväntade beständigheten av organiskt material – driver på mer modellering, noterade de två. Det är möjligt att kylkonsekvenserna av en kärnvinter kan vara något mindre lång än vad modeller hittills har förutsett, Toon sa, men arbetet pågår.