"Varmt och torrt" är ledorden för stora bränder. På bara några sekunder, en gnista i varma och torra förhållanden kan sätta igång ett inferno som förbrukar tjockt, uttorkad växtlighet och nästan allt annat i dess väg. Medan varje eld behöver en gnista för att antändas och bränsle för att brinna, varma och torra förhållanden i atmosfären spelar en viktig roll för att bestämma sannolikheten för att en brand startar, dess intensitet och den hastighet med vilken den sprider sig. Under de senaste decennierna, i takt med att världen har blivit alltmer uppvärmd, så har dess potential att brinna.

Sedan 1880, världen har värmts upp med 1,9 grader Fahrenheit, där de fem varmaste åren någonsin har inträffat under de senaste fem åren. Sedan 1980-talet, skogsbrandsäsongen har förlängts över en fjärdedel av världens vegeterade yta, och på vissa platser som Kalifornien, brand har blivit nästan en helårsrisk. 2018 var Kaliforniens värsta skogsbrandssäsong någonsin, i hälarna på en förödande brandsäsong 2017. Under 2019, skogsbränder har redan bränt 2,5 miljoner hektar i Alaska under en extrem brandsäsong driven av höga temperaturer, som också har lett till massiva bränder i Sibirien.

Oavsett om det startas naturligt eller av människor, bränder över hela världen och de resulterande rökutsläppen och brända områden har observerats av NASA-satelliter från rymden i två decennier. I kombination med data som samlats in och analyserats av forskare och skogsförvaltare på marken, forskare vid NASA, andra amerikanska myndigheter och universitet börjar fokusera på samspelet mellan bränder, klimat och människor.

"Vår förmåga att spåra bränder på ett samordnat sätt under de senaste 20 åren med satellitdata har fångat storskaliga trender, som ökad brandaktivitet, överensstämmer med ett värmande klimat på platser som västra USA, Kanada och andra delar av skogarna på norra halvklotet där bränslen är rikligt, sa Doug Morton, chef för Biospheric Sciences Laboratory vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Där uppvärmning och uttorkande klimat har ökat risken för bränder, vi har sett en ökning av förbränningen."

En hetare, Torkare värld

Höga temperaturer och låg luftfuktighet är två väsentliga faktorer bakom ökningen av brandrisk och aktivitet, påverkar brandens beteende från antändning till dess spridning. Redan innan en brand startar sätter de scenen, sa Jim Randerson, en jordsystemforskare vid University of California, Irvine som studerar bränder både i fält och med satellitdata.

Han och hans kollegor studerade mängden av blixtnedslag under 2015 års eldsäsong i Alaska som brände rekordstora 5,1 miljoner hektar. Blixtnedslag är den främsta naturliga orsaken till bränder. Forskarna fann att ett ovanligt stort antal blixtnedslag inträffade, genereras av de varmare temperaturerna som gör att atmosfären skapar fler konvektiva system – åskväder – vilket i slutändan bidrog till mer bränt område det året.

Varmare och torrare förhållanden sätter också grunden för mänskligt antända bränder. "I västra USA, människor råkar antända bränder hela tiden, ", sa Randerson. "Men när vi har en period av extremt väder, höga temperaturer, låg luftfuktighet, då är det mer troligt att typiska utomhusaktiviteter kan leda till en oavsiktlig brand som snabbt blir utom kontroll och blir en stor skogsbrand."

Till exempel, 2018 var gnistor som flög från att hamra en betongpåle i marken i 100 graders Fahrenheit-värme och gnistor från en bils däcksfälg som skrapade mot asfalten efter ett punkterat däck orsakerna till Kaliforniens förödande destruktiva Ranch and Carr-bränder, respektive. Dessa gnistor antände snabbt växtligheten som torkades ut och gjordes extremt brandfarlig av samma extrema värme och låga luftfuktighet, som forskning också visar kan bidra till en brands snabba och okontrollerbara spridning, sa Randerson. Samma förhållanden gör det mer sannolikt att jordbruksbränder kommer utom kontroll.

En uppvärmning av världen har också en annan konsekvens som kan bidra till att brandförhållandena kvarstår under flera dagar där de annars kanske inte hade tidigare:högre natttemperaturer.

"Varmare natttemperatur tillåter bränder att brinna hela natten och brinna mer intensivt, och som tillåter bränder att spridas över flera dagar där tidigare, svalare natttemperaturer kan ha försvagat eller släckt branden efter bara en dag, " sa Morton.

Klimatsystem på jobbet

Varma och torra förhållanden som föregår bränder kan dämpas av regn och fukt som cirkulerar i atmosfären. På tidsskalor från månader till år, bredare klimatmönster flyttar fukt och värme runt planeten. Att övervaka dessa system med satellitobservationer gör att forskare kan börja utveckla datormodeller för att förutsäga om en kommande brandsäsong i en viss region kommer att vara lätt, medel eller extrem. De viktigaste av dessa indikatorer är havsytans temperaturer i Stilla havet som styr El Niño Southern Oscillation (ENSO).

"ENSO är en viktig drivkraft för brandaktivitet över flera kontinenter, sa Randerson, som tillsammans med Morton och andra forskare har studerat sambandet mellan El Niño-händelser och brandsäsonger i Sydamerika, Centralamerika, delar av Nordamerika, Indonesien, Sydostasien och Ekvatorialasien. "Nederbörden både före brandsäsongen och under brandsäsongen kan förutsägas med hjälp av havsyttemperaturer som mäts av NASA- och NOAA-satelliter."

Ett pågående projekt, sa Randerson, är att nu utöka den förutsägelseförmågan globalt till regioner som påverkas av andra havsklimattemperaturförändringar och indikatorer.

Den mänskliga faktorn

När man studerar de långsiktiga trenderna för bränder, mänsklig markförvaltning är lika viktig att ta hänsyn till som alla andra faktorer. Globalt, någonstans på jorden brinner alltid — och de flesta av dessa bränder anläggs av människor, antingen av misstag i vilda marker, eller med flit, till exempel, att röja mark eller bränna jordbruksmarker efter skörden för att få bort skörderester.

Men alla bränder beter sig inte på samma sätt. Deras beteende beror på bränsletypen och hur människor förändrar landskapet. Medan brandaktiviteten har blivit värre i skogar på nordlig breddgrad, forskning utförd av Randerson och Morton har visat att trots klimatförhållanden som gynnar bränder, antalet bränder i gräsmarker och savannekosystem över hela världen minskar, bidrar till en total minskning av det globala brända området. Nedgången beror på en ökad mänsklig närvaro som skapar ny odlingsmark och vägar som fungerar som brandgator och motiverar lokalbefolkningen att bekämpa dessa mindre bränder, sa Morton.

"Människor och klimat tillsammans är verkligen de dubbla faktorerna som formar bränderna runt om i världen. Det är inte det ena eller det andra, sa Randerson.

Brandåterkopplingar

Bränder påverkar människor och klimat i gengäld. För folk, utöver den omedelbara förlusten av liv och egendom, rök är en allvarlig hälsorisk när små sotpartiklar kommer in i lungorna, Långtidsexponering har kopplats till högre frekvens av andnings- och hjärtproblem. Rökplymer kan färdas i tusentals mil vilket påverkar luftkvaliteten för människor långt i vinden från den ursprungliga branden. Bränder utgör också ett hot mot den lokala vattenkvaliteten, och förlust av vegetation kan leda till erosion och lerskred efteråt, som har varit särskilt dåliga i Kalifornien, sa Randerson.

För klimatet, bränder kan direkt och indirekt öka koldioxidutsläppen till atmosfären. Medan de brinner, bränder frigör kol som lagras i träd eller i marken. På vissa platser som Kalifornien eller Alaska, ytterligare kol kan frigöras när de döda träden bryts ned, en process som kan ta årtionden eftersom döda träd kommer att stå som spöken i skogen, förfaller långsamt, sa Morton. Förutom att släppa ut kol när de sönderfaller, de döda träden fungerar inte längre som en kolsänka genom att dra ut koldioxid ur atmosfären. I vissa områden som Indonesien, Randerson och hans kollegor har funnit att radiokolåldern för koldioxidutsläpp från torvbränder är cirka 800 år, som sedan läggs till växthusgaserna i den atmosfären som driver den globala uppvärmningen. I arktiska och boreala skogsekosystem, bränder bränner organiskt kol som lagras i marken och påskyndar smältningen av permafrost, som frigör metan, en annan växthusgas, när det är upptinat.

Ett annat område av aktiv forskning är den blandade effekten av partiklar, eller aerosoler, i atmosfären i regionala klimat på grund av bränder, sa Randerson. Aerosoler kan vara mörka som sot, kallas ofta svart kol, absorberar värme från solljus i luften, och när man landar och mörknar snö på marken, accelererar dess smältning, vilket påverkar både lokala temperaturer – vilket höjer dem eftersom snö reflekterar bort solljuset – och vattnets kretslopp. Men andra aerosolpartiklar kan vara ljusa, reflekterar solljus och har potentiellt en kylande effekt medan de stannar kvar i atmosfären. Oavsett om det är mörkt eller ljust, enligt Randerson, aerosoler från bränder kan också ha en effekt på moln som gör det svårare för vattendroppar att bildas i tropikerna, och därmed minska nederbörden — och öka uttorkningen.

Bränder av alla slag omformar landskapet och atmosfären på sätt som kan ge eko i årtionden. För att förstå både deras omedelbara och långsiktiga effekter krävs långsiktiga globala datamängder som följer bränder från upptäckten till kartläggningen av deras brända område, att spåra rök genom atmosfären och övervaka förändringar i nederbördsmönster.

"När klimatet värms upp, vi har en ökande frekvens av extrema händelser. Det är avgörande att övervaka och förstå extrema bränder med hjälp av satellitdata så att vi har verktygen för att framgångsrikt hantera dem i en varmare värld, sa Randerson.