Rök från en sommareld är mer än bara en svidande plym av olägenhet. Det är ett gift för lungorna och hjärtan hos de människor som andas in det och ett tätt täcke som hindrar brandbekämpningen.

Det finns en atmosfärisk återkopplingsslinga, säger Atmosfärsforskaren Adam Kochanski vid University of Utah, som kan låsa rök i dalar på ungefär samma sätt som temperaturinversioner låser smog och gunk i Salt Lake Valley varje vinter. Men förstår denna slinga, Kochanski säger, kan hjälpa forskare att förutsäga hur rök kommer att påverka luftkvaliteten i dalar, förhoppningsvis att hjälpa både invånare och brandmän.

Kochanski och kollegors studie visas i Journal of Geophysical Research-Atmospheres . Arbetet finansierades av anslag från det amerikanska jordbruksdepartementet och från NASA.

Rökridå

År 2015, brandmän som kämpade mot skogsbränder i norra Kalifornien märkte att rök som samlades i dalar inte försvann. Röken blev så dålig att flygstödet måste avbryta flygningar, bromsa brandbekämpningen. "Det väckte frågan, "Kochanski säger, "Varför är det? Varför helt plötsligt, är röken så beständig och vad håller detta mycket tjocka lager av rök i dessa dalar under så lång tid? "

Kochanski och hans kollegor, inklusive forskare från Desert Research Institute, University of Colorado, Boulder och Harvard &Smithsonian Center for Astrophysics gav sig ut för att besvara dessa frågor. Deras första ledtråd kom från mätningar av temperatur både under och över röklagret. Luften, de hittade, var varmare över röken än under.

Invånare i Salt Lake Valley och andra skålformade dalar kommer att känna igen mönstret av varmare luft ovanför kallare dalluft som en inversion - en vändning av den normala kylningen av luft med höjden. Den atmosfäriska kemin i Salt Lakes vinterinversioner är lite annorlunda än en brandinversion, men fysiken är densamma:varm luft stiger, kall luft sjunker och inversionen lägger ett varmt lock över en dal, fångar all dalluft nedanför.

Den största skillnaden är att i fallet med rökinversionerna gör röklagret inversionen ännu starkare.

Återkopplingsslingan

Kochanski och hans kollegor modellerade dynamiken i luft och rök i dalterrängen och hittade en återkopplingsslinga som förstärker de atmosfäriska inversionsförhållandena.

"En nyckel till den här situationen är ögonblicket när röken dyker upp i atmosfären och det bara gör tillräckligt för att blockera inkommande solstrålning, "Säger Kochanski. Med solens energi blockerad, luften vid marken börjar svalna. "Den ytnära kylningen begränsar blandningen, förstärker lokala inversioner och leder till ännu högre rökkoncentrationer, som i sin tur blockerar mer solstrålning och gör rök ännu mer ihållande. "

Kylningen försvagar också vindarna i den rökfyllda dalen och stabiliserar atmosfären, hindrar vinden från att bryta igenom och rensa ut den stillastående luften.

Kochanski säger att det finns tre vägar ut ur en brandinversion. Den ena är att röken lägger sig när elden är släckt, så att mer ljus och värme når marken. En annan är en tillräckligt stor vind som kan tränga igenom och blanda luftlagren. En tredje är nederbörd, som fallande regn kan skrubba luften ren från aerosoler.

"Om det är business as usual och dag för dag har du fint soligt väder utan vind eller nederbörd, väl, denna positiva återkopplingsslinga leder till mer rök i dalarna än vad som kunde förväntas bara baserat på brandbeteendet, "Säger Kochanski.

En ny sorts prognos

Att förstå villkoren som skapar feedback -loop hjälper forskare att förutsäga hur och när det kan bildas eller försvinna. Brandinversioner kommer fortfarande att förbli ett problem för brandmän, men Kochanski säger att nu kommer forskare att kunna sätta ihop mer exakta rökprognoser.

"Vi kan bättre berätta var, hur tät och hur beständig röken kommer att bli, "säger han." Det är något som inte var tillgängligt tidigare. "Vädermodeller kommer också att kunna förutsäga luftkvalitetseffekter från rök på sätt som de inte tidigare kunde, han lägger till.

Resultaten av denna studie integreras redan i programmet National Predictive Services. "När jag pratar om applikationer, "Säger Kochanski." Det är inte tio år sedan. Det är något som vi kommer att börja arbeta med inom de närmaste månaderna. "