Skogsbränder har brunnit över delstaten Kalifornien i veckor - några av dem blir större komplex när olika bränder smälter samman. En av dem var August Complex Fire, som enligt uppgift började som 37 distinkta bränder orsakade av blixtnedslag i norra Kalifornien den 17 augusti. Den elden brinner fortfarande över en månad senare.

August Complex Fire och andra denna brandsäsong har skickat långtgående plymer av skogsbrandsrök till atmosfären som försämrar luftkvaliteten i Kalifornien och bortom. Att förutsäga var den röken kommer att resa och hur dålig luften kommer att vara i medvind är en utmaning, men jordobserverande satelliter kan hjälpa. Inkluderade bland dem är NASA:s Terra och CALIPSO satelliter, och den gemensamma NASA-National Oceanic and Atmospheric Association (NOAA) Suomi NPP-satellit. Tillsammans, instrumenten på dessa satelliter ger glimtar av röken över tid, vilket kan bidra till att förbättra prognoserna för luftkvaliteten.

"Satellitinstrumenten har fördelen av att ge bred täckning och konsekvent mätnoggrannhet över tid, samt att göra sina observationer utan någon risk för de personer som tar data, sa Ralph Kahn, en senior forskare vid Earth Sciences Division vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, som studerar aerosoler. Kahn och andra atmosfäriska forskare vid NASA samlar in data om bränderna från jordobservationssatelliter som används för att förbättra modeller som förutsäger hur brandrök kommer att påverka luftkvaliteten mot bränderna.

MISR:Att bedöma situationen från olika vinklar

Ett av instrumenten på NASA:s Terra-satellit är Multi-angle Imaging Spectroradiometer (MISR), som har nio olika kameror som pekar mot jorden i olika vinklar. När Terra passerade över augustikomplexbranden den 31 augusti, MISR samlade in ögonblicksbilder av rökplymen från olika vinklar.

Forskare tittar på dessa olika perspektiv för att beräkna omfattningen och höjden av rökplymen i vinden, samt höjden närmast brandkällan, kallas injektionshöjden. Den informationen är viktig för att avgöra hur långt röken kommer att färdas.

"Rök tenderar att hålla sig uppe längre, resa längre och ha en större miljöpåverkan, kanske långt medvind, om det injiceras högre upp i atmosfären, sa Kahn.

Den 31 augusti de högsta delarna av plymen från August Complex Fire nådde cirka 2,5 miles (4 kilometer) upp i luften – vilket placerade den ovanför atmosfärens gränsskikt, vilket är det skikt av atmosfären som är närmast jordens yta. Den färska rökplymen sträckte sig minst 30 miles (45 kilometer) öster om det brinnande området nära Mendocino National Forest i norra Kalifornien. Under de senaste dagarna, röken från denna brand hade redan färdats mer än 500 kilometer västerut och över 750 kilometer öster om källan, korsar in i Utah och ut över Stilla havet.

MISR-instrumentet samlade också in information om beloppet, storlek, och ljusstyrkan hos partiklarna i rökplymen baserat på hur partiklarna sprider ljus i olika vinklar och våglängder. Dessa data ger forskare information om egenskaperna hos brandrök för att förutsäga hur den kommer att röra sig och påverka luftkvaliteten. Till exempel, den södra delen av rökplymen som släpptes ut av augustikomplexbranden den 31 augusti var till största delen gjord av små, mörka partiklar frigörs vanligtvis när en eld brinner intensivt. Men när plymen rörde sig i vinden, partiklarna blev större och ljusare, möjligen för att vatten eller andra gaser som släpps ut av bränderna kondenserade på rökpartiklarna.

MODIS:En ögonblicksbild av Wildfire Hotspots

Enskilda skogsbränder och stora eldsvådor av sammanslagna bränder som brinner i hela staten – och den ackumulerade röken de producerar – gör det svårt att se de faktiska flammande hotspotsna från rymden. Men Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) ombord på NASA:s Terra-satellit kan se de längre våglängderna av osynligt ljus, eller infraröd strålning som produceras av värmen som kommer från aktivt brinnande skogsbränder. Med andra ord, MODIS kan ibland se genom rök även när våra ögon inte kan genom att jämföra den högre infraröda strålningen från hotspots med den lägre strålningen som kommer från det omgivande området.

När den passerar över västra USA, MODIS kan se en sträng ca 1, 430 miles (2, 300 kilometer) bred – ungefär avståndet från centrala Utah till nästan 70 miles in i Stilla havet – vilket ger värdefull kontext om vad som händer med bränderna och röken över västra USA. MODIS identifierade flera kluster av brandhärdar i August Complex Fire, som hade förbrukat över 240, 000 hektar senast den 2 september.

"Branden är enorm i det här fallet, och rökplymerna kan färdas hundratals eller till och med tusentals kilometer, sa Kahn. Satelliterna ger inte bara sammanhang, men också information om sambanden mellan olika bränder." MODIS fångade August Complex Fire såväl som flera andra bränder och större komplex av bränder som brann i norr, söder, och öst. Att se sambanden mellan bränderna ger ledtrådar till vilka bränder som sannolikt kommer att smälta samman under de följande dagarna.

CALIPSO och Suomi NPP:Att se omfattningen av röken

Rökplymerna från Kaliforniens skogsbränder har uppslukat många städer och städer i hela staten, gör himlen till en apokalyptisk nyans av bränd orange. På andra områden, himlen är dimmig grå, och askfläckar svävar genom luften. Men i vissa regioner på västkusten, himlen ser relativt normal ut – även om det finns rökpartiklar i luften – eftersom det finns för få rökpartiklar för våra ögon att upptäcka.

Det är där NASA:s CALIPSO-satellit kommer in. CALIPSO har en laser ombord som skjuter laserljus mot jorden. När ljuset träffar något, såsom partiklar i en rökplym av en löpeld, det reflekteras tillbaka till sensorer på CALIPSO. Även om laserljuset är för svagt för att orsaka någon form av skada, ljuset som reflekteras tillbaka till satelliten av rökpartiklar säger forskarna mycket om röken även när plymen är för genomskinlig för att de ska kunna se med ögonen. När plymen från August Complex Fire bars västerut, CALIPSO upptäckte rök flera dagar gammal som sjönk från cirka 2,5 miles över land till inom en mil från havets yta när den korsade Kaliforniens kustlinje.

CALIPSO kan se skillnaden mellan moln och rök, vilket ibland kan vara svårt att göra genom att titta på en satellitbild. Att veta var röken är i förhållande till moln gör det möjligt för forskare att se samspelet mellan moln och rök, vilket kan påverka rökens egenskaper och spridning. Till exempel, ibland suger och modifierar moln rökpartiklar, och kan till och med ta bort dem från luften när det regnar. Andra tider, mörka brandrökpartiklar kan absorbera solljus, blir varm och värmer upp atmosfären, vilket kan få molnen att avdunsta.

NASA:s CALIPSO-satellit fångar detaljerade data, men den har ett smalt synfält. Satelliten observerar längs en tvådimensionell vertikal "gardin" som skär genom rökplymen när den passerar ovanför, samla in detaljerade mätningar av typen och positionen av aerosoler från skogsbränder i atmosfären. Forskare vänder sig sedan till tre sensorer ombord på Suomi NPP, gemensamt kallad Ozone Mapping and Profiler Suite (OMPS), för sammanhang. Dessa sensorer får en bredare men mindre detaljerad bild av vad som händer med rökpartiklarna i jordens atmosfär, som gör det möjligt för forskare att ta reda på vad CALIPSO siktar på och göra bättre extrapolationer baserat på CALIPSO:s data.

Instrumenten ombord på satelliter i NASA:s jordobservationsflotta tillhandahåller omfattande data, inte tillgänglig från någon annan källa, som gör det möjligt för forskare att få en bättre förståelse för rök från skogsbränder och hur den påverkar luftkvaliteten. I fall som de nuvarande skogsbränderna över Kalifornien, NASA:s atmosfäriska forskare som studerar bränderna samarbetar med NASA Earth Science Disasters-programmet för att dela sina resultat med brandmän och folkhälsotjänstemän. NASAs katastrofprogram samarbetar med lokala och regionala myndigheter på plats, hjälpa till att få data från NASA:s satelliter i händerna på dem som behöver det mest.

"Vårt arbete är främst till hjälp för att förbättra modellerna som förutsäger luftkvalitet, " sa Kahn. "Detta är en laginsats och när vi kan hjälpa, det gör vi verkligen."