En ny studie använder data från instrumentet ECOSTRESS ombord på rymdstationen för att bättre förstå varför vissa delar av en löpeld brinner mer intensivt än andra.

Även i det torkadrabbade Kalifornien har inte alla områden samma risk för skogsbränder. En nyligen genomförd studie med data från NASA:s ECOSTRESS-uppdrag fann samband mellan intensiteten av en skogsbrand och vattenstressen i växter uppmätt under månaderna före branden. Korrelationerna var inte bara en fråga om att torra växter brände mer än hydratiserade; vissa områden där växtligheten hade tillräckligt med vatten brann mer allvarligt, möjligen för att bränder hade mer bränsle att förbruka.

Forskningen, ledd av forskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i södra Kalifornien, bygger på växtvattenanvändningsdata som samlats in av ECOSTRESS, en förkortning för ECOsystem and Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station. Instrumentet mäter temperaturen på växter när de värms upp när de får slut på vatten. För den här studien fokuserade forskare på data som samlats in under delar av 2019 och början av 2020 över sex områden – tre i södra Kaliforniens berg och tre i Sierra Nevada – som sedan brändes av skogsbränder.

Annan forskning har visat att skogsbränder över västra USA börjar tidigare på året och ökar i längd och svårighetsgrad. I Kalifornien – en stat med 33 miljoner tunnland (13 miljoner hektar) skogar, mycket av det förvaltas av federala, statliga och lokala myndigheter – kan detaljerade insikter om förhållandet mellan skogsbränder och tillgången på vatten till vegetation hjälpa brandledningstjänstemän identifiera inte bara om ett område sannolikt kommer att fatta eld, utan hur allvarlig skadan kommer att bli om den gör det.

"Vi befinner oss i en intensiv megatorka - den värsta på 1 200 år - och det skapar förutsättningar för mer katastrofala bränder", säger Christine Lee, medförfattare till studien vid JPL. "Datauppsättningar som de från ECOSTRESS kommer att vara avgörande för att utveckla vetenskapen och kan ge information för att stödja dem som reagerar på klimatförändringskriser."

Genom att jämföra ECOSTRESS-data med separata satellitbilder efter brand fann forskarna att hastigheten med vilken växter släpper ut vatten genom att "svettas" - en process som kallas evapotranspiration - såväl som hur effektivt de använder vatten för fotosyntes, kan hjälpa till att förutsäga om efterföljande skogsbränder är mer eller mindre intensiv. Båda måtten indikerar om ett växtsamhälle får tillräckligt med vatten eller är under stress av brist på det.

"Vi försökte förstå vad som driver skillnaderna i varför vissa områden har allvarliga brännskador och andra områden inte," säger Madeleine Pascolini-Campbell, en vatten- och ekosystemforskare vid JPL och huvudförfattare till tidningen. "Resultaten visar hur avgörande vattenstress är för att förutsäga vilka områden som brinner mest och varför det är viktigt att övervaka vegetationen i dessa regioner."

Spåra växtstress

Liksom människor kämpar växter för att fungera när de är för varma. Och på ungefär samma sätt som svettning hjälper människor att hålla sig sval, är växter beroende av evapotranspiration för att reglera sin temperatur. Evapotranspiration kombinerar den hastighet med vilken växter förlorar vatten när det avdunstar från jorden och genom transpiration, där de släpper ut vatten genom öppningar i deras blad, kallade stomater. För att undvika att förlora för mycket vatten börjar växter stänga sina stomater om de blir för torra.

"Som ett resultat börjar de värmas upp eftersom de inte har fördelen av att "svettas" längre," sa Lee. "Med ECOSTRESS kan vi observera dessa riktigt fina temperaturförändringar, som används för att förstå förändringar i evapotranspiration och vattenanvändningseffektivitet."

I allmänhet signalerar långsammare evapotranspiration och lägre effektivitet att växter är vattenstressade. Högre värden indikerar att växterna får tillräckligt med vatten.

ECOSTRESS spårar evapotranspiration via en högupplöst termisk radiometer som kan mäta temperaturen på fläckar på jordens yta så små som 130 gånger 230 fot (40 gånger 70 meter).

Hög kontra låg stress

I tidningen, publicerad i Global Ecology and Biogeography , fann forskare att vattenstressrelaterade variabler, tillsammans med höjd, var dominerande prediktorer för brännskador i områden som drabbades av tre skogsbränder i södra Kalifornien 2020:Bobcat-branden i Angeles National Forest, tillsammans med Apple- och El Dorado-bränderna i San Bernardino National Forest.

Huruvida högre eller lägre stress förutspådde mer allvarlig bränning berodde på den primära typen av vegetation i ett område, sa Pascolini-Campbell. Till exempel tenderade stressade tallskogar att brinna mer allvarligt, vilket tyder på att torrare förhållanden gjorde träd mer brandfarliga. Samtidigt, i gräsmarker, tenderade lägre stress att korrelera med fler brännskador, en möjlig indikation på att robust vegetationstillväxt producerade mer bränsle, vilket resulterade i mer intensiva eldsvådor. Och i Sierra Nevada-regionerna som bränts av Creek Fire, Sequoia Complex Fire och North Complex Fire, visade resultaten svagare samband mellan stress före brand och brännskador. Studieförfattarna antar att variabler som inte fångades i analysen – vind eller andra väderförhållanden – var mer inflytelserika i dessa brännområden.

Stödja beslutsfattare

Studien kommer när NASA ökar ansträngningarna för att mobilisera sin teknik, expertis och resurser för att studera skogsbränder. Byrån tillkännagav i maj bildandet av NASA Wildland FireSense, ett initiativ som syftar till att sammanföra experter från olika discipliner, tillsammans med avancerad teknik och analytiska verktyg, för att utveckla tillvägagångssätt som kan informera och vägleda beslutsfattare inom brandhantering.

Vikten av verktyg som ECOSTRESS, som är planerad att fungera fram till september 2023, kommer att växa i takt med att klimatförändringarna leder till ökad risk för skogsbränder i västra USA, sa Pascolini-Campbell. "Det är en högprioriterad region för att använda dessa typer av studier för att se vilka områden som är mest utsatta," tillade hon. + Utforska vidare

Skog som drabbats av torka ledde till bränder i Amazonas