Лесные пожары горят по всему штату Калифорния в течение нескольких недель – некоторые из них становятся более крупными комплексами по мере слияния различных пожаров. Одним из них был августовский комплексный пожар, который, как сообщается, начался с 37 отдельных пожаров, вызванных ударами молнии в северной Калифорнии 17 августа. Этот пожар все еще горит более месяца спустя.
Августовский комплексный пожар и другие пожары в этот сезон пожаров направили в атмосферу далеко идущие клубы дыма лесных пожаров, что ухудшило качество воздуха в Калифорнии и за ее пределами. Предсказать, куда будет распространяться этот дым и насколько плохим будет воздух с подветренной стороны, является сложной задачей, но спутники наблюдения Земли могут помочь. В их число входят НАСАспутники Terra и CALIPSO, а также совместный спутник НАСА и Национальной ассоциации океанических и атмосферных исследований (NOAA) Suomi NPP. Вместе инструменты на этих спутниках позволяют увидеть дым с течением времени, что может помочь улучшить прогнозы качества воздуха.
Спутник Terra является домом для MISR, который использует девять камер, чтобы делать снимки Земли с разных углов. Предоставлено: команда MISR – Лаборатория реактивного движения / Калифорнийский технологический институт / НАСА Годдард.
«Спутниковые инструменты имеют то преимущество, что обеспечивают широкий охват и согласованные измерения. точность – сказал Ральф Кан, старший научный сотрудник отдела наук о Земле Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, изучающий аэрозоли. Кан и другие исследователи атмосферы в НАСА собирают данные о пожарах со спутников наблюдения за Землей, которые используются для улучшения моделей, которые предсказывают, как дым от лесных пожаров повлияет на качество воздуха с подветренной стороны от пожаров.
MISR: оценка ситуации с разных сторон
Одним из инструментов на спутнике НАСА Terra является многоугловой спектрорадиометр (MISR), который имеет девять разных камер, направленных на Землю под разными углами. Когда 31 августа Терра проходила над августовским комплексным пожаром, MISR собрал снимки дымового шлейфа с разных углов.
Ученые смотрят на эти разные точки зрения, чтобы рассчитать протяженность и высоту дымового шлейфа с подветренной стороны, а также высоту, ближайшую к источнику огня, называемую высотой впрыска. Эта информация важна для определения того, как далеко будет распространяться дым.
«Дым имеет тенденцию оставаться в воздухе дольше, путешествовать дальше и оказывать большее воздействие на окружающую среду, возможно, далеко по ветру, если он попадает в атмосферу выше», – сказал Кан.
31 августа самые высокие части шлейфа от августовского сложного пожара достигли высоты примерно 4 км (2,5 мили) над пограничным слоем атмосферы, который является ближайшим к поверхности Земли слоем атмосферы. Шлейф свежего дыма простирался, по крайней мере, на 30 миль (45 км) к востоку от области горения возле национального леса Мендосино в северной Калифорнии. За предыдущие несколько дней дым от этого пожара уже распространился более чем на 310 миль (500 километров) к западу и более чем на 460 миль (750 километров) к востоку от источника, пересекая Юту и выходя через Тихий океан.
Ученые использовали различные углы камеры MISR для расчета высоты дымовых шлейфов, испускаемых августовским комплексным пожаром 31 августа. В северном шлейфе дым превышал 4 километра в самой высокой точке.
Источники: Р. Кан, К. Дж. Нойес / НАСА Годдард; А. Настан / JPL Caltech; Дж. Тэкетт, Дж. П. Вернье / НАСА Лэнгли
Инструмент MISR также собирал информацию о количестве, размере и яркости частиц в дымовом шлейфе на основе того, как частицы рассеивают свет под разными углами и длинами волн. Эти данные дают исследователям информацию о характеристиках дыма от лесных пожаров, чтобы предсказать, как он будет двигаться и влиять на качество воздуха. Например, южная часть дымового шлейфа, испускаемого августовским комплексным пожаром 31 августа, состояла в основном из мелких темных частиц, которые обычно выделялись при интенсивном горении огня. Но по мере того, как шлейф двигался по ветру, частицы становились больше и ярче, возможно, потому, что вода или другие газы, испускаемые огнем, конденсировались на частицах дыма.
MODIS: снимок горячих точек Wildfire
Отдельные лесные пожары и большие скопления объединенных пожаров, горящих по всему штату, а также накопившийся дым, который они производят, затрудняют наблюдение фактических горячих точек из космоса. Но спектрорадиометр среднего разрешения (MODIS) на борту спутника НАСА Terra может видеть более длинные волны невидимого света или инфракрасного излучения, создаваемого теплом, исходящим от активно горящих лесных пожаров. Другими словами, MODIS иногда может видеть сквозь дым, даже когда наши глаза не могут, сравнивая более высокое инфракрасное излучение от горячих точек с более низким излучением, исходящим из окружающей области.
Когда он проходит над западной частью США, MODIS может видеть полосу шириной около 1430 миль (2300 километров) – примерно на расстоянии от центральной части штата Юта до почти 70 миль вглубь Тихого океана – обеспечивая ценную информацию о том, что происходит с пожарами и задымлением. MODIS на западе США обнаружил несколько скоплений очагов возгорания в августовском комплексном пожаре, который к 2 сентября охватил более 240 000 акров.
«В этом случае масштабы пожара огромны, и дымовые шлейфы могут преодолевать сотни или даже тысячи километров», – сказал Кан. «Спутники предоставляют не только контекст, но и информацию о взаимосвязи между различными пожарами». Во время пролета над головой 31 августа MODIS зафиксировал Огненный комплекс Августа, а также несколько других пожаров и более крупные комплексы пожаров, горящих на севере, юге и востоке. Наблюдение за взаимоотношениями между пожарами дает подсказки о том, какие пожары могут слиться в последующие дни.
31 августа MODIS обнаружил несколько очагов пожара августовского комплекса в Калифорнии, а также несколько других активно горящих районов к северу, западу и югу. Источники: R. Kahn / KJ Noyes / NASA Goddard / A. Настан / JPL Caltech / Дж. Такетт / Дж. П. Вернье / НАСА Лэнгли
КАЛИПСО и АЭС Суоми: видя масштабы дыма
Шлейфы дыма от лесных пожаров в Калифорнии охватили многие города и поселки по всему штату, окрасив небо в апокалиптический оттенок выжженного оранжевого. В других областях небо туманное серое, и в воздухе плавают пятнышки пепла. Но в некоторых регионах Западного побережья небо выглядит относительно нормальным – даже если в воздухе есть частицы дыма – потому что их слишком мало, чтобы наши глаза могли их обнаружить.
Вот тут-то и пригодится спутник НАСА CALIPSO. На борту CALIPSO есть лазер, который испускает лазерные лучи в направлении Земли. Когда этот свет попадает на что-то, например на частицы в шлейфе дыма от лесных пожаров, он отражается обратно на датчики на CALIPSO. Хотя лазерный свет слишком слаб, чтобы причинить какой-либо ущерб, свет, отраженный обратно к спутнику частицами дыма, многое говорит ученым о дыме, даже когда шлейф слишком прозрачен, чтобы они могли видеть его глазами. Когда шлейф от августовского комплексного пожара отнесся на запад, CALIPSO обнаружила дым возрастом несколько дней, спускающийся с высоты около 2,5 миль над землей до поверхности океана в пределах мили при пересечении береговой линии Калифорнии.
Используя бортовой лазер, спутник CALIPSO может отслеживать, как движется дымовой шлейф, и собирать информацию о содержащихся в нем частицах дыма, даже когда шлейф слишком тонкий, чтобы ученые могли увидеть его собственными глазами. Предоставлено: Р. Кан / К.Дж. Нойес / НАСА Годдард / А. Настан / JPL Caltech / Дж. Такетт / Дж. П. Вернье / НАСА Лэнгли
CALIPSO может отличить облака от дыма, что иногда бывает трудно сделать, посмотрев на спутниковое изображение. Зная, где дым относительно облаков, исследователи могут увидеть взаимодействия между облаками и дымом, которые могут повлиять на характеристики и распространение дыма. Например, иногда облака поглощают и изменяют частицы дыма и даже могут удалять их из воздуха, когда идет дождь. В других случаях частицы темного дыма от лесных пожаров могут поглощать солнечный свет, нагреваясь и нагревая атмосферу, что может вызвать испарение облаков.
Спутник НАСА CALIPSO собирает подробные данные, но имеет узкое поле зрения. Спутник наблюдает за двумерной вертикальной «завесой», которая рассекает дымовой шлейф, когда он проходит над головой, собирая подробные измерения типа и положения аэрозолей дыма от лесных пожаров в атмосфере. Затем ученые в качестве контекста обращаются к трем датчикам на борту АЭС Суоми, которые вместе называются Ozone Mapping and Profiler Suite (OMPS). Эти датчики получают более широкое, но менее подробное представление о том, что происходит с частицами дыма в атмосфере Земли, что позволяет ученым выяснить, на что ориентируется CALIPSO, и сделать более точные экстраполяции на основе данных CALIPSO.
Инструменты на борту спутников флота НАСА для наблюдения за Землей предоставляют обширные данные, недоступные из каких-либо других источников, что позволяет исследователям лучше понять дым от лесных пожаров и то, как он влияет на качество воздуха. В таких случаях, как нынешние лесные пожары в Калифорнии, исследователи атмосферы НАСА, изучающие пожары, сотрудничают с программой NASA Earth Science Disasters, чтобы поделиться своими выводами с пожарными и представителями общественного здравоохранения. Программа NASA Disasters сотрудничает с местными и региональными агентствами на местах, помогая передавать данные со спутников НАСА тем, кто в них больше всего нуждается.
«Наша работа в первую очередь помогает улучшить модели, прогнозирующие качество воздуха», – сказал Кан. «Это командные усилия, и когда мы можем помочь, мы обязательно помогаем».
