Incendiile de pădure își fac propria vreme și asta contează pentru gestionarea incendiilor

Incendiile nu sunt cunoscute pentru reținerea lor. Vor sări peste râuri, vor arunca derviși de flăcări învârtite și vor dubla dimensiunea peste noapte.

Take the Carr Fire – unul dintre cele mai distructive din California – a izbucnit la mijlocul lunii iulie, când janta unei anvelope deflate s-a întâlnit cu pavaj. Pe măsură ce focul creștea, a sărit peste râul Sacramento și a declanșat un vârtej în flăcări care a prins și ucis un pompier în apropiere de Redding. Până la 30 august, când a fost izolat complet, a ars 930 de kilometri pătrați, a distrus peste 1.000 de clădiri și a ucis șapte persoane.

„Odată ce aceste incendii se răspândesc suficient de repede și suficient de intens, nu le puteți opri”, spune Ruddy Mell, inginer de ardere la Serviciul Forestier al SUA cu sediul în Seattle.

Agențiile federale și de stat care gestionează incendiile de pădure folosesc ecuații matematice – modele de incendiu – pentru a prezice cum se vor răspândi incendiile și pentru a decide cum să angajeze resursele de stingere a incendiilor sau dacă este necesară o evacuare. Dar modelele nu pot prezice întotdeauna când un incendiu va vira brusc într-o nouă direcție sau va crește exponențial.

Acum, oamenii de știință dezvoltă modele de incendiu mai nuanțate, cu date din satelit din ce în ce mai detaliate și o mai bună înțelegere a modului în care incendiile își pot crea propria vreme și își pot avânta propriile flăcări. Aceste modele la scară mai fină durează ore sau zile pentru a rula pe un computer, așa că nu este probabil să înlocuiască modele de câmp mai rapide și murdare pentru a răspunde la căldura momentului. Dar ei îi pot ajuta pe oamenii de știință să descopere ce determină comportamentul unui incendiu și să învețe cum să protejeze mai bine comunitățile de incendii.

Înregistrează arsuri

În 2018, incendiile de vegetație sunt pe cale să provoace cel puțin la fel de multe daune în Statele Unite ca în 2017, când au ars o suprafață mai mare decât în ​​aproape orice an de când a început colectarea consecventă a datelor în 1983, potrivit Centrului Național Interagenție de Pompieri din Boise. , Idaho. Începând cu 5 septembrie, incendiile au incendiat aproape 30.000 de kilometri pătrați la nivel național, o zonă mai mare decât Massachusetts. În ultimii câțiva ani, aceste incendii au aruncat un văl deosebit de gros de poluare cu particule peste vestul Statelor Unite (SN: 18/08/18, str. 9), unde în prezent ard aproape 100 de incendii mari.

În timp ce incendiile provocate în mod natural de fulgere sunt o parte sănătoasă a multor ecosisteme, oamenii au agravat din neatenție astfel de incendii. Ani de politici de gestionare a pădurilor care suprimă incendiile naturale le-au făcut pe cele care fac bule și mai feroce, din moment ce există atât de mult combustibil pe pământ. În plus, oamenii declanșează 84% din toate incendiile de vegetație, accidental sau intenționat, au raportat cercetătorii în Proceedings of the National Academy of Sciences în martie 2017. Influența noastră a făcut ca sezonul de incendiu să fie de trei ori mai lung decât ar fi în mod natural, sugerează studiul.

Schimbările climatice ar putea intensifica problema. O mare parte din vestul Statelor Unite va vedea probabil o creștere a suprafeței de teren ars în următorii 30 de ani, conform unui studiu din decembrie 2017 în Plus unu care a analizat date despre temperatură, zăpadă și incendii. Și în viitor, fluctuațiile climatice ciclice, cum ar fi El Niño, vor exercita o influență mai puternică asupra valurilor de căldură și a incendiilor de vegetație, făcând astfel de dezastre naturale mai grave, au sugerat cercetătorii în august în Scrisori de cercetare geofizică.

Totuși, capturarea comportamentului focului prin ecuații matematice este aproape la fel de dificilă precum oprirea arderii. Incendiile sunt influențate de un set complex de variabile. Ce fel de plante acoperă pământul? Terenul este plat sau deluros? Cât de repede bate vântul? Care este temperatura?

Managerii de incendiu iau în considerare aceste variabile, dar modelele lor de predicție sunt concepute pentru scenarii de urgență în care un răspuns rapid este esențial. Ecuațiile brute ale câmpului nu surprind detaliile mai fine – modul în care incendiile interacționează cu atmosfera, de exemplu, creând propriile vânturi care pot sufla flăcări și scuipa jar în direcții neașteptate.

Vremea de foc

Desigur, strângerea de date despre modul în care incendiile interacționează cu atmosfera ridică unele provocări logistice. „Este aproape imposibil să instalezi instrumente chiar lângă un incendiu de mare intensitate”, spune Warren Heilman, meteorolog al Serviciului Forestier din Lansing, Michigan. Asta ar distruge instrumentele.

Acolo intervine un nou instrument de predicție dezvoltat de cercetătorul atmosferic Janice Coen de la Centrul Național pentru Cercetare Atmosferică din Boulder, Colorado, și colegii săi. Modul în care aerul se mișcă atunci când este încălzit de un incendiu și modul în care mișcarea aerului este alimentată. pentru a influența comportamentul focului, „se rezumă la matematică complexă și dinamica fluidelor”, spune Coen. „Dacă înțelegi aceste lucruri corect, o mulțime din acest comportament oribil de complex se dezvăluie.” Aceste tipuri de ecuații sunt deja folosite în prognoza meteo, dar echipa lui Coen le aplică incendiilor de vegetație printr-un model numit model de mediu cuplat atmosferă-incendiu sălbatic sau CAWFE.

Echipa lui Coen a aplicat recent CAWFE retrospectiv la King Fire din 2014, care a ars aproape 400 de kilometri pătrați în Sierra Nevada din California. Incendiul s-a deplasat destul de încet, dar apoi a urcat 25 de kilometri într-un canion în doar 11 ore cu o ferocitate uluitoare – o stație meteo din apropiere înregistrase vânturi calme în acel moment. Știrile au dat vina pe secetă pentru că a lăsat peisajul uscat și ușor combustibil, dar Coen nu era convins că era atât de simplu.

Analiza ei a sugerat că seceta nu a fost factorul principal al severității bruște a incendiului.

În schimb, răspândirea rapidă a Regelui Foc într-un canion a fost alimentată de mișcarea atmosferică creată de foc însuși, a raportat echipa ei în mai în Aplicații ecologice. Diferențele de presiune atmosferică creează vânt – aerul care se deplasează din zone cu presiune mai mare în zone cu presiune mai scăzută. Când focul a încălzit aerul din canion, a scăzut presiunea aerului și a făcut ca aerul să se extindă și să se ridice, creând vânturi mult mai puternice decât măsurătorile oficiale luate în apropiere.

Modele precum cel al lui Coen pot recrea alte evenimente surprinzătoare de incendiu, cum ar fi „firenado” provocat de incendiul Carr din 26 iulie. Acel vârtej a generat vânturi care depășesc 200 de kilometri pe oră și temperaturi de până la 1500 ° Celsius, conform estimărilor CalFire. Astfel de vârtejuri în flăcări se formează atunci când aerul în creștere încălzit de un incendiu se ciocnește cu aerul ambiental turbulent.

Aceste modele detaliate de incendiu oferă indicii cu privire la modul de gestionare a incendiilor viitoare: în analiza King Fire, de exemplu, echipa lui Coen a descoperit că cantitatea de perie (și cât de uscată era) a influențat rata de răspândire a incendiului doar pe terenul în pantă. Acest lucru sugerează că, având în vedere resursele limitate, eforturile de curățare ar putea fi cele mai utile pentru încetinirea răspândirii focului atunci când sunt concentrate mai mult pe terenul deluros decât pe zonele plate.

Amintiți-vă de jar

În timp ce modelul lui Coen se uită la vremea internă a incendiilor de vegetație, alte modele în curs de dezvoltare surprind ceea ce se întâmplă atunci când incendiile se lovesc de zonele urbane și amenință clădirile.

Modul în care se comportă incendiile la această interfață sălbatică-urban este puțin înțeles în comparație cu incendiile din clădiri sau pe terenuri deschise, spune Mell, om de știință în domeniul arderii Forest Service. Este mai complicat de studiat, de asemenea, cu mai multă varietate în tipurile de combustibili disponibili decât se confruntă cu un incendiu într-o pădure îndepărtată. În plus, incendiile care lovesc comunitățile aprind de obicei mai multe clădiri, creând un efect de domino care nu este o problemă, de exemplu, într-un incendiu obișnuit.

După ce incendiul Tubbs a lovit puternic țara vinicole din California în octombrie 2017, Mell a vizitat un cartier carbonizat din afara Santa Rosa, California. Suburbia nu a fost identificată ca fiind un risc ridicat de incendiu și, într-adevăr, flăcările nu au ajuns niciodată în comunitate. Distrugerea a venit în întregime de la firebrands – bucăți de vegetație în flăcări sau resturi – care au trecut prin vânturi puternice. Firebrands se pot îngrămădi și aprinde clădiri, care apoi își pot genera propriile firebrands. În acel moment, „este foarte greu să te oprești”, spune Mell.

Aranjarea clădirilor, materialele din care sunt făcute și tipurile de vegetație din jur afectează toate vulnerabilitatea unei comunități la incendiu, dar exact cum este încă neclar. Pentru a dezvălui aceste interacțiuni, Mell, ca și Coen, încorporează fizica focului. Dar accentul este la o rezoluție mai fină – pe modul în care incendiile ard la scara de metri, mai degrabă decât pe modul în care influențează mișcarea aerului pe kilometri.

El proiectează seturi de ecuații care pot estima modul în care un focar va transfera căldură pe o suprafață sau cum se vor descompune sursele de combustibil în anumite condiții de temperatură.

Scopul mai mare cu astfel de modele: o evaluare mai riguroasă a pericolelor de jar, astfel încât comunitățile predispuse la incendiu să poată fi proiectate și gestionate cât mai sigur posibil.

Aceste modele de interfață sălbatic-urban depind de datele din experimentele de laborator care testează modul în care zboară și ard jarul. Firebrands sunt unice față de alte proiectile, deoarece ard pe măsură ce merg, spune Sam Manzello, inginer la Institutul Național de Standarde și Tehnologie din Gaithersburg, Md. Densitatea lor se schimbă constant, ceea ce afectează modul în care se mișcă prin aer. Firebrands din vegetația incendiată se comportă diferit față de cele de la clădirile care arde.

Unele dintre lucrările lui Manzello implică colectarea jarului după un incendiu și studierea proprietăților lor – cât de mari sunt, din ce sunt făcute și cât de mult cântăresc. Echipa sa a construit, de asemenea, mai mulți „dragoni” – unelte care se hrănesc cu așchii de lemn, apoi scuipă ploi de jar. Oamenii de știință pot controla dimensiunea așchiilor de lemn aprinse în burta dragonului, precum și viteza cu care zboară din gura acestuia, pentru a identifica vulnerabilitățile din designul sau materialele planurilor de construcție.

Acoperișurile de țiglă populare în California, de exemplu, par ignifuge, deoarece ceramica nu arde. Dar „am aflat că, atunci când expunem acoperișurile de țiglă la dușuri de foc, [firebrands] pătrunde sub țigle și lumină sub acoperiș”, spune Manzello. Tăciunea aterizează pe acoperișuri și ard până când este suficient de mică pentru a intra prin crăpăturile dintre țigle. Acum, spune el, standardele de siguranță a interfeței sălbatice-urbane au fost actualizate: acoperișurile de țiglă ar trebui să aibă materiale rezistente la ardere dedesubt sau materiale care astupă golurile dintre ele.