Дым от лесных пожаров уходит далеко, но никогда не исчезает
Несколько ужасных дней в начале сентября казалось, будто весь Запад пылает. Необычно сильный ветер, дующий с западных склонов Скалистых гор, раздул пламя десятков новых лесных пожаров, разразившихся от Вашингтона до Мексики. Только в Калифорнии с 7 по 10 сентября сгорело почти миллион акров.
Качество воздуха резко ухудшилось. В Сан-Франциско культовый мост Золотые Ворота был окутан апокалиптической оранжевой дымкой. Индекс качества воздуха в некоторых местах взлетел выше 500 – верхнего порога в категории опасных для окружающей среды Агентства по охране окружающей среды. Менее чем через неделю жители Восточного побережья и Европы отметили туманное небо, когда ветер развевал дым.
С сотнями тысяч гектаров в огне неудивительно, что большая часть Запада была погружена в дым; в некоторых случаях наиболее близкие к крупным пожарам населенные пункты страдали от наихудшего качества воздуха в мире. Но движение дыма сложно, и то, куда в конечном итоге попадут частицы, зависит от комплекса факторов, включая интенсивность пожара, топографию региона и местную погоду.
Когда горит лесной пожар, дым поднимается вверх. Пламя с большей энергией пошлет дым выше; некоторые даже образуют возвышающиеся «пирокумуло-дождевые облака», которые могут выбрасывать дым на десятки тысяч футов над землей, даже в стратосферу. Высота впрыска дыма играет большую роль в том, куда он попадет и как он повлияет на воздух, которым дышат люди.
«Когда дым остается в ловушке или не поднимается очень высоко, вы видите его воздействие на местные или региональные сообщества», – говорит Крейг Клементс, профессор метеорологии и директор междисциплинарного исследовательского центра Wildfire Государственного университета Сан-Хосе. «Если дым поднимается высоко, он может распространиться по всему миру».
Те же самые сильные восточные ветры, которые подогревали пламя тех пожаров в начале сентября, выдували дым на запад над Тихим океаном массой, которую легко уловить со спутников. Когда ветер сменился, масса переместилась обратно над сушей, где она покрыла обширные территории Вашингтона, Орегона и Калифорнии.
Дым от основного шлейфа костра может двигаться как вертикально, так и горизонтально, иногда переносится ветрами, создаваемыми самим огнем. Концентрация дыма также может колебаться от дня к ночи, особенно в сложных условиях. Классический пример – инверсионные слои, образующиеся в долинах. «Осушающие» ветры ночью могут уносить дым в долины, где он задерживается из-за более низких температур. Как только солнечный свет нагревает дно долины, облака могут ускользнуть и снова подняться по склонам холмов.
По словам Клементса, как местная погода влияет на движение дыма, так и дым может изменить местные погодные условия. Когда дым затеняет входящие лучи света, разница температур между затемненными и незатененными частями воздуха может создавать «плотный поток», при котором воздух течет из зон высокого и низкого давления, часто в направлении, противоположном преобладающему ветру. Эти токи могут уносить частицы дыма далеко от очага пожара.
Это «затенение дыма» также может подавлять окружающий ветер. Клементс объясняет, что теплый и солнечный день стимулирует конвекционные потоки. «Формируются вихри и термики, которые делают атмосферу у поверхности более турбулентной», – говорит он. «Ветер более изменчив, а развитие пожара более беспорядочно». Густой дым создает завесу, которая блокирует лучистую энергию; поверхность земли остывает, и ветровая активность уменьшается. Это хорошая новость для пожарных, но это также означает, что дым с большей вероятностью будет висеть вокруг и влиять на качество воздуха в течение более длительного времени. Именно это произошло в сентябре в районе залива Сан-Франциско, когда дым смешался с туманом в густом ядовитом супе.
Дым лесных пожаров представляет собой сложную смесь водяного пара, диоксида и моноксида углерода, оксидов азота, летучих органических соединений и мелких частиц. Именно эти твердые частицы так опасны для здоровья человека. Более крупные частицы золы обычно выпадают недалеко от места их возникновения. Но мелкие и ультратонкие частицы могут оставаться в воздухе в течение нескольких дней или даже недель, если только дождь не смывает их или не уносит облака. Частицы диаметром менее 2,5 мкм могут проникать глубоко в легкие и даже попадать в кровоток, обостряя заболевания сердца и легких, такие как хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ) и астма.
По мере того, как сезоны пожаров становятся длиннее, а их интенсивность возрастает в таких регионах, как Запад, сообществам нужны модели, которые могут точно предсказать плотность и местоположение дыма. Одно недавнее исследование показывает, что высокая концентрация твердых частиц из дыма от лесных пожаров может значительно увеличить вероятность обращения за неотложной помощью. Модели дыма могут помочь чиновникам общественного здравоохранения предупреждать жителей о вероятном ухудшении качества воздуха, чтобы люди могли принять меры для защиты своего здоровья.
В текущих прогнозах обычно используются спутниковые данные, прогнозы погоды и оценки выбросов от активных пожаров, которые основываются на типе и количестве растительности, сожженной в данный день.
По словам Клементса, хотя большинство моделей прогнозирования задымленности не учитывают такие явления, как затенение дыма, модели следующего поколения начинают учитывать, как огонь и дым формируют погоду.
Многие пожары в начале сентября, питавшиеся сухим топливом и раздуваемые сильными ветрами, сжигали десятки тысяч акров в день. Пожар в ручье, который возник в национальном лесу Сьерра в Калифорнии, стремительно вырос 6 сентября образовалось огромное пирокумуло-дождевое облако, которое поднялось над атмосферой на 45 000 футов. Значительная часть выбросов от этого и других пожаров поднялась достаточно высоко, чтобы уловить потоки верхнего уровня. «Реактивный поток» несли дым на восток, где тропические штормы у Атлантического побережья и побережья Персидского залива управляли и определяли его траекторию. Примерно через неделю после вспышки новостные агентства Восточного побережья начали сообщать, что дым от западных пожаров окрашивает закаты в оранжевый цвет; вскоре после этого масса достигла Европы. Поскольку аэрозоли находились высоко в атмосфере, они не ухудшали качество воздуха почти так сильно, как в дымном небе в Калифорнии, Орегоне и Вашингтоне.
Служба атмосферного мониторинга Коперника (CAMS), часть программы Европейского Союза по наблюдению за Землей, отслеживала массу дыма по мере приближения к Европе.
Служба атмосферного мониторинга Коперника (CAMS), часть программы Европейского Союза по наблюдению за Землей, отслеживала массу дыма по мере приближения к Европе. (Служба мониторинга атмосферы Коперника, ECMWF /)
Национальная метеорологическая служба использует спутники для отслеживания и прогнозирования движения дыма. Такие инструменты, как спектрорадиометр изображения среднего разрешения (MODIS) НАСА, ежедневно делают снимки с двух разных спутников. Спектрорадиометр с многоугольной визуализацией (MISR) на борту спутника НАСА Terra делает снимки с девяти разных углов.
Но какими бы ценными они ни были для отслеживания дыма, у спутников есть свои ограничения, – говорит Грегори Шилл, научный сотрудник лаборатории химических наук NOAA. Спутники могут смотреть на дымовые шлейфы только сверху или под косым углом, а их полезная нагрузка ограничена более легкими приборами. По этой причине исследователи устремились к пожарам с помощью сверхчувствительных наземных и воздушных инструментов, надеясь узнать как можно больше о составе дыма, его поведении и взаимодействии с атмосферой.
Но даже после того, как дым рассеивается, он не исчезает, – говорит Шилл. В период с 2016 по 2018 год он и другие исследователи летали в отдаленные районы над Тихим и Атлантическим океанами на самолете, загруженном высокочувствительными приборами для миссии атмосферной томографии. К своему удивлению, Шилл и его команда узнали, что в среднем дым составляет около одной трети «фоновых частиц» в тропосфере, которая простирается от поверхности Земли до высоты примерно от пяти до девяти миль над ней.
Шилль и его команда использовали анализ частиц NOAA с помощью лазерной масс-спектрометрии (PALMS) для изучения состава отдельных частиц дыма. Дым содержит смесь светлых органических и сульфатных частиц и темного черного углерода. Что касается столкновения этих частиц с атмосферой, «это сложно», – говорит Шилл. Темные частицы поглощают свет, а более легкие – отражают его, но «то, как эти частицы влияют на климат, действительно зависит от того, что находится под ними», – говорит он. Хотя темные частицы над темной поверхностью, такой как океан, мало что делают, те же самые частицы над льдом могут иметь согревающий эффект. И наоборот, легкие частицы над океаном могут оказывать охлаждающий эффект.
В совокупности удаленно рассеянный дым, хотя и не обнаруживаемый спутниками, создает такое же затемнение, как плотные шлейфы от активных лесных пожаров. Хотя исследователи все еще не знают, как именно эти частицы влияют на климат в долгосрочной перспективе, Шилл говорит, что влияние этого более разреженного дыма на глобальный климат нельзя игнорировать.
Спустя десять дней после серии пожаров в начале сентября в некоторых частях Орегона и Вашингтона прошел долгожданный дождь. Небо временно прояснилось, и люди рискнули выйти на улицу, чтобы глубоко вздохнуть и насладиться голубым небом. К сожалению, отсрочка была недолгой. 27 сентября новые пожары вспыхнули в винодельческой стране Калифорнии и в округе Шаста, добавив к тому, что стало слишком знакомой закономерностью: больше эвакуаций, больше пожарных и больше дыма.
Источник https://volt-pk.ru/2020/10/07/dym-ot-lesnyh-pozharov-uhodit-...
