El laboratorio de vuelo DC-8 de la NASA se elevó a los cielos el lunes para iniciar una investigación de dos meses sobre los ciclos de vida del humo de los incendios en los Estados Unidos. El objetivo es comprender mejor el impacto del humo en el tiempo y el clima y proporcionar información que conduzca a una mejor predicción de la calidad del aire.

Una campaña conjunta liderada por la NASA y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), Influencia del fuego en los entornos regionales y globales y la calidad del aire (FIREX-AQ) se centra en cuestiones generales sobre las propiedades químicas y físicas del humo del fuego, cómo se mide y cómo cambia desde el momento de la combustión hasta su destino final cientos o miles de millas a favor del viento. Todos estos tienen implicaciones para la salud pública.

"Por último, Nuestro objetivo es comprender mejor las interacciones complejas entre el humo y la atmósfera para mejorar los modelos de predicción de la calidad del aire. que conduce a una mayor precisión y una notificación más temprana, que son fundamentales para las comunidades a favor del viento de los incendios, "dijo el co-investigador de FIREX-AQ Barry Lefer, gerente del programa de composición troposférica en la Sede de la NASA en Washington. "Ese propósito común es lo que unió a nuestras agencias hace varios años cuando comenzamos a planificar este gran esfuerzo".

"Hemos reunido un excelente equipo de científicos que utilizarán el conjunto de instrumentos y modelos más sofisticado jamás ensamblado para examinar la naturaleza de los incendios y el humo". "dijo David Fahey, director de la División de Ciencias Químicas de la NOAA. "Nuestra larga asociación con la NASA nos ha llevado literalmente por todo el planeta y ha producido demasiados descubrimientos científicos importantes para contarlos. Espero que esto no sea diferente".

La primera fase de la campaña se centra en la observación del humo de los incendios forestales en el oeste de Estados Unidos. Equipado con instrumentos in situ y de teledetección de última generación, varios aviones con base en Boise, Idaho, trabajará al unísono para muestrear las columnas de humo y su química cambiante junto con la dinámica del clima, rastrear las plumas desde la combustión hasta destinos a menudo a varios estados de distancia.

El laboratorio de vuelo DC-8 de la NASA, un caballo de batalla científico que viaja largas distancias, estará acompañado por dos nutrias gemelas de la NOAA. El avión ER-2 de la NASA que alcanza la estratosfera también volará desde el Centro de Investigación de Vuelo Armstrong en Palmdale, California.

A mediados de agosto la base de operaciones se trasladará a Salina, Kansas, con vuelos dirigidos al humo de los incendios agrícolas en el sureste de EE. UU. Hay cientos de estos incendios cada año y están situados cerca de los centros de población, pero su pequeño tamaño en relación con la capacidad de observación por satélite significa que a menudo no son detectados por los satélites que proporcionan la base para muchas estimaciones de las cantidades de emisión de humo. Las observaciones de la aeronave también son fundamentales para comprender la dinámica de la pluma a pequeña escala y sus impactos científicos.

Los pronósticos de humo se basan en varios modelos de pronóstico diferentes que utilizan como entradas satélites y otros datos, como la cantidad de área quemada en incendios agrícolas. Los satélites de la NASA y la NOAA proporcionan información, como el tipo de combustible, intensidad del fuego y zona de la cicatriz de la quemadura, junto con el viento, temperatura y otras variables climáticas, que se incorporan a modelos que predicen la cantidad de humo, dirección y velocidad.

La química del humo comienza con el tipo de combustible, ya sean bosques de pinos, bosques de robles o arbustos de salvia. Además de gases como dióxido de carbono y monóxido de carbono, la quema liberará diferentes tipos y cantidades de gases de vida corta llamados compuestos orgánicos volátiles (COV), que se combinan con otros gases y la luz solar para producir ozono a nivel del suelo, un gas que es dañino para los seres humanos y daña los cultivos. Además del tipo de combustible, la temperatura de la quemadura también afecta la química resultante; en general, enfriador, los fuegos sin llama producen más COV, monóxido de carbono y material particulado, todos los cuales son perjudiciales para la salud humana. Más caliente los incendios en llamas producen menos COV, monóxido de carbono y partículas totales, pero más carbono negro:un material en aerosol con consecuencias negativas para la salud y un potencial de calentamiento climático adicional.

"Lo que está ardiendo importa, pero la forma en que arde importa tal vez incluso más, "dijo Carsten Warneke, Científico de la misión de la Universidad de Colorado y NOAA para FIREX-AQ. En 2016, él y sus colegas de la NOAA quemaron diferentes combustibles a diferentes temperaturas en el laboratorio de Ciencias del Fuego de Missoula para obtener una comprensión más detallada de esos factores. "Ahora, con esta campaña, estamos tomando nuestro conocimiento del laboratorio para fumar de grandes incendios que ocurren en el campo donde la dinámica atmosférica cambia mucho con el tiempo y la distancia. De aquí, podemos continuar nuestro trabajo para mejorar los modelos ".

Resolver esas incertidumbres en la química de los combustibles también influye en otra área de enfoque de la campaña:la altura de la inyección de la pluma. Las alturas de inyección de la pluma dependen de una interacción compleja de la dinámica del fuego con las condiciones climáticas y la geografía circundantes.

Fuegos más fríos, que ocurren con mayor frecuencia durante la noche, inyectar humo bajo en la atmósfera, donde representa un riesgo para la salud de las comunidades a favor del viento. Los fuegos más calientes inyectarán humo en altitudes más altas, donde puede viajar más lateralmente pero es más probable que se mantenga alejado de las áreas pobladas.

Dada la importancia de sus datos para los modelos de pronóstico, Se utilizan varios satélites para recuperar las alturas de inyección de la pluma. Se podrían usar algunos satélites con instrumentos lidar para medir la altura de inyección directamente, pero estos satélites no observan los incendios con mucha frecuencia. Los instrumentos infrarrojos de otros satélites se utilizan para obtener una medida de la intensidad del fuego, que a su vez se utiliza para estimar la altura de inyección, así como la cantidad de humo emitido, pero las nubes y otras cubiertas de humo a menudo dificultan la detección.

La aeronave está observando directamente las alturas de inyección de la pluma y las comparará con otras mediciones directas, como la potencia radiativa del fuego, la química del humo y las condiciones atmosféricas a distintas altitudes. Esto proporcionará una comprensión más clara de la altura de la pluma en función de la química y otros factores como el clima. "Estamos aumentando el compendio de observaciones que pueden darnos la confianza de que, cuando estimamos el aumento de la pluma por el bien de la previsión de humo, vamos a crear un modelo más preciso que conducirá a mejores pronósticos de calidad del aire, "dijo Jim Crawford de NASA Langley, Científico de la misión FIREX-AQ de la NASA.

La mejora a largo plazo de la previsión de la calidad del aire es uno de los principales objetivos de la campaña. pero FIREX-AQ también abordará los impactos más amplios del humo en el tiempo y el clima. Por ejemplo, las partículas de humo pueden actuar para ayudar a iniciar las nubes. El humo también afecta la cantidad de luz solar que las nubes se reflejan en la atmósfera. Las propiedades ópticas de las partículas de humo (cuánta luz absorbe y dispersa el humo) depende de su tamaño y composición y determina sus efectos climáticos.

FIREX-AQ ayudará a abordar una de las principales incertidumbres sobre las emisiones de incendios, a saber, los materiales responsables de la absorción de luz en el humo. Tradicionalmente, toda la absorción de luz se ha atribuido al carbón negro. El científico investigador de la NOAA, Joshua Schwarz, se centra en apoyar estos aspectos de la misión relevantes para los aerosoles.

"En años recientes, ha habido reconocimiento de carbono no negro, especies de aerosoles que absorben la luz como el carbón marrón, "dijo Schwarz, quien es científico en misión conjunta de FIREX-AQ. "La quema de biomasa es una fuente importante de carbono marrón, y esta es una oportunidad realmente emocionante en FIREX-AQ porque tenemos la instrumentación necesaria para responder la pregunta del carbón marrón humo del fuego y cómo cambia en la atmósfera ".

Las mejoras que aporta FIREX-AQ para comprender las recuperaciones satelitales de las propiedades de los aerosoles en América del Norte también mejorarán el valor de esas observaciones en otras áreas del mundo. "Si podemos mejorar nuestra comprensión de las emisiones de incendios en América del Norte, ayudaremos a dar un gran paso adelante en el impacto climático global neto de la quema de biomasa ".