Los recientes incendios forestales en Australia han sido aterradores. Mientras hablamos de tornados de fuego y megaincendios, estamos comprendiendo cuán peligroso e impredecible puede ser el comportamiento del fuego.

La devastadora temporada de incendios forestales de Australia nos ha hecho más conscientes de las condiciones climáticas involucradas en las chispas, propagación y extinción de incendios forestales.

A medida que los fuegos crecieron en ferocidad, hemos visto un fenómeno increíble:la formación de nubes y tormentas de 'pirocumulonimbos'. Estamos lidiando con incendios lo suficientemente poderosos como para crear sus propios sistemas meteorológicos.

Comienza con grandes, intensas columnas de humo. Desde allí, un sistema de pirocumulonimbos puede causar estragos lanzando enormes 'ráfagas' de aire al suelo, llevando brasas ardientes a favor del viento que encienden nuevos fuegos, o provocar nuevos incendios por la caída de un rayo.

Entonces, ¿qué sabemos sobre estos sistemas y cómo pueden las firmas combatir incendios de esta intensidad en el futuro?

Una tormenta de fuego perfecta

Muchos ingredientes deben unirse para que se desarrolle un evento pyroCb, dice el Dr. Kevin Tory, Investigador científico senior de la Oficina de Meteorología y Centro de Investigación Cooperativa de Incendios Forestales y Peligros Naturales.

"Primero, debe haber grandes cantidades de calor, "dice Kevin.

Por último, el fuego debe ser lo suficientemente potente como para producir una columna de humo grande y vigorosa que se eleve quizás de 3 a 5 km antes de que se formen nubes en la columna de humo. Entonces, solo si la columna de humo todavía tiene abundante energía a esta altura, se formará una tormenta. "Las condiciones climáticas perfectas para generar un fuego intenso son calientes, seco y ventoso. Si obtiene esta combinación con abundante combustible seco, un fuego arderá como loco ".

Sin embargo, caliente y seco significa que la columna de humo también está seca, ya que la mayor parte del aire en la columna de humo se mezcló desde el exterior. Esto significa que la columna de humo debe elevarse aún más antes de que se formen nubes.

Y si hace viento la columna de humo se vuela, lo que hace que sea aún más difícil que se eleve lo suficiente como para que se forme una nube.

A diferencia de, las condiciones perfectas para crear una pluma son cálidas, húmedo y muy ligero o sin viento.

"así que ... tiene que estar caliente, lo suficientemente seco y ventoso como para provocar incendios intensos; pero no demasiado caliente y seco para que su penacho tenga que crecer realmente alto y no demasiado ventoso para que su penacho se vuele, "Kevin explica.

Soplando en el viento

Un cambio de viento es una forma común en la que se produce esta combinación ideal de condiciones.

Caliente, Las condiciones secas y ventosas pueden generar un incendio muy grande e intenso, mientras hace demasiado calor, seco y ventoso para que se desarrolle pyroCb.

Si una brisa marina o un frente frío llegara al fuego con un cambio en la dirección del viento, el fuego puede volverse aún más grande y más caliente cuando los largos 'flancos' del fuego se convierten en fuego activo de 'cabeza'.

Pero quizás el cambio más importante está en la nueva masa de aire en sí. El aire más frío y húmedo permite que se formen nubes en la columna de humo a niveles mucho más bajos.

Es más, dice Kevin, "cuando las dos masas de aire se juntan así ... crea un momento en el que no hay viento, o vientos muy suaves, y esto permite que la pluma se mantenga muy alta ".

Poniendo todo esto junto el cambio en la dirección del viento produce un fuego más grande y más caliente con una pluma mucho más vigorosa, la velocidad reducida del viento permite que la columna crezca más alta y el aire más frío y húmedo que entra en la columna permite que se formen nubes en elevaciones más bajas.

Calentando las ecuaciones de Briggs

Durante los últimos cuatro años, Kevin ha investigado estos sistemas de nubes para comprender mejor la dinámica del aumento básico de la pluma. Se basa en investigaciones de hace casi 70 años.

"En los años 50 y 60 hubo un interés generalizado en comprender cómo se elevan las columnas de humo de las chimeneas porque había problemas graves de calidad del aire en ciudades de todo el mundo, "dice Kevin.

Los ingenieros querían ver qué tan altas debían ser las chimeneas para garantizar que el aire a favor del viento estuviera limpio. Sin computadoras encontraron soluciones simples basadas en observaciones, pero sus ecuaciones eran a menudo inexactas.

Sin embargo, las ecuaciones de Briggs basadas en la dinámica de fluidos compleja (publicadas por primera vez en 1975) eran sorprendentemente simples y precisas e ideales para el problema de pyroCb.

Un simple calculo

Con el objetivo de mantenerlo simple Kevin mide el flujo de calor total que entra en una columna de humo.

"La comunidad de bomberos habla de potencia de fuego. Básicamente, se trata de la velocidad a la que la energía, en forma de calor, entra en la columna o fluye hacia arriba a través de la columna, "dice Kevin.

"Lo que estamos haciendo es calcular la potencia de fuego mínima requerida para que se forme pyroCb.

"A esto lo llamamos el umbral de potencia de fuego de pirocumulonimbus (PFT), y básicamente se puede reducir a una función de tres variables ".

La primera es la altura a la que debe elevarse la pluma antes de que se forme la nube con suficiente energía para generar una tormenta:la altura de convección libre (Z).

El segundo es el viento promedio en la capa debajo de esa altura de convección libre:la velocidad del viento de la capa mixta (U).

El tercero es el incremento de temperatura. Esto es cuánto más caliente debe estar la columna de humo que el aire en la capa de mezcla (∇T).

Se parece a esto:

PFT =0.3 × (Z ^ 2) × U × ∇T

El valor producido está en gigavatios cuando Z se ingresa en kilómetros, U está en metros por segundo y ∇T está en ℃. Es una cantidad mínima teórica de energía que un fuego necesita producir para que se desarrolle un pyroCb.

¿Combatir incendios con ecuaciones?

Kevin reconoce que cada incendio es único.

"Sin embargo, si producimos el mapa de pronóstico de la PFT cada hora ... puede ver estos parches o regiones de bajo valor, lo que equivale a una alta amenaza, moviéndose por todo el paisaje ".

Los meteorólogos pueden utilizar estos mapas para identificar áreas de riesgo.

"Pueden ver que podrían tener un problema a las 4 pm en un incendio determinado porque se está produciendo un cambio de viento. Si hay un valor bastante bajo de PFT en ese cambio de viento, tenemos que cuidarlo, "Dice Kevin.

Hierro en el fuego

Durante los próximos seis meses, Kevin aplicará el PFT a los datos meteorológicos de los últimos 30 años para ver si las condiciones meteorológicas están cambiando para hacer que las condiciones de pyroCb sean más favorables.

"Hace solo unos años, Los eventos de pyroCb fueron extremadamente raros, "Dice Kevin." El año pasado, tuvimos 15 en Eastern Victoria entre enero y marzo. Y esto ha sido completamente superado por las cifras que hemos visto en el sureste de Australia desde octubre ".

Para los investigadores, es una oportunidad para investigar cómo y por qué ocurre con más frecuencia.

Para los bomberos, Es fundamental comprender la imprevisibilidad de los incendios cuando se desarrollan estos sistemas.

"Me sigue sorprendiendo que estos incendios puedan producir la enorme cantidad de energía necesaria para generar una nube de pirocumulonimbos, "dice Kevin." El potencial de destrucción es enorme ".

Este artículo apareció por primera vez en Particle, un sitio web de noticias científicas con sede en Scitech, Perth, Australia. Lea el artículo original.