Ученые впервые смоделировали лесной пожар, создающий собственную погоду

Формирующееся пирокумулонимбусное облако над пожаром Gulch в Орегоне, часть комплекса пожаров Beaver Complex, в 2014 году. Фото: NASA

5 сентября 2020 года пожар Creek Fire в Калифорнии достиг такой интенсивности, что начал создавать собственную погодную систему. Экстремальное тепло от огня породило взрывную грозовую облачность, которая извергала молнии и дополнительно раздувала бушующее пламя, затрудняя тушение и угрожая жизни пожарных на земле. Эти штормы, рожденные лесными пожарами, становятся все более частой частью пожароопасного сезона на Западе США, оказывая долгосрочное влияние на качество воздуха, погоду и климат. До сих пор ученые не могли воспроизвести их в моделях земной системы, что ограничивало нашу способность предсказывать их возникновение и понимать их влияние на глобальный климат. Теперь новое исследование совершило прорыв, разработав новую модель взаимодействия лесных пожаров и земной системы.

Исследование, опубликованное 25 сентября в журнале Geophysical Research Letters, представляет первую успешную симуляцию этих вызванных пожарами штормов, известных как пирокумулонимбусные облака, в рамках модели земной системы. Под руководством ученого из Desert Research Institute Цимина Кэ исследование успешно воспроизвело наблюдаемые время формирования, высоту и мощность грозового облака пожара Creek Fire — одного из крупнейших известных пирокумулонимбусных облаков, когда-либо виденных в США, по данным NASA. Модель также воспроизвела множественные грозы, вызванные пожаром Dixie Fire в 2021 году, который возник в совершенно других условиях. Ключевым открытием стало учет того, как развитие облаков усиливается влагой, поднимаемой в верхние слои атмосферы рельефом местности и ветрами.

«Эта работа представляет собой прорыв первого рода в моделировании земной системы, — заявил Кэ. — Она не только демонстрирует, как экстремальные пожары можно изучать в рамках моделей земной системы, но и подтверждает растущий потенциал DRI в разработке таких моделей — ключевое преимущество, которое позволяет институту возглавить будущие достижения в науке о взаимосвязи пожаров и климата».

Когда формируется пирокумулонимбусное облако, оно выбрасывает дым и влагу в верхние слои атмосферы в объемах, сравнимых с небольшими вулканическими извержениями, влияя на то, как атмосфера Земли получает и отражает солнечный свет. Эти аэрозоли от пожаров могут сохраняться месяцами и дольше, изменяя состав стратосферы. При переносе в полярные регионы они влияют на динамику антарктического озона, изменяют облака и альбедо, ускоряют таяние льда и снега, преобразуя полярные климатические обратные связи. Ученые оценивают, что ежегодно в мире происходит от десятков до сотен таких штормов, и тенденция к увеличению числа экстремальных пожаров будет только увеличивать их количество. До сих пор невозможность включить эти штормы в модели земной системы мешала нам понять влияние этого природного явления на глобальный климат.

В исследовательскую группу также вошли ученые из Ливерморской национальной лаборатории им. Лоуренса, Калифорнийского университета в Ирвайне и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории. Их прорыв стал возможен благодаря использованию Модели земной системы экзамасштаба Министерства энергетики США (E3SM) для успешного отображения сложного взаимодействия между лесными пожарами и атмосферой.

«Наша команда разработала новую модель взаимодействия лесных пожаров и земной системы, которая интегрирует высокодетальные выбросы от пожаров, одномерную модель подъема шлейфа и транспорт водяного пара, вызванный пожаром, в передовую модель земной системы Министерства энергетики, — объяснил Кэ. — Этот прорыв продвигает высокодетальное моделирование экстремальных опасностей для повышения устойчивости и готовности страны и обеспечивает основу для будущего изучения этих штормов на региональном и глобальном уровнях в рамках моделей земной системы».

Источники: sciencedaily.com, материалы предоставлены Desert Research Institute.