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直升机放火,无人机围观:什么研究这么激情?

如果一切顺利的话,在6月晚些时候,一架直升飞机将会盘旋在犹他州的一片森林茂密的山坡上方,并在那里放火。

来源:Nature自然科研

来自犹他州森林火灾的数据有望改进用以预测山火浓烟扩散的模型。

如果一切顺利的话,在6月晚些时候,一架直升飞机将会盘旋在犹他州的一片森林茂密的山坡上方,并在那里放火。这么做的目的是清除死亡的针叶树,为美洲山杨(Populus tremuloides)在这片高海拔的国家森林里重新扎根做准备。但是这次放火也能让科学家更好地理解山火。

2018年,加州埃尔西诺湖的消防员正在扑灭山火。这场山火最后烧毁了9300公顷的土地。

2018年,加州埃尔西诺湖的消防员正在扑灭山火。这场山火最后烧毁了9300公顷的土地。

随着火苗和烟雾的上升,一支跨学科团队将会用无人机、雷达以及其他设备追踪林火是如何在这片900公顷的土地上蔓延的。密歇根理工大学的山火科学家Nancy French表示:“我们正在筹备试验,用不太寻常的方式研究火灾。”

这次试验叫做“火与烟模型评价试验”(Fire and Smoke Model Evaluation Experiment),它将为研究者提供一次罕有的研究机会,使其能够观察大型火灾从开始到结束的整个过程。这个试验也是在北美西部实时搜集山火数据的行动的一部分。另外,美国国家海洋和大气管理局(NOAA)和美国航空航天局(NASA)计划从7月开始,在该地区派遣研究飞机飞跃山火上空,搜集烟雾如何上升的数据。

这两项研究的目的都是为了改进山火烟雾走势预报,因为居民的住房和健康都受其影响。NOAA地球系统实验室的大气化学家Carsten Warneke 表示:“这将是我们首次如此详实地记录森林火灾。”Warneke是第二个研究项目的领头人。

这些研究正当时。2018年,加州山火肆虐,创下了该州最致命的、最大规模的以及破坏力最强的火灾记录。同年,加拿大不列颠哥伦比亚省也爆发了数百场山火,使北美西部的大部分地区遭受了呛鼻刺眼的浓烟的侵害。那年夏天,美国国家科学基金会资助的飞机飞跃了20场山火上空,研究了山火烟雾化学成分随时间的变化。相关数据还在分析中。

烈火朝天的好奇心

吸入山火烟雾会加重哮喘以及慢性心肺疾病的症状,也可能会引发其他健康问题。华盛顿大学的森林生态学家Susan Prichard表示,过去的几十年里,气象学家已经提高了极端天气预报的准确性,火灾科学家也在努力修正有关烟雾扩散的预测模型,以便让居民做好应对。她说:“我们需要理解大火如何随时间发生变化,以及它如何与大气互作,产生烟羽。”

这就是犹他州试验背后的动机。虽然放火的将是美国国家森林局的官员,但预计火势之大将和天然山火无异。研究者计划监控试验的每一步,如燃烧的树木的种类和数量,以及有多少燃料被烧掉。美国国家森林局的火灾科学家、项目领头人之一Roger Ottmar说:“我们将要收集令人难以置信的数据量。”

放在三脚架上的设备将会拍摄火灾的过程,并记录森林燃烧时的温度。激光和雷达设备将会跟踪上升的烟羽的形态和密度,而无人机将会尝试冲入烟羽中。已从加拿大森林局退休的火灾特性研究者 Marty Alexander 说:“毫无疑问,这个试验雄心勃勃。”上世纪90年代末,Alexander曾经在加拿大西北地区主持过一项大型的人为放火实验,“需要很大的勇气才能点起火。”

犹他州的试验数据将有助于烟雾建模,增进研究者对烟羽形成和演变的理解。Warneke表示,对地面燃料的细致记录将有助于揭示燃烧的燃料数量和烟雾数量的关系。烟雾的数量以及其中的有毒化学成分和燃烧的树木的种类有关。

这项研究将会成为NOAA/NASA联合项目——FIREX-AQ的核心。该项目将调用2架NOAA的飞机和2架NASA的飞机,其中包括一架道格拉斯DC-8,它们将飞跃美国西部的天然山火以及人为山火区域的上空。这些飞机会携带精密的烟羽成分测量工具。Warneke 说:“我们会测量你能想得到的每一种化学成分。”研究团队还将派遣无人机在夜间研究烟雾,因为夜间烟雾的化学成分会发生变化,它会降温下沉,这意味着人们更有可能吸入烟雾。

NASA的道格拉斯DC-8会一直待命到8月,届时犹他的团队预计将再次点燃这片国家森林。这架飞机将飞跃火灾现场上空,并进行实时测量,为地面的诸多研究团队带来“天眼”。

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