Voor het eerst met succes recreatie van onweer veroorzaakt door bosbranden in aardse systeemmodellen

Een ontwikkelende pyrocumulonimbuswolk boven de Gulch Fire in Oregon, onderdeel van de Beaver Complex Fire, in 2014.

Op 5 september 2020 groeide de Creek Fire in Californië zo ernstig dat het zijn eigen weersysteem begon te produceren. De extreme hitte van het vuur creëerde een explosieve onweerswolk die bliksemstralen uitzond en de razende vlammen verder aanwakkerde, waardoor het moeilijk werd om het vuur onder controle te krijgen en de levens van brandweerlieden op de grond in gevaar kwamen. Deze door wildbranden veroorzaakte stormen zijn een steeds belangrijker onderdeel geworden van de brandseizoenen in het westen van de Verenigde Staten, met blijvende gevolgen voor de luchtkwaliteit, het weer en het klimaat.

Tot nu toe hadden wetenschappers moeite om deze stormen te repliceren in modellen van het Aarde-systeem, wat onze mogelijkheid om hun optreden te voorspellen en hun impact op het wereldklimaat te begrijpen, belemmerde. Een nieuwe studie biedt nu doorbraak door een nieuw model van wildfire-Aarde-systeem te ontwikkelen. Het onderzoek, gepubliceerd in Geophysical Research Letters, vertegenwoordigt de eerste succesvolle simulatie van deze door wildbranden veroorzaakte stormen, bekend als pyrocumulonimbuswolken, binnen een Aarde-systeem model.

Onder leiding van DRI-wetenschapper Ziming Ke, heeft de studie met succes het waargenomen tijdstip, de hoogte en de kracht van de onweerswolk van de Creek Fire gereproduceerd—een van de grootste bekende pyrocumulonimbuswolken die in de VS zijn gezien, volgens NASA. Het model reproduceerde ook meerdere onweersbuien die werden geproduceerd door de Dixie Fire in 2021, die onder heel andere omstandigheden plaatsvond. Het rekening houden met de manier waarop de ontwikkeling van wolken wordt ondersteund door vocht dat door terrein en winden naar hogere luchtlagen wordt getransporteerd, is essentieel voor hun bevindingen.

“Dit werk is een doorbraak van ongekende aard in het modelleren van het Aarde-systeem,” zei Ke. “Het toont niet alleen aan hoe extreme wildbrandgebeurtenissen kunnen worden bestudeerd binnen Aarde-systeem modellen, maar vestigt ook DRI’s groeiende capaciteiten in de ontwikkeling van Aarde-systeem modellen—een kernkracht die het instituut in staat stelt om toekomstige vooruitgangen in wildbrand- en klimaatwetenschap te leiden.”

Wanneer een pyrocumulonimbuswolk zich vormt, injecteert deze rook en vocht in de hoge atmosfeer in magnitudes die vergelijkbaar zijn met die van kleine vulkaanuitbarstingen, wat invloed heeft op de manier waarop de atmosfeer van de aarde zonlicht ontvangt en weerkaatst. Deze brandaerosolen kunnen maanden of langer aanhouden, waardoor de samenstelling van de stratosfeer wordt gewijzigd.

Wanneer ze naar polaire gebieden worden getransporteerd, beïnvloeden ze de dynamiek van de ozon in de Antarctische, modificeren ze wolken en albedo, en versnellen ze de smelting van ijs en sneeuw, wat de feedbackmechanismen van het poolklimaat hervormt. Wetenschappers schatten dat er jaarlijks tientallen tot honderden van deze stormen wereldwijd voorkomen, en dat de trend van steeds ernstigere wildbranden hun aantal alleen maar zal verhogen. Tot nu toe heeft het niet opnemen van deze stormen in Aarde-systeem modellen onze mogelijkheid om de impact van deze natuurlijke verstoring op het wereldklimaat te begrijpen, belemmerd.

Het onderzoeksteam omvatte ook wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory, U.C. Irvine en Pacific Northwest National Laboratory. Hun doorbraak maakte gebruik van het Energy Exascale Earth System Model (E3SM) van het ministerie van Energie (DOE) om met succes de complexe interactie tussen wildbranden en de atmosfeer vast te leggen.

“Ons team heeft een nieuw model voor wildfire-Aarde-systeem ontwikkeld dat hoge-resolutie wildbrandemissies, een eendimensionaal ploommodel en door vuur veroorzaakte waterdamptransport integreert in het geavanceerde Aarde-systeem model van het DOE,” zei Ke. “Deze doorbraak bevordert de hoge-resolutie modellering van extreme gevaren om de nationale veerkracht en voorbereiding te verbeteren, en biedt het raamwerk voor toekomstig onderzoek naar deze stormen op regionale en mondiale schaal binnen Aarde-systeem modellen.”