Quand les feux de forêt brûlent, ils n'endommagent pas seulement la terre, maisons, et entreprises. Émissions de feux de forêt, qui peut être transporté sur de longues distances, peut être toxique et contribuer à la formation de polluants secondaires tels que l'ozone et les particules fines dans l'atmosphère. Ces émissions affectent la santé humaine et l'environnement, les scientifiques veulent donc savoir ce qu'il y a dans la fumée des incendies de forêt. Selon de nouvelles recherches du CIRES et de la NOAA, ce qui compte le plus, ce n'est pas le type de combustible qui brûle, mais la température à laquelle il brûle.

« Si nous connaissons la température d'un feu, on peut mieux estimer ce qui en sort, indépendamment de ce qui brûle, " a déclaré Carsten Warneke, un chercheur du CIRES à l'Université du Colorado à Boulder travaillant dans le laboratoire de recherche sur le système terrestre de la NOAA et co-auteur de l'article, publié le 3 juillet dans la revue Chimie et physique de l'atmosphère . "Avec ces informations, nous pourrons simplifier les modèles d'émissions, mieux prévoir les impacts sous le vent des feux de forêt, et obtenez de bien meilleures prévisions pour la qualité de l'air."

Il semble que les incendies à basse température produisent en fait plus de particules minuscules appelées aérosols, qui peuvent pénétrer dans les poumons des personnes et se mélanger à l'atmosphère pour former de la brume et d'autres polluants atmosphériques en aval.

L'Ouest américain fait face à un avenir avec des incendies de forêt plus fréquents et plus intenses, selon les projections climatiques et en partie à cause des politiques qui ont longtemps encouragé la suppression des incendies. Dans ce contexte, des scientifiques du CIRES et de la NOAA s'associent à des scientifiques de la NASA pour mener une campagne de terrain pluriannuelle appelée NOAA-NASA FIREX-AQ—Fire Influence on Regional to Global Environments Experiment—and Air Quality—pour mieux comprendre la qualité de l'air et les effets climatiques des feux de forêt. Le nouveau document est issu d'une première enquête du FIREX en 2016 dans le Missoula, Fire Lab basé au Montana, géré par le Service des forêts des États-Unis.

Les incendies produisent des émissions complexes, libérant des milliers de composés organiques volatils (COV) différents qui sont souvent difficiles à mesurer. Les scientifiques pensaient initialement que les émissions des incendies de forêt dépendaient principalement du type de carburant brûlé - par exemple, Sapin de Douglas, Pin ponderosa, ou pinceau de sauge. Le but de l'étude Fire Lab était de mieux comprendre les émissions de la combustion de la végétation dans un environnement simple et contrôlé. Pour faire ça, une équipe de scientifiques du CIRES et de la NOAA a brûlé plus de 100 incendies fabriqués à partir de divers combustibles trouvés dans l'ouest des États-Unis et a échantillonné les émissions en continu avec des instruments de pointe.

La nouvelle recherche suggère que la compréhension de ces modèles d'émission peut être beaucoup plus simple que les chercheurs ne le pensaient auparavant :c'est la température de la brûlure et non ce qui brûle, c'est la clé pour comprendre les émissions des incendies. Les chercheurs pourraient expliquer environ 85 % de la variabilité des émissions de COV une fois qu'ils savaient à quel point un feu était chaud :certains COV étaient principalement émis par des brûlures à haute température, tandis que d'autres ont été émis par des brûlures à basse température. Sur son parcours, un seul feu brûle à des températures plus élevées et plus basses, libérant différents COV à différentes étapes. Les composés libérés par les brûlures à basse température ont des propriétés qui les rendent plus susceptibles de former des aérosols dans les panaches d'incendie.

"Ces résultats changent complètement la façon dont nous comprenons les émissions de COV des incendies de forêt, " a déclaré James Roberts, un scientifique de la NOAA et chercheur principal de FIREX-AQ. "Au lieu de regarder le type de carburant brûlé, on peut se concentrer sur la température de la brûlure, quelque chose qui peut potentiellement être mesuré à partir de satellites."

Ces premiers résultats de Fire Lab aideront les chercheurs du CIRES et de la NOAA et leurs collègues lors de la campagne de terrain FIREX, prévu pour la saison des incendies 2019. L'équipe étudiera l'impact des incendies de forêt dans l'ouest des États-Unis sur l'atmosphère et le climat dans le but de développer des informations et des outils pertinents pour les politiques pour aider à gérer les incendies.

Dans le cadre d'un partenariat nouvellement annoncé, l'avion DC-8 de la NASA emportera une charge utile d'instruments de la NOAA, entre autres, sur des vols de grande envergure ciblant les incendies de forêt dans l'ouest des États-Unis, ainsi que des brûlages agricoles et dirigés dans le sud-est des États-Unis. Un avion NOAA Twin Otter survolera les feux de forêt de l'ouest et les feux dirigés la nuit, échantillonner les émissions en cours de route. Un autre Twin Otter de la NOAA mesurera les champs de vent alimentant les feux. Des laboratoires mobiles et des instruments fixes recueilleront des échantillons d'émissions au sol, et les chercheurs utiliseront également les données satellitaires pour aider à déterminer la température des incendies et à suivre les émissions à l'échelle régionale et mondiale. Et une équipe du CIRES et de la NOAA déploiera un système d'aéronef sans pilote instrumenté, ou UAS, sur certains feux de forêt la nuit. Voir "Envoi d'un UAS Above The Flames" ci-dessous.

"Les feux de forêt sont l'un des plus grands problèmes restants pour la qualité de l'air aux États-Unis, " a déclaré Roberts. Leur étude FIREX pourrait fournir des réponses à de nombreuses questions en suspens. " En faisant nos devoirs en laboratoire, nous avons identifié ce qu'il y a dans les émissions et le processus réel de la façon dont les émissions sont produites, " a déclaré Warneke. "Maintenant, nous devons aller sur le terrain pour comprendre les vrais incendies."

Envoi d'un UAS au-dessus des flammes

Les feux de forêt brûlent différemment la nuit parce que les conditions météorologiques, y compris la température, l'énergie du soleil, humidité, et les vents ne sont pas les mêmes que pendant la journée. Les effets sur la santé sous le vent des feux de forêt peuvent être plus graves la nuit, parce que ces conditions peuvent piéger la fumée plus près du sol, concentration des émissions. Observations nocturnes haute résolution de la taille d'un incendie, emplacement, et la production de chaleur peut fournir des intrants clés aux modèles météorologiques d'incendie pour améliorer les prévisions météorologiques d'incendie.

Bien que les aéronefs de recherche et de lutte contre les incendies habités ne volent généralement pas à proximité d'incendies de forêt la nuit pour des raisons de sécurité, les systèmes d'aéronefs sans pilote (UAS) sont bien adaptés à ce travail. Pour cette raison, L'expérience d'observations nocturnes des incendies de la NOAA (NightFOX) devrait participer à la campagne de terrain FIREX-AQ. En collaboration avec le département des sciences de l'ingénierie aérospatiale de CU Boulder et le bureau du programme NOAA UAS, NOAA and CIRES researchers at the NOAA Earth System Research Laboratory will send an instrument-equipped small UAS to make nighttime wildfire measurements. In addition to monitoring a fire's temperature and extent using multi-spectral remote sensing instruments, NightFOX will measure carbon monoxide and carbon dioxide to determine how the fire is burning and aerosols in the fire plume to characterize emissions that lead to local and regional health impacts.