Как лесные пожары создают погоду и влияют на климат всей планеты

5 сентября 2020 года лесной пожар Creek в Калифорнии достиг такой силы, что начал формировать собственную погодную систему. Экстремальный жар от огня породил мощное грозовое облако, которое вызывало удары молний и еще больше раздувало пламя, делая борьбу с пожаром практически невозможной и создавая угрозу для жизни пожарных.

Такие штормы, порожденные огнем, становятся все более частым явлением во время сезонов лесных пожаров по всему миру. Они оказывают долгосрочное воздействие на качество воздуха, погоду и климат. До недавнего времени ученые не могли воспроизвести эти явления в моделях климатической системы Земли, что мешало прогнозировать их возникновение и понимать их влияние на глобальном уровне. Новое исследование предлагает прорыв в этой области благодаря разработке инновационной системы моделирования.

Исследование, опубликованное в журнале Geophysical Research Letters, представляет собой первое успешное моделирование таких огненных штормов, известных как пирокумулятивно-дождевые облака, в рамках климатической модели Земли. Группа ученых под руководством Зиминга Ке из Института исследования пустынь (DRI) смогла точно воспроизвести время образования, высоту и мощность грозового облака, вызванного пожаром Creek. По данным NASA, это облако было одним из крупнейших пирокумулятивно-дождевых облаков, когда-либо наблюдавшихся в США. Модель также успешно симулировала несколько гроз, порожденных пожаром Dixie в 2021 году, которые возникли при совершенно других условиях. Ключевым фактором успеха стало то, что модель учла, как влага, поднимаемая ветром и рельефом местности в верхние слои атмосферы, способствует развитию облаков.

Когда формируется пирокумулятивно-дождевое облако, оно выбрасывает дым и влагу в верхние слои атмосферы в масштабах, сопоставимых с небольшими извержениями вулканов. Это влияет на то, как атмосфера Земли получает и отражает солнечный свет. Аэрозоли от пожаров могут оставаться в стратосфере месяцами, изменяя ее состав. Перемещаясь в полярные регионы, эти частицы влияют на динамику озонового слоя над Антарктикой, изменяют облачность и отражательную способность поверхности, а также ускоряют таяние льда и снега. По оценкам ученых, ежегодно в мире происходит от десятков до сотен таких штормов, и тенденция к увеличению интенсивности лесных пожаров будет только способствовать их росту. Неспособность включить эти явления в климатические модели до сих пор мешала полному пониманию их воздействия на глобальный климат.

В исследовательскую группу также вошли специалисты из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса, Калифорнийского университета в Ирвайне и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории. Для своего прорыва они использовали передовую модель системы Земли Energy Exascale Earth System Model (E3SM), разработанную Министерством энергетики США. Эта работа позволила зафиксировать сложное взаимодействие между лесными пожарами и атмосферой.

Новая структура моделирования объединяет данные о выбросах от лесных пожаров с высоким разрешением, модель подъема дымового шлейфа и перенос водяного пара, вызванный огнем. Этот научный прорыв не только открывает путь для изучения экстремальных явлений в рамках климатических моделей, но и создает основу для будущего исследования огненных штормов в региональном и глобальном масштабах. Это также важный шаг для повышения готовности к подобным стихийным бедствиям и устойчивости к их последствиям.