Новости

Jun 25, 2023

Предположения о тепловых потоках способствуют переоценке попадания дыма от лесных пожаров в свободную тропосферу.

Communications Earth & Environment, том 3, Номер статьи: 236 (2022) Цитировать эту статью 1653 Доступов 3 Цитирования 5 Подробности об альтернативных метриках Выбросы дымовых шлейфов лесных пожаров в свободное пространство

Коммуникации Земля и окружающая среда, том 3, Номер статьи: 236 (2022) Цитировать эту статью

1653 Доступа

3 цитаты

5 Альтметрика

Подробности о метриках

Выбросы дымовых шлейфов лесных пожаров в свободную тропосферу влияют на качество воздуха, однако модельные прогнозы выбросов являются плохими. Здесь мы используем наблюдения с самолетов, полученные во время лесных пожаров на западе США в 2019 году (FIREX-AQ), для оценки широко используемой параметризации подъема дымового шлейфа в двух моделях переноса химии в атмосфере (WRF-Chem и HRRR-Smoke). Наблюдения показывают, что выбросы дыма в свободную тропосферу происходят в 35% шлейфов, тогда как модели прогнозируют 59–95%, что указывает на ложные выбросы при моделировании. Ложные инъекции были связаны с тем, что обе модели переоценивали тепловой поток пожара и высоту местности, а также с недооценкой WRF-Chem высоты планетарного пограничного слоя. По нашим оценкам, лучистая доля теплового потока в моделях от 0,5 до 25 раз больше, чем в наблюдениях, в зависимости от типа топлива. Производительность модели была существенно улучшена за счет использования наблюдаемого теплового потока и высоты пограничного слоя, что подтверждает, что модели нуждаются в точных тепловых потоках и высотах пограничного слоя для правильного прогнозирования инжекции шлейфа.

Дым лесных пожаров влияет на радиационный баланс Земли1, качество воздуха2, видимость3 и здоровье человека4, увеличивая атмосферную нагрузку загрязняющих веществ. Наблюдались более сильные лесные пожары и более продолжительные пожароопасные сезоны, что, по-видимому, коррелирует с антропогенным изменением климата5,6. В будущих климатических режимах7 прогнозируется дальнейшее ухудшение качества воздуха и видимости из-за задымления.

Подъем шлейфа относится к вертикальному переносу горячих дымовых газов и частиц через атмосферу. Этот процесс может привести к выбросам шлейфа, когда дым достигает свободной тропосферы, или к невыбросам шлейфа, когда дым остается заключенным в пределах планетарного пограничного слоя (ППС). Предыдущие исследования показали, что инжектированные шлейфы имеют тенденцию занимать слои стабильности окружающей среды и что инъецированные шлейфы связаны с высокой радиационной мощностью пожара (FRP) и благоприятной пожароопасной погодой8,9,10. Наблюдения с помощью многоугольного спектрорадиометра (MISR) показывают, что попадание в свободную тропосферу происходит в 4–12% вершин дымовых шлейфов в Северной Америке8,9,11,12, а данные облачно-аэрозольного лидара с ортогональной поляризацией указывают на то, что попадание в свободную тропосферу происходит в 4–12% вершин дымовых шлейфов в Северной Америке. всего столба дыма в свободную тропосферу приходится на 78% дымовых шлейфов Северной Америки10. Однако процент MISR может быть занижен из-за пролета спутников утром (около 10:30 утра по тихоокеанскому времени для MISR), когда шлейфы еще не полностью развились11. Нагнетаемые шлейфы могут переноситься по ветру с небольшим разбавлением13 и, таким образом, имеют тенденцию оказывать более сильное региональное воздействие. С другой стороны, неинжектированные шлейфы имеют тенденцию оказывать более локальное воздействие из-за более эффективного нисходящего перемешивания за счет окружающей турбулентности PBL.

Параметризация подъема шлейфа Фрейтаса представляет собой одномерную модель разрешения облаков. Обычно он встроен в трехмерную модель хоста, которая определяет окружающую среду14. Эта модель представляет пожары как поверхностные потоки плавучести, которые зависят от мгновенного размера пожара, конвективного теплового потока и типа топлива. Эта модель имеет тенденцию превосходить модели, которые относят выбросы к одному уровню или фиксированному вертикальному распределению15,16,17. Однако модель зависит от оценок размера пожара и теплового потока, завышает частоту свободных выбросов в тропосферу и имеет тенденцию недооценивать диапазон наблюдаемых высот шлейфа18,19. Предполагаемые причины недостатков модели Фрейтаса включают неопределенности в латеральном увлечении и входных параметрах. Унос зависит от размера пожара, поэтому версии модели Фрейтаса, допускающие переменные размеры пожара, могут улучшить смоделированный диапазон высот шлейфа15,18. Кроме того, явное добавление вовлечения в более позднюю версию модели улучшило производительность20,21. Неопределенность входных параметров, особенно размера пожара и FRP, может быть вызвана шлейфом, маскирующим результаты извлечения FRP, неправильной формой или размером пожара или изменчивостью горения в зависимости от типа растительности18,22.