Az utóbbi években az erdőtüzek egyre nagyobb figyelmet kaptak a médiában, mivel az éghajlatváltozással összefüggő szélsőséges időjárási események hozzájárulnak gyakoriságuk és súlyosságuk növekedéséhez, különösen az északi és az extra-trópusi régiókban. Világszerte pusztító hatásúak az erdőtüzek az élet- és vagyonveszteségek, valamint a légkörbe jutó kibocsátások tekintetében. A CAMS közel valós idejű megfigyelésekkel figyeli az erdőtüzekből származó kibocsátásokat szerte a világon, a Copernicus Climate Change Service (C3S) pedig számos olyan adatkészletet biztosít, amelyek segítségével jobban megérthetjük az erdőtüzek hatásait. De mit értünk pontosan azon, amikor az erdőtüzek hatásairól beszélünk, és hogyan mérjük ezeket a hatásokat?
Az erdőtüzek éghető növényzetből és gyújtóforrásokból, például villámcsapásból vagy emberi tevékenységből erednek. A tüzeket számos tényező befolyásolja, többek között a növényzet típusa, szerkezete, nedvességtartalma, a domborzat és a szél. Eredete lehet természetes és egyben az ökoszisztémák számára nélkülözhetetlen, de lehet emberi tevékenység eredménye is. Az erdőtüzek megfigyelésére és az azokról szóló jelentések készítésére gyakran használt egyik mérőszám a tűz sugárzási teljesítménye (FRP). Az FRP számszerűsíti a tűz által kibocsátott energia sugárzási sebességét és hasznos az erdőtüzek intenzitásának becsléséhez. Az FRP-t általában megawattban (MW) vagy gigawattban (GW) fejezik ki. A CAMS Globális Tűz Asszimilációs Rendszere (GFAS) is az FRP-t használja az égő növényzethez kapcsolódó légköri szennyezőanyag-kibocsátás becslésére. A CAMS GFAS rendszerben jelenleg asszimilált FRP megfigyeléseket a NASA Terra MODIS és Aqua MODIS aktív tűzvédelmi termékei szolgáltatják.
A tűz sugárzási teljesítményének kiszámítása
Az FRP kiszámításához távérzékelési adatokra van szükség, például a NASA Terra és Aqua műholdjain található MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), a Suomi NPP és NOAA-20 műholdak VIIRS (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite), vagy a Sentinel-3A és Sentinel-3B műholdak SLSTR (Sea and Land Surface Temperature Radiometer) távérzékelési adataiból. Ezek az érzékelők a Föld felszínének fényességi hőmérsékletét mérik az elektromágneses spektrum különböző hullámhosszain. A középső és a termikus infravörös tartományban mért fényességhőmérséklet anomáliája vagy különbsége felhasználható az FRP kiszámításához. A számítás azonban összetett lehet, mivel magában foglalja a légköri hatások, az érzékelő kalibrálása, a mérés szöge és egyéb tényezők korrekcióját.
A GFASv1.2 tűzhelyei és a tűz sugárzási teljesítménye Észak-Amerika boreális területe felett 2023 augusztusában (balra), a napi teljes FRP Kanadában 2023. május 1. óta (középen) és az FRP-adatok alapján számított teljes becsült erdőtűz-szén-dioxid-kibocsátás Kanadában augusztusban. Forrás: CAMS
Az FRP közel valós időben megfigyelhető, és felhasználható a tüzek intenzitásának és méretének mérésére, valamint a tüzek terjedésének és viselkedésének nyomon követésére. Értékes információkat szolgáltat, ezáltal lehetővé téve a meteorológusok, a tűzvédelmi szervek és a kutatók számára, hogy felmérjék az erdőtüzek súlyosságát, nyomon kövessék terjedésüket és megalapozott döntéseket hozzanak a tűzoltási erőfeszítésekkel és az evakuálási stratégiákkal kapcsolatban.
A leégett terület
A tűz hatásának másik mérőszáma az égési sebhely vagy égett terület. Amint a kifejezés is mutatja, az égett terület az a terület, amelyet erdőtűz érintett. Itt szén- és hamulerakódás jellemző, a növényzet szerkezetének megváltozik vagy teljesen el is tűnik.
Az erdőtüzek területének nagyságát általában földi felmérések, távérzékelési technikák és térinformatikai elemzések kombinációjával számítják ki. A műholdas felvételek kulcsfontosságúak az égett területek kiterjedésének felmérésében. A különböző szenzorokkal, többek között multispektrális és hőérzékelőkkel felszerelt műholdak képeket készíthetnek az érintett területről az erdőtűz előtt és után. E képek összehasonlításával az elemzők azonosítani tudják a leégett területeket.
A Sentinel-2 adatai a kelet-macedóniai és trákiai Alexandropoulis közelében lévő égési területet mutatják 2023. augusztus 23-án. Forrás: EU, Copernicus Sentinel-2 felvételek.
Az Európai Erdőtűz Információs Rendszer (EFFIS) gyors kárfelmérő modulja (RDA) a NASA Terra és Aqua műholdjainak MODIS műszereivel készült képeit dolgozza fel, hogy (naponta kétszer) frissítse az európai égett területek kerületét a 30 hektáros vagy annál nagyobb tüzek esetében. Az EFFIS 2018 óta a Copernicus Sentinel-2 műhold képeit használja, amelyek lehetővé teszik a 30 hektárnál kisebb tüzek feltérképezését és az eredetileg a MODIS 250 m-es képei alapján feltérképezett tüzek végleges kerületének finomítását. Becslések szerint az EU-ban évente leégő teljes terület mintegy 95%-a az EFFIS-ben feltérképezésre kerül.
EFFIS heti leégett területek (balra) és kumulatív leégett területek (középen) Görögországban 2023-ban. Forrás: Európai Erdőtűz-információs Rendszer (EFFIS).
Egy másik kifejezés, amellyel az erdőtűz által leégett területtel kapcsolatban találkozhatunk, az a normalizált égési arány (NBR - normalised burn ratio). Az NBR egy általánosan használt, műholdfelvételekből számított index, amelyet az égett területek azonosítására és az égés súlyosságának mérésére használnak. Az EFFIS a Sentinel-2 közeli infravörös (NIR) és rövidhullámú infravörös (SWIR) sávjait hasonlítja össze az égés okozta változások által érintett területek azonosítására. A pozitív NBR-értékek égett területet jelent, a magas értékek pedig súlyos égést jeleznek.
Az erdőtűz megfékezése után földi felméréseket lehet végezni légi felmérésekkel, például kamerákkal felszerelt drónokkal vagy repülőgépekkel, amelyek nagy felbontású képet adhatnak az égett területről és segíthetnek a tűz határainak meghatározásában. A térbeli adatok elemzésére és kezelésére térinformatikai szoftvereket (GIS) is használnak. A legpontosabb számítások gyakran több forrásból származó adatok kombinálásával készülnek, ami segít abban, hogy az égett terület mérése a lehető legpontosabb legyen.
Az erdőtüzek kibocsátásának és füstjének nyomon követése
CAMS aeroszol-előrejelzést, ami augusztus 09. 00:00 UTC-s futtatás és augusztus 09. 12:00 UTC-re érvényes. Forrás: CAMS
A CAMS GFAS a műholdas szenzorok FRP-megfigyeléseit asszimilálja, hogy 0,1 fokos térbeli felbontással óránkénti és napi becsléseket készítsen az erdőtüzekből és a biomassza égetéséből származó kibocsátásokról világszerte. A GFAS adatkimenete 40 üvegházhatású gázra, nyomgázra és aeroszolra vonatkozóan tartalmaz térbeli rácshálós FRP-t és a biomassza égetéséből származó kibocsátási fluxusokat, amelyek az égő növényzethez kapcsolódnak. A GFAS-adatkészlet 2003. január 1-jétől napjainkig áll rendelkezésre.
A CAMS napi ötnapos előrejelzést ad a légkör összetételéről, beleértve néhány olyan összetevőt, amelyek különösen hasznosak az erdőtüzek kibocsátásának és füstjének légköri hatásainak nyomon követéséhez. A két leghasznosabb összetevő a szén-monoxid (CO), amely a nem tökéletes égés terméke, beleértve az erdőtüzekből származó égést is és néhány hetes légköri élettartama miatt jó mutatója a füstszennyezés hosszú távú terjedésének. Valamint az aeroszol optikai mélysége (AOD) és a szerves anyag AOD, amely az erdőtüzek füstjében lévő részecskék által okozott fénygyengülést jelzi. A CAMS operatív előrejelzések globálisan, körülbelül 0,4 fokos vízszintes felbontással állnak rendelkezésre. Ezenkívül a CAMS regionális előrejelzései 0,1 fokos vízszintes felbontásúak, és a globális légkör összetételére vonatkozó CAMS újraelemzés 2003-tól napjainkig körülbelül 0,8 fokos vízszintes felbontással áll rendelkezésre.
A CAMS GFAS becsléseket ad a szennyezőanyagok által elért magasságokra vonatkozóan is, amelyeket az FRP megfigyelésekből és az Európai Középtávú Időjárás-előrejelző Központ (ECMWF) operatív időjárás-előrejelzéseiből származó meteorológiai információkból származtatnak. Ez a magasság megmutatja, hogy a tüzekből származó kibocsátások a tüzek intenzitásával összefüggésben hol „fecskendeződnek” be a légkörbe. A kibocsátások hője és az időjárási körülmények által befolyásolt befecskendezési magasság befolyásolhatja a füstfelhőben lévő kémiai összetevők élettartamát, kémiai átalakulását és sorsát. A nagyobb magasságban befecskendezett aeroszolok valószínűleg hosszabb ideig maradnak a légkörben és messzebbre jutnak, ami azt jelenti, hogy környezeti hatásuk szélesebb körű lesz, bár ezesetben is a közeli hatások a legsúlyosabbak.
Pirokonvekció és zivatarok
Az erdőtüzekkel kapcsolatban gyakran hallott másik kifejezés a pirokonvekció, amely a tüzek füstjéből alakuló felhőben néha előforduló erős és mély konvekcióra utal. Ahogy egy erdőtűz ég, hatalmas mennyiségű hőt szabadít fel, ami a környezetében lévő levegő gyors emelkedését okozza. A forró levegőnek ez a felfelé irányuló mozgása erőteljes feláramlást hoz létre, amely a környező hűvösebb levegőt vonzza be. Amikor a felszálló levegő nagyobb magasságba ér, kondenzálódik és pirocumulus (pyroCu) felhőket, vagy intenzívebb esetekben pirocumulonimbus (pyroCb) felhőket hoz létre, amelyekben zivatarok alakulhatnak ki.
Hogyan keletkeznek a pirocumulonimbus felhők. Forrás: Australian Government Bureau of Meteorology (Ausztrál Meteorológiai Hivatal)
A pirokonvekció hatására az erdőtüzek mérete megnőhet és kiszámíthatatlanabbá válhatnak, ami potenciálisan veszélyesebbé teheti őket, többek között a légkör és a tűz közötti visszacsatolási folyamatok miatt. A felszíni szél irányának és sebességének erős változásai, amelyek a konvektív beáramlásokhoz és leáramlásokhoz kapcsolódnak, befolyásolhatják a tűz viselkedését, és a pirogén villámok új tüzeket gyújthatnak. Az erős szél a tűzfoltok számát is növelheti, amikor a szél az erdőtüzek égő törmelékét széthordja, ami az eredeti tűz szélénél további tüzeket eredményezhet. A pirokonvekció során az erdőtűz és a légkör közötti kölcsönhatás nem csak a tűz viselkedését súlyosbítja, hanem további kihívásokat is jelenthet a tűzoltás és a közbiztonság számára.
Erdőtüzek és éghajlatváltozás
Az éghajlatváltozás jelentős mértékben hozzájárul az erdőtüzek gyakoriságának és intenzitásának növekedéséhez az északi és az extra-trópusi régiókban. Több tényező is hozzájárul ehhez az összefüggéshez, mint a globális hőmérséklet emelkedése és az éghajlatváltozásból eredő hosszabb aszályos időszakok. A globális hőmérséklet emelkedése a megváltozott csapadékviszonyokkal együtt szárazabb körülményeket teremt, ami növelheti a tüzek kockázatát. A helyzetet tovább súlyosbítják az éghajlatváltozással összefüggő szél- és villámlási minták változásai. A forró, száraz szelek súlyosbítják az erdőtüzeket, amikor azok égnek és gyors terjedést, valamint a tüzek hosszabb élettartamát okozzák. Ezen túlmenően a villámlás fokozódása több tűzgyulladáshoz kapcsolódik, különösen a magas szélességi fokokon.
A talajnedvesség-anomáliákat és a 2022. júniusi-augusztusi erdőtüzek helyeit (ahol a GFAS által becsült erdőtűz sugárzási teljesítménye 1 W/m2 vagy annál nagyobb) bemutató térkép. A sarkkört szaggatott vonal jelzi. A piros színnel árnyékolt pontok az erdőtüzek teljes sugárzási teljesítményét jelölik. Az anomáliákat az 1991-2020-as referencia-időszak átlagának százalékában számították ki. Adatforrások: ERA5-Land talajnedvesség és CAMS GFAS v1.2 erdőtűz adatok. Forrás: CAMS/C3S/ECMWF.
Az erdőtüzek és az éghajlatváltozás között is lehetséges egy visszacsatolási mechanizmus. A szélsőséges erdőtüzek potenciálisan megváltoztathatják a Föld szénkörforgását, mivel több szenet bocsátanak ki, mint amennyit a növényzet a visszanövése során meg tud kötni. A növényzet eltávolítása és az erdőtüzek okozta talajégetés csökkenti a föld szén-dioxid-tároló képességét is és megváltoztathatja a felszíni albedót is. Ezen túlmenően az erdőtüzek füstje a felhőképződés miatt megváltoztathatja a Föld sugárzási egyensúlyát (bár ennek éghajlati hatása nem feltétlenül jelentős), míg a fekete szén elnyeli és kibocsátja az infravörös sugárzást, ami melegítő hatású lehet - ezek a hatások azonban viszonylag lokálisak és rövid ideig tartanak. A hóra és jégre lerakódott fekete szén továbbá csökkenti a jég albedo visszacsatolását (a jégsapkák, gleccserek stb. azon képességét, hogy a napenergiát visszaverjék a világűrbe).
Fontos megjegyezni, hogy bár az éghajlatváltozás hozzájárul a fokozott erdőtűz-tevékenységhez, nem ez az egyetlen tényező. A földhasználat, az emberi tevékenység és a természetes változékonyság szintén fontos szerepet játszanak az erdőtüzek dinamikájában. Az éghajlatváltozással és annak hatásaival való foglalkozás azonban kulcsfontosságú az erdőtüzek növekvő fenyegetettségének és a velük járó kockázatoknak az enyhítéséhez.
CAMS és C3S - az erdőtüzek adatainak gazdagsága
A CAMS rendszeres és naprakész információkat szolgáltat az erdőtüzek helyéről, intenzitásáról és becsült szennyezőanyag kibocsátásáról világszerte, valamint nyomon követi a füst szállítódását és összetételét. További információ elérhető az erdőtüzek és a füst CAMS általi megfigyeléséről a CAMS globális tűzmegfigyeléséről szóló oldalán, valamint ide kapcsolódó CAMS produktumok találhatóak a CAMS Atmosphere Data Store-ban.
Továbbá a C3S Climate Data Store az erdőtüzekkel kapcsolatos adatkészletek széles skáláját tartalmazza, például az 1970 és 2098 közötti európai tűzeseteknek kedvező időjárási mutatókat, amelyek reanalízisből és éghajlati előrejelzésekből származnak vagy a 2001-től napjainkig tartó égett területekre vonatkozó információkat, amelyek műholdas megfigyelésekből származnak.