穿越野火烟羽可以改善烟雾预报

西方的野火不仅影响燃烧的地区，还影响烟雾覆盖的更广泛地区。近年来，朦胧的天空和有害的空气质量已成为夏末天气的常规特征。

许多因素导致西方野火越来越大，并产生更大，更持久的烟羽，这些烟羽可以遍布整个非洲大陆。华盛顿大学领导的一项分析着眼于迄今为止从西海岸野火烟羽内部获得的最详细的观测结果。

这个由多个机构组成的小组从源头追踪并飞过野火烟羽，以收集有关烟雾化学成分随时间变化的数据。结果报告于11月2日发表在《美国国家科学院院刊》上，该报告显示，烟雾预报可能会大大低估陈旧烟雾中的微粒数量。

新的结果可能会使陈旧的烟雾中颗粒物的估计值翻倍，这可能是大风顺风地区“中等”和“不健康”空气质量之间的差异。

威斯康星大学大气科学教授乔尔·桑顿说：“野火正变得越来越大，而且越来越频繁，烟雾正成为造成整体空气污染的更重要因素。” “我们确实将烟羽对准源头，以试图更好地了解排放的气体，然后了解其在顺风时如何转变。”

了解新产生的野火烟雾如何转变为陈旧，消散的烟雾，可以更好地预测空气质量。社区可以利用这些预报来准备室外活动，或者在空气不安全的情况下重新安排室外活动，并限制其他污染活动，例如燃木火。

威斯康星大学大气科学博士后研究员第一作者布雷特·帕尔姆说：“烟雾预报有两个方面。” “基于空气在大气中运动的动态，一个只是烟羽将流向何处。但是另一个问题是：有多少烟气被输送出来—顺风向下的空气质量会变差吗?这就是问题所在。我们的工作有助于解决。”

这张2018年爱达荷州兔子足火的烟羽照片显示了左侧烟源顺风传播时如何变化。图片来源：Brett Palm /华盛顿大学

当树木，草木和树叶在高温下燃烧时，它们会产生烟灰或黑碳，以及比烟灰更具反应性的有机颗粒和蒸气(称为有机气溶胶)。火灾还可能产生“棕碳”气雾剂，这是一种不太容易理解的有机气雾剂形式，可以使天空呈褐色雾状。

一旦进入空气中，有机气溶胶就可以与大气中已经存在的氧气或其他分子发生反应，从而形成新的化合物。气温，日光和浓烟会影响这些反应，从而改变较旧烟羽的特性。

这个由多个机构组成的团队通过WE-CAN或科罗拉多州立大学领导的``西部野火云化学，气溶胶吸收和氮野外实验''活动，于2018年7月和8月通过野火羽流飞行来测量这些反应。

从爱达荷州博伊西进行的研究飞行使用C-130研究飞机观察烟雾。这项研究以每立方米2,000微克的水平飞行，大约是今年夏天西雅图最恶劣的空气的7倍。飞机上的密封件使飞机内部的空气更加清洁，尽管研究人员称这就像在篝火烟雾中飞行。

帕尔姆说：“我们试图找到一条井井有条的羽状物，使我们能够尽可能靠近火源。” “然后，使用风速，我们将尝试在顺风行进的随后的样带上对相同的空气进行采样。”

这份新论文的分析重点关注俄勒冈州西南部的泰勒河大火，犹他州的熊陷阱大火，蒙大拿州的金石大火，内华达州的南糖面包大火以及基瓦的夏普斯大火所产生的九种定义明确的烟羽爱达荷州的海狸溪和兔子脚野火。

帕尔姆说：“你不能真正在实验室中繁殖出大火。” “总的来说，我们试图对烟老化过程中的烟气进行取样，以研究化学，正在发生的物理转变。”

研究人员发现，一类野火排放物酚仅占燃烧物质的4%，但约占新鲜烟雾中吸收光的“棕色碳”分子的三分之一。他们发现了羽状流内部复杂的转变的迹象：蒸汽正在凝结成颗粒，但是在同一时间和几乎相同的速率下，颗粒成分又蒸发回了气体。天平决定了当羽流顺风行驶时，有多少颗粒物得以幸存，从而决定了空气质量。

Palm说：“有趣的方面之一是说明烟雾的动态程度。” “在竞争的过程中，以前的测量似乎没有什么变化。但是通过我们的测量，我们可以真正说明烟雾的动态性质。”

研究人员发现，化学成分的这些变化发生得比预期的快。烟雾一旦散发，即使它在移动并消散，它也会开始蒸发并与周围的气体发生反应。

桑顿说：“当烟羽是新鲜的时，它们几乎就像是一场低等级的大火，因为在最初的几个小时内发生了太多的化学活性。”