Ekstremalne zjawiska pogodowe związane ze zmianami klimatu przyczyniają się do wzrostu częstotliwości i dotkliwości pożarów. Skutki są niszczycielskie – od wypadków śmiertelnych przez utratę mienia po szkodliwe emisje do atmosfery. Monitoring atmosfery programu Copernicus (CAMS*) prowadzi w czasie zbliżonym do rzeczywistego obserwacje pożarów lasów na całym świecie, a Copernicus Climate Change Service (C3S*) dostarcza danych na temat skutków pożarów.

Naturalne pożary lasów (z ang. wildfires¹) pojawiają się w przypadku łatwopalnej roślinności i w obecności źródła zapłonu pochodzenia naturalnego (wyładowania atmosferyczne) lub związanego z działalnością człowieka. Wpływ na nie ma szereg czynników, w tym rodzaj roślinności, struktura, wilgotność, topografia i wiatr².

Moc promieniowania cieplnego pożaru (FRP)

Jedną z wielkości często stosowanych do obserwacji i raportowania intensywności pożarów jest moc promieniowania ognia (FRP – Fire Radiative Power), określająca szybkość, z jaką energia jest wypromieniowywana z pożaru. FRP jest zwykle wyrażane w megawatach [MW] lub gigawatach [GW] i mówi o szybkości uwalniania energii. FRP jest wykorzystywane przez globalny system asymilacji pożarów CAMS (GFAS – ang. Global Fire Assimilation System) do oszacowania emisji substancji zanieczyszczających atmosferę związanych z pożarami. Wartości FRP pochodzą z obserwacji satelitarnych Terra MODIS i Aqua MODIS NASA .

Wartość FRP pochodzi z czujników satelitarnych, takich jak spektroradiometr MODIS znajdujący się na satelitach NASA Terra i Aqua, zestaw radiometrów obrazowania w podczerwieni VIIRS na satelitach Suomi NPP i NOAA-20 oraz radiometr temperatury powierzchni morza i lądu (SLSTR) na satelitach Sentinel-3A i Sentinel-3B. Czujniki te mierzą temperaturę jasności powierzchni Ziemi przy różnych długościach fal promieniowania elektromagnetycznego. Do obliczenia FRP można wykorzystać anomalię lub różnicę w temperaturze jasności³ , proces obliczania jest złożony i obejmuje m. in. poprawki na wpływ warunków atmosferycznych, kalibrację czujnika i kąt, pod jakim wykonywany jest pomiar.

FRP obliczane jest w czasie zbliżonym do rzeczywistego i umożliwia meteorologom, straży pożarnej i naukowcom ocenę nasilenia pożarów, śledzenie ich rozprzestrzeniania się w celu podejmowania świadomych decyzji.

Spalony obszar

Inną miarą wpływu (skutków) pożaru jest tzw. blizna pożarowa z (ang. scarf) lub spalony obszar, czyli teren na którym w wyniku pożaru pozostał węgiel drzewny i popiół, powstał ubytek w roślinności⁴ i zmieniła się jego struktura.

Powierzchnię tę zwykle oblicza się, uwzględniając ocenę naziemną, techniki teledetekcji i analizę geoprzestrzenną. Satelity dostarczają zdjęć obszaru przed pożarem i po. Porównując je można zidentyfikować spalony obszar.

Europejski system informacji o pożarach lasów (EFFIS)  dzięki narzędziu szybkiej oceny szkód (RDA), przetwarza obrazy satelitarne pochodzące z instrumentu MODIS NASA i dwa razy dziennie aktualizuje spalony obszar w Europie dla pożarów o powierzchni powyżej 30 ha. Od 2018 r. wykorzystywane są też zdjęcia z satelity Copernicus Sentinel-2, co umożliwia mapowanie pożarów o powierzchni mniejszej niż 30 ha oraz poprawienie precyzji konturu spalonego obszaru uzyskanego z instrumentu MODIS, dzięki czemu spalony obszar zmapowany przez EFFIS obejmuje 95% pożarów w UE.

Dla zobrazowania gwałtowności pożaru, stosuje się znormalizowany współczynnik spalenia (NBR), obliczany na podstawie zdjęć satelitarnych poprzez porównanie pasma bliskiej podczerwieni (NIR) i krótkofalowej podczerwieni (SWIR) pochodzące z satelity Sentinel-2.

Po opanowaniu pożaru, w zależności od potrzeb, przeprowadzany jest lotniczy pomiar spalonego obszaru z zastosowaniem kamer, które zapewniają wysoką rozdzielczość przestrzenną. Do analizy danych wykorzystuje się systemy informacji geograficznej (GIS). Najdokładniejsze wyniki uzyskuje się poprzez łączenie danych z wielu źródeł.

Monitorowanie emisji z pożarów i monitoring dymu

CAMS GFAS wykorzystuje procedurę asymilacji wartości FRP dla tworzenia codziennych szacunków emisji z pożarów lasów i spalania biomasy na całym świecie, z rozdzielczością przestrzenną 0,1 stopnia z godzinowym krokiem czasowym. Dane wyjściowe to emisje ze spalania biomasy (płonącej roślinności) dla 40 gazów cieplarnianych, gazów śladowych i aerozoli, od 1 stycznia 2003 r. do dnia dzisiejszego.

CAMS dostarcza codziennie pięciodniową prognozę składu atmosfery dla całego świata, niezwykle przydatną dla śledzenia wpływu emisji z pożarów oraz dymu na stan atmosfery. Szczególnie istotna jest prognoza tlenku węgla (CO), powstającego w wyniku pożarów, który jest dobrym wskaźnikiem przenoszenia zanieczyszczeń dymem na duże, oraz parametr grubość optyczna aerozolu optyczne (AOD) i grubość optyczna aerozolu materii organicznej, które pokazują poziom wytłumienia światła słonecznego przez cząstki stałe zawarte w dymie z pożarów. Prognozy są dostępne na całym świecie z efektywną rozdzielczością poziomą około 0,4 stopnia. Dane z prognozą dostępne są od 2003 r. do chwili obecnej.

CAMS GFAS dostarcza również oszacowanie efektywnej wysokości wprowadzenia emisji, uzyskiwane z obserwacji FRP i analiz meteorologicznych na podstawie operacyjnych prognoz pogody Europejskiego Centrum Prognoz Średnioterminowych (ECMWF). Efektywna wysokość wprowadzenia emisji ma wpływ na długość ich zalegania w atmosferze, ich przemiany chemiczne i dalszy cykl życia poszczególnych składników emisji⁵. Wprowadzenie na większą wysokość to większe prawdopodobieństwo dłuższego pozostawania w atmosferze oraz przetransportowania emisji na dalszą odległość.

Pirokonwekcja i burze

Innym terminem często słyszanym w kontekście pożarów jest silna i głęboka pirokonwekcja, która może wystąpić w chmurze ognia ze względu na olbrzymią ilość ciepła, co powoduje szybkie podnoszenie się powietrza. Ten silny prąd wznoszący, wciąga otaczające chłodniejsze powietrze a wznoszące się powietrze osiąga poziom kondensacji, skrapla się i tworząc chmury pirocumulus ( pyroCu ) lub chmury burzowe pirocumulonimbus ( pyroCb ).

Pirokonwekcja może powodować zwiększenie zasięgu i gwałtowności pożarów ze względu na silne wahania kierunku i prędkości wiatru przyziemnego, prądy zstępujące oraz pioruny pirogenne, które to zjawiska mogą powodować wzniecenie nowych pożarów⁶. Silne wiatry mogą przenosić płonące elementy, wywołując więcej pożarów po stronie zawietrznej pierwotnego pożaru⁷.

Pożary i zmiany klimatu

Zmiany klimatu zostały uznane za istotny czynnik przyczyniający się do zwiększonej częstotliwości i intensywności pożarów w północnych regionach pozatropikalnych ze względu na kilka czynników, między innymi wzrost temperatur i przedłużające się okresy suszy. Rosnące temperatury w połączeniu ze zmienionym rozkładem przestrzennym opadów zmieniają warunki na bardziej suche, co zwiększa ryzyko pożarów. Sytuację dodatkowo pogarszają związane ze zmianami klimatycznymi zmiany w rozkładzie wiatru i wyładowań atmosferycznych. Gorące i suche wiatry wzmagają pożary, ułatwiając ich szybkie rozprzestrzenianie się i utrzymywanie się przez długi czas, a zwiększona ilość wyładowań atmosferycznych to większa liczba zapłonów pożarów, szczególnie w lasach wysokich szerokości geograficznych.

Warto podkreślić wagę sprzężenia zwrotnego między pożarami lasów a zmianami klimatycznymi. Ekstremalne pożary zmieniają cykl węglowy Ziemi, emitując więcej węgla, niż jest pochłaniane przez roślinność w miarę jej wzrostu. Usuwanie roślinności i spalanie gleby w wyniku pożarów również zmniejsza zdolność gleby do magazynowania dwutlenku węgla i zmienia albedo powierzchni. Dym z pożarów zmienia równowagę promieniowania Ziemi w wyniku tworzenia się chmur (chociaż wpływ tego na klimat może nie być znaczący), a sadza pochłania i emituje promieniowanie podczerwone, co ma efekt ocieplający – ale skutki te są stosunkowo lokalne i krótkotrwałe. Sadza osadzająca się na śniegu i lodzie zmniejsza albedo lodu i pomniejsza zdolność lodowców do odbijania promieniowania słonecznego w przestrzeń kosmiczną.

Zmiany klimatu są czynnikiem przyczyniającym się do zwiększonej aktywności pożarów lasów i rosnącego zagrożenia pożarami i związanym z tym ryzykiem.

CAMS i C3S – bogactwo danych o pożarach lasów

CAMS regularnie dostarcza aktualne informacje na temat lokalizacji, intensywności i szacunkowych emisjach z pożarów na całym świecie, a także śledzi transport emisji i skład dymu. Aby dowiedzieć się więcej na temat monitoringu pożarów CAMS, odwiedź stronę poświęconą globalnemu monitorowaniu pożarów i zapoznaj się z poszczególnymi produktami w serwisie z danymi o atmosferze oraz przejrzyj sekcje z często zadawanymi pytaniami i odpowiedziami.

Serwis Copernicus Climate Change (C3S) i repozytorium z danymi o zminie klimatu udostępnia dane o pożarach lasów, takie jak wskaźniki „pogody pożarowej” dla Europy w latach 1970–2098 uzyskane na podstawie procedur reanaliz i dzięki projekcjom zmian klimatu, udostępnia też informacje na temat spalonego obszaru od 2001 r. do chwili obecnej pochodzące z obserwacji satelitarnych. Raport C3S na temat stanu klimatu w Europie z 2023 r. zawiera specjalną sekcję poświęconą pożarom lasów w Europie i Arktyce.

*CAMS i C3S są wdrażane przez Europejskie Centrum Prognoz Średnioterminowych (ECMWF) przy wsparciu finansowym Komisji Europejskiej

^1] Zbiory danych CAMS i C3S obejmują wszystkie pożary krajobrazu lub roślinności, w tym pożary pól uprawnych i otwarte spalanie biomasy.

^[2] ESOTC 2 023/Pożary

^[3] Temperatura jasności jest radiometryczną miarą promieniowania cieplnego emitowanego przez powierzchnię Ziemi.

^4] Pereira i in., 1997; Roy i in., 1999

^5] Paugam , R., Wooster, M., Freitas, S. i Val Martin, M.: Przegląd podejść do szacowania wysokości wtrysku smugi pożarów w ramach wielkoskalowych modeli transportu chemicznego w atmosferze

^[6] Dowdy, AJ, Ye, H., Pepler , A. i in. Przyszłe zmiany w ekstremalnych warunkach pogodowych i czynnikach ryzyka pirokonwekcji australijskich pożarów. Sci Rep 9, 10073 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-46362-x

^[7] Np. Mendez, A. i Farazmand , M. Kwantyfikacja rzadkich zdarzeń w wykrywaniu: Jak daleko rozprzestrzeniają się pożary? Dziennik Bezpieczeństwa Pożarowego 132 (2022). https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2022.103630