یک تجربه غیردنیایی. چرا دانشمندان در این فصل آتش سوزی به سمت ابرهای طوفانی پرواز کردند؟

با بزرگ‌تر و داغ‌تر شدن آتش‌سوزی‌های جنگلی در بسیاری از نقاط جهان، محققان یک مأموریت هوایی را آغاز کرده‌اند تا درباره ابرهای طوفانی شدیدی که گاهی بر روی شدیدترین شعله‌ها تشکیل می‌شوند، اطلاعات بیشتری کسب کنند.

ابرهای "طوفان آتش" یا pyrocumulonimbus (pyroCb)، می توانند به اندازه فوران آتشفشانی دود را به داخل استراتوسفر پمپ کنند. آنها مسئول طیف وسیعی از آب و هوای شدید، از رعد و برق گرفته تا آتش سوزی هستند، اما چیزهای زیادی در مورد عملکرد درونی آنها ناشناخته است، که پیش بینی رفتار آنها را دشوار می کند. این یک خطر برای ساکنان و خدمه اورژانس است که ممکن است در مسیر آسیب قرار گیرند.

تماشا کنید: آتش‌سوزی‌های عظیم در غرب چگونه ذرات مضر را در سراسر آمریکای شمالی پخش می‌کنند

تابستان امسال، تیمی از دانشمندان به سرپرستی ناسا، آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی دریایی ایالات متحده (NRL) و مرکز ملی تحقیقات جوی (NCAR) با پرواز یک جفت هواپیما بر فراز و داخل ستون های دود آتش سوزی با مجموعه ای از ابزارهای اندازه گیری، نگاهی نزدیک به این ابرها داشتند.

جان یورکز، دانشمند فیزیک پژوهشی در مرکز پروازهای فضایی گودارد ناسا، می گوید: «توانایی نمونه برداری از داخل ستون ها و ابرها و بالاتر - و ارتباط دادن آنچه می بینیم - چیزی است که قبلا هرگز قادر به انجام آن نبوده ایم.

این ماموریت چند ساله که INSPYRE (آزمایش دود تزریقی و پیروکومولونیمبوس) نام دارد، با هدف جمع‌آوری داده‌های بی‌درنگ از آتش‌سوزی‌های فعال جنگلی به دانشمندان کمک می‌کند تا بهتر بفهمند چه چیزی این ابرها را تیک‌دار می‌کند و چگونه بر جو تأثیر می‌گذارد.

دیوید پترسون، هواشناس در NRL و محقق اصلی این ماموریت، می‌گوید: «شما می‌توانید INSPYRE را به عنوان یک تعقیب طوفان واقعا سازمان‌یافته در نظر بگیرید». ما اساسا در حال تعقیب طوفان هایی هستیم که توسط آتش سوزی های جنگلی ایجاد می شوند.

پترسون گفت که اولین اعزام تیم در تابستان امسال، که هفته گذشته به پایان رسید، "بسیار موفق" بود.

پیترسون به یاد می آورد که پرواز در میان طوفان های آتش "یک نوع تجربه غیردنیایی بود." زمانی که از میان ابرها عبور می کنید، رنگ واقعا تاریک و تقریبا نارنجی است. همچنین، به دلیل حجم عظیمی از دود که به سمت بالا رانده شده است، اغلب می توانید آن را برای مدت کمی در کشتی حس کنید.»

او گفت: "ما توانستیم به بالای دود وارد شویم که این دود توسط این ابرها رها شد. ما حتی توانستیم از بالای ابرها نمونه برداری کنیم."

در اینجا آنچه باید در مورد ابرهای pyrocumulonimbus بدانید و آنچه محققان امیدوارند از ماموریت INSPYRE بیاموزند، آورده شده است.

در شرایط گرم، خشک و بادی، با سوخت فراوان، برخی از آتش‌سوزی‌های جنگلی می‌توانند دود متراکمی ایجاد کنند که به سرعت بخار آب و ذرات دود را به داخل جو می‌برد. با سرد شدن و متراکم شدن بخار آب، یک ابر pyrocumulonimbus تشکیل می شود و در بالای ستون پخش می شود.

پیترسون گفت: PyroCbs مانند دودکش های غول پیکر عمل می کند و دود زیادی را در جو به سمت بالا می راند.

به گفته محققان، ابرهای طوفانی می توانند آب و هوای خاص خود را ایجاد کنند که به نوبه خود شرایط خطرناک تری را روی زمین ایجاد می کند. صاعقه های خشک می توانند آتش های جدیدی را در کیلومترها دورتر شعله ور سازند و جریان های رو به پایین قوی بادهای طوفانی ایجاد می کند که آتش نشانانی را که تلاش می کنند آتش را مهار کنند به خطر می اندازد.

مایکل فروم، هواشناس در NRL می گوید: «همه چیز بر اساس یک طوفان یا آتش سوزی معمولی تقویت می شود.

او گفت که هم دود و هم خود ابر حتی دیدن شعله های آتش را دشوار می کند که می تواند مانع از تلاش های تخلیه شود.

فروم گفت: «پیش‌بینی اینکه چه زمانی رخ خواهند داد تا مجبور نباشیم مردم را در آن شرایط وحشتناک تخلیه کنیم، چیزی است که بسیار مهم است.

این پدیده که بیشتر در آمریکای شمالی و استرالیا دیده می‌شود، جایی که آتش‌سوزی‌های گسترده‌تر بیشتر اتفاق می‌افتد، در اروپا نیز رخ می‌دهد زیرا این قاره با گرمای بی‌سابقه دست و پنجه نرم می‌کند. فرانسه اولین ابر pyroCb خود را در تاریخ ثبت شده این کشور در ماه جولای گزارش کرد.

پیترسون گفت: «این رویدادها در سال‌های اخیر بسیار بزرگ شده‌اند. "در حدود یک دهه گذشته، چند رویداد وجود داشته است که دود کافی را به ارتفاعات بالا برده است که در واقع رقیب آن چیزی است که ما از یک فوران بزرگ آتشفشانی انتظار داریم."

این شامل فصل آتش سوزی ویرانگر تابستان سیاه استرالیا در سال 2019-2020 می شود که باعث ایجاد "شیوع فوق العاده" ابرهای pyroCb شد. پیترسون گفت که یکی از بزرگترین این دودها به سراسر جهان سفر کرد و بیش از یک سال در نیمکره جنوبی باقی ماند.

بسیاری از جنبه های ابرهای طوفان آتش همچنان یک راز باقی مانده است که می تواند مدل سازی و پیش بینی آنها را به ویژه برای محققان چالش برانگیز کند.

یورکز گفت: "ما فقط 15، 20 سال است که آنها را مطالعه کرده ایم." این مدت زمان زیادی در دنیای تحقیقاتی ما نیست، بنابراین هنوز چیزهای زیادی برای درک چگونگی شکل گیری، چرایی شکل گیری و نحوه ارتباط آنها با شرایط هواشناسی در مناطقی که در آن شکل می گیرند وجود دارد.

پیترسون گفت که INSPYRE بر اساس یک مطالعه اثبات مفهوم توسط ناسا و NOAA در سال 2019 ساخته شده است، یکی از تنها مواردی که دانشمندان به ابرهای طوفان آتش نزدیک شده اند.

زیمینگ که، دستیار دانشمند پژوهشی در موسسه تحقیقات صحرا، گفت: در حالی که ماهواره ها می توانند ابرهای pyroCb را از بالا به پایین رصد کنند، تاکنون کمبود "داده های واقعی و درجا" از درون آنها وجود داشته است.

تصویر شاخص آئروسل آتش سوزی نهر 2020 کالیفرنیا، نشان دهنده برخی از بالاترین مقادیر ثبت شده از یک ابر pyrocumulonimbus در ایالات متحده تصویر توسط C. Seftor/NOAA/NASA

Ke که در سال 2025 مطالعه‌ای را انجام داد که اولین مطالعه‌ای بود که با موفقیت ابرهای طوفان آتش را با استفاده از مدل سیستم زمین شبیه‌سازی کرد، این پدیده را با خانه‌ای دودی مقایسه کرد که نمی‌توانید داخل آن را ببینید. او افزود که درک انواع ذرات معلق در هوا و اینکه آیا قطرات یا کریستال‌های یخ در ابرها شکل می‌گیرند، اطلاعات مفیدی برای پیش‌بینی است.

Ke گفت: "اگر ما نوعی سازمان ابر یخی داشته باشیم، می توانیم پیش بینی کنیم که رعد و برق در نقطه ای وجود خواهد داشت."

پیترسون گفت، همانطور که دود آتش سوزی از طریق دودکش pyroCb بالا می رود و با رطوبت موجود در جو تعامل می کند، همچنین خواص متفاوتی نسبت به دود روی زمین پیدا می کند.

او گفت: «اگر می‌خواهیم بتوانیم دود را به درستی پیش‌بینی کنیم، شناسایی آتش‌سوزی‌هایی که pyroCbs تولید می‌کنند و تا چه حد ممکن است به جو برسد، مرحله اول است. اما اگر بخواهیم بتوانیم تأثیر دود را از نظر گرم کردن یا خنک کردن لایه‌های مختلف جو در نظر بگیریم، باید دقیقا اندازه ذرات را بدانیم.»

یکی از ذرات معلق در هوا که محققان امیدوارند از پروازهای INSPYRE بهتر درک کنند، کربن سیاه است – دوده ناشی از آتش سوزی که تشعشعات خورشیدی را جذب می کند و گرما تولید می کند – و اینکه چه مقدار از آن در ابرهای pyroCb مکیده می شود.

"آیا همه اینها به باران تبدیل می‌شود و از پایین بیرون می‌آید، یا مقداری از این در اتمسفر فوقانی زنده می‌ماند؟ و بعد از اینکه در اتمسفر فوقانی قرار گرفت، با شیمی لایه چه می‌کند؟" آن پرینگ، استاد شیمی در دانشگاه کولگیت، در ماه ژوئیه با شروع این ماموریت گفت.

او گفت: "بنابراین ما واقعا علاقه مندیم که ببینیم کربن سیاه چقدر کارآمد در سیستم و در بالای آن حرکت می کند."

با شعله‌ور شدن آتش‌سوزی‌های جنگلی در سراسر غرب ایالات متحده در تابستان امسال، تیم INSPYRE طوفان‌هایی را که با تلاش هماهنگ حداقل 150 نفر در زمین و هوا ایجاد شده بودند، ردیابی کردند.

پیترسون گفت: "هر هواپیما تیم علمی خود را دارد که با آن مرتبط است. یک تیم زمینی با رادار و لیدار سوار بر کامیون وجود دارد که همراه با تلاش پیش بینی نیز درگیر است."

هواپیمای Earth Resources-2 ناسا حسگرهای راه دور را در بالای آتش حمل می کرد، در حالی که گلف استریم V NCAR از میان دود زیر پرواز می کرد زیرا ورودی ها هوا را از بیرون به داخل ابزارهای داخل هواپیما می کشیدند که مواد شیمیایی، ذرات معلق در هوا و بخار آب را اندازه گیری می کردند.

نمایی از کابین خلبان هواپیمای Gulfstream V مشرف به ابر pyrocumulonimbus در طول ماموریت INSPYRE، در 7 اوت 2026. عکس ارائه شده توسط ناسا

پیترسون گفت: «ما ER-2 را که در بالای سر پرواز می‌کند، به‌عنوان یک ماهواره قابل هدایت در اختیار داریم، بنابراین این بالاتر از همه شرایط آب و هوایی است. در همان زمان، ما GV را داریم که هوای بیرون را به داخل می‌کشد و بنابراین باید از نزدیک نزدیک شود.»

Ke که در حال کار بر روی مدل‌های بهبود یافته آتش و آب و هوا برای پیش‌بینی بهتر پدیده در آینده است، گفت: این مشاهدات مستقیم و در محل به مدل‌سازان کمک می‌کند تا نمایه‌ای عمودی از آنچه در داخل طوفان‌های آتش می‌گذرد و چگونگی تکامل آنها با آتش‌سوزی ایجاد کنند.

او گفت: "من فکر می کنم این به کل جامعه کمک خواهد کرد."

پترسون گفت که خدمه هفته آخر استقرار امسال را در تعقیب یک توده دودی سپری کردند که از یک ابر طوفان عظیم در سیبری سرچشمه گرفته بود، از اقیانوس آرام عبور کرد و تا آیداهو رسید.

او گفت: «این تا حد زیادی جامع‌ترین نمونه از چیزی شبیه به آن است»، و افزود که فکر می‌کند داده‌های جمع‌آوری‌شده به محققان کمک می‌کند تا پیشرفت‌های عظیمی را انجام دهند که مدل‌های پیش‌بینی آب‌وهوای فعلی نمی‌توانند آن را توضیح دهند.

اکنون که پروازهای امسال به پایان رسیده است، پیترسون گفت که تیم تجزیه و تحلیل داده ها را با جزئیات بیشتری آغاز خواهد کرد.

"ما واقعا چه چیزی را خوب ضبط کردیم؟ هنوز چه چیزی را در استقرار خود در سال آینده نیاز داریم؟" او گفت. و سپس در سال آینده، ما این کار را دوباره انجام خواهیم داد تا سعی کنیم هر شکافی را که داریم پر کنیم.

از روزنامه نگاری قابل اعتماد و گفتگوی مدنی حمایت کنید.