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Jun 25, 2023

熱流束の仮定は、自由対流圏への山火事の煙注入の過大評価に寄与する

Communications Earth & Environmental volume 3、記事番号: 236 (2022) この記事を引用 1653 アクセス数 3 引用数 5 Altmetric メトリクスの詳細 フリーへの山火事の煙プルームの注入

Communications Earth & Environmental volume 3、記事番号: 236 (2022) この記事を引用

1653 アクセス

3 引用

5 オルトメトリック

メトリクスの詳細

自由対流圏への山火事の煙プルームの注入は大気質に影響を与えますが、注入のモデル予測は不十分です。 ここでは、2019 年の米国西部の山火事の際に得られた航空機観測 (FIREX-AQ) を使用して、2 つの大気化学輸送モデル (WRF-Chem および HRRR-Smoke) で一般的に使用される煙プルーム上昇パラメーター化を評価します。 観測結果では、自由対流圏への煙の注入がプルームの 35% で発生することが示されていますが、モデルでは 59 ～ 95% と予測されており、シミュレーションでは誤った注入が示されています。 誤噴射は、両方のモデルが火災の熱流束と地形の高さを過大評価すること、および WRF-Chem が惑星境界層の高さを過小評価することと関連していました。 熱流束の放射率は、燃料の種類に応じて、モデルでの観測よりも 0.5 ～ 25 倍大きいと推定されます。 観測された熱流束と境界層の高さを使用することでモデルのパフォーマンスが大幅に向上し、プルーム噴射を正しく予測するにはモデルが正確な熱流束と境界層の高さを必要とすることが確認されました。

山火事の煙は、大気中の汚染物質の負荷を増加させることにより、地球の放射収支1、大気質2、視程3、人間の健康4に影響を与えます。 より激しい山火事とより長い火災シーズンが観察されており、それらは人為的気候変動と相関しているようです5,6。 将来の気候体制では、煙による大気の質と視界のさらなる悪化が予測されています7。

プルーム上昇とは、熱煙のガスと粒子が大気中を垂直に移動することを指します。 このプロセスにより、煙が自由対流圏に到達するプルーム噴射、または煙が惑星境界層 (PBL) 内に閉じ込められたままになるプルーム非噴射が発生する可能性があります。 これまでの研究では、噴射されたプルームが周囲安定層を占める傾向があり、プルームの噴射が高い火災放射力（FRP）と良好な火災天候に関連していることが示されています8、9、10。 マルチアングルイメージング分光放射計 (MISR) からの観測は、自由対流圏への注入が北米の噴煙頂部の 4 ～ 12% で発生していることを示しています 8,9,11,12。また、直交偏光データを備えた雲エアロゾルライダーは、その注入が自由対流圏への総煙柱のうち、北米の煙柱の 78% が発生します10。 ただし、プルームが完全に発達していない午前中 (MISR の場合は午前 10 時 30 分 LT まで) に衛星のオーバーパスが発生するため、MISR の割合は低く偏る可能性があります11。 注入されたプルームはほとんど希釈されずに風下に移流される可能性があるため13、より地域的な影響を与える傾向があります。 一方、噴射されなかったプルームは、周囲の PBL 乱流によるより効率的な下方混合により、より局所的な影響を受ける傾向があります。

Freitas の噴煙上昇パラメータ化は、1 次元の雲解決モデルです。 通常、周囲環境を指定する 3 次元ホスト モデルに埋め込まれます 14。 このモデルは、瞬間的な火災のサイズ、対流熱流束、および燃料の種類に依存する表面浮力束として火災を表します。 このモデルは、排出量を単一レベルまたは固定垂直分布に割り当てるモデルよりも優れたパフォーマンスを発揮する傾向があります15、16、17。 しかし、このモデルは火災の大きさと熱流束の推定値に依存しており、自由対流圏噴射頻度を過大予測し、観測されたプルーム高さの範囲を過小評価する傾向があります 18,19。 Freitas モデルの欠点の原因として提案されているものには、横方向の引き込みと入力パラメータの不確実性が含まれます。 巻き込みは火災のサイズに依存するため、火災のサイズを可変できる Freitas モデルのバージョンでは、プルームの高さのモデル化範囲を改善できます 15,18。 さらに、モデルの新しいバージョンにエントレインメントを明示的に追加すると、パフォーマンスが向上しました 20,21。 入力パラメータ、特に火災のサイズと FRP の不確実性は、プルームマスキング FRP 取得、不正確な火災の形状やサイズ、または植生タイプによる燃焼の変動によって引き起こされる可能性があります 18,22。