Während Waldbrände unerbittlich über Südkalifornien und andere Teile der Welt fegen, gab Manzhu Yu, Assistenzprofessor für Geographie an der Penn State, Einblicke in die anhaltende Krise in Los Angeles (LA). Ihre Fachkenntnisse liegen in den Bereichen Atmosphärenmodellierung, Umweltanalytik, Big Data und Cloud Computing – Bereiche, die sich eng mit dem Verhalten von Waldbränden, der Rauchvorhersage und der Expositionsanalyse überschneiden.
Können Sie die Hauptfaktoren erläutern, die in letzter Zeit zur erhöhten Häufigkeit und Intensität von Waldbränden in Kalifornien beigetragen haben?
Einer der bedeutendsten Faktoren ist der Klimawandel. Höhere Temperaturen, geringere Niederschläge oder eine veränderte Regenzeit und längere Feuersaisons haben die Landschaften Kaliforniens ausgetrocknet, was die Gefahr einer Entzündung und einer schnellen Brandausbreitung erhöht. Längere Dürreperioden verschärfen das Problem zusätzlich. Trockene Vegetation kann sich schon beim kleinsten Funken entzünden. Diese Veränderungen haben zu einer durchschnittlichen jährlichen verbrannten Fläche im Zeitraum 2020–2023 beigetragen dreimal höher als in den 2010er Jahren.
Während einige Brände aufgrund der jahrhundertelangen Brandbekämpfung und Änderungen in der Landbewirtschaftung durch Brennstoffe dominiert werden, sind andere durch den Wind dominiert. insbesondere in Südkalifornienwie die jüngsten Waldbrände in LA. Winde wie Santa Ana und Diablo wirken als Beschleuniger für Waldbrände. Diese starken, trockenen Böen treiben die Flammen über weite Entfernungen und verbreiten die Brände mit alarmierender Geschwindigkeit. In Kombination mit den bereits trockenen Bedingungen machen diese Winde die Bekämpfung von Waldbränden zu einer außergewöhnlichen Herausforderung.
Die wachsende Bevölkerung Kaliforniens hat sich auf die Schnittstelle zwischen Wildland und Stadt ausgeweitet – Gebiete, in denen menschliche Entwicklung auf natürliche Landschaften trifft.Mittlerweile leben 12,7 % der Bevölkerung des Staates in stark wachsenden Volkszählungsgebieten entlang der Schnittstelle zwischen Wildland und Stadt. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass durch menschliche Aktivitäten ein Feuer entzündet wird, beispielsweise durch defekte Stromleitungen, Fahrzeuge und sogar Lagerfeuer. Es erhöht auch den Einsatz, da mehr Häuser und Leben gefährdet sind.
Was sind die verschiedenen Phasen eines Waldbrandes und welche Herausforderungen sind mit den einzelnen Phasen verbunden?
Die Ausbreitung von Waldbränden umfasst die Phasen der Entzündung, der aktiven Ausbreitung, der vollständigen Entwicklung und des Abklingens. Während der Entzündungsphase können Waldbrände durch natürliche Ursachen wie Blitzschlag oder menschliche Aktivitäten wie Stromleitungsausfälle oder Lagerfeuer ausgelöst werden. Ungefähr 84 % der Waldbrände in den Vereinigten Staaten werden durch menschliche Aktivitäten verursacht. Die frühzeitige Erkennung einer Entzündung wäre der wichtigste, aber auch schwierigste Schritt, um die Auswirkungen des Feuers zu minimieren.
In der aktiven Ausbreitungsphase beginnt das Feuer schnell zu wachsen, angetrieben durch trockene Vegetation, starke Winde und Gelände. Es wurde festgestellt, dass sich Brände in Kalifornien bei starken Winden, wie den Santa-Ana-Winden, bis zu 14-mal schneller ausbreiten die Feuerintensität und -bewegung verstärken. Starke Winde beschleunigen nicht nur die Ausbreitung des Feuers, sondern transportieren Glut und Feuerbrände auch über weite Strecken. Entzünden neuer Punktbrände weit vor dem Hauptbrand.
Dies ist insbesondere bei den Waldbränden in Los Angeles der Fall, die derzeit brennen. Diese fliegende Glut kann sich bis zu einer Meile oder mehr weit ausbreiten, was es schwierig macht, das Fortschreiten des Feuers vorherzusagen und einzudämmen. Die Brandbekämpfung und die Ressourcenkoordinierung stellen in dieser Phase eine Herausforderung dar, da starke Winde den Einsatz von Luftressourcen wie Wasserabwurfhubschraubern und Löschflugzeugen behindern können.
In der voll entwickelten Phase erreicht das Feuer seine höchste Intensität, verbraucht viel Treibstoff und breitet sich aggressiv aus. Extreme Hitze durch Waldbrände kann Pyrocumulonimbus-Wolken erzeugen, was meilenweit entfernt neue Brände auslösen kann. Diese Wolken können die Brandausbreitung verschlimmern, indem sie unregelmäßige Winde erzeugen und durch Blitzeinschläge sogar neue Brände auslösen.
In der Abklingphase nimmt die Intensität des Feuers ab, wenn der Brennstoff ausgeht oder das Feuer unter Kontrolle ist. Allerdings können anhaltende Hotspots unter günstigen Bedingungen wieder aufflammen. Schwelbrände in Waldtorfschichten können Monate andauern und bei Trockenheit wieder aufflammen.
Welche Schlüsselfaktoren bestimmen, wie schnell und in welche Richtung sich ein Waldbrand ausbreitet, wenn er ausbricht?
Wind ist der Hauptgrund für die Ausbreitung von Waldbränden, da er die Flammen vorantreibt, Sauerstoff liefert und trägt Glut oder Feuerbrände, die in weiter Ferne neue Punktbrände entzünden. Starke Winde, wie die Santa-Ana-Winde in Kalifornien, können dramatische Folgen haben das Feuerwachstum beschleunigen und seine Richtung unerwartet ändern.
Die Topographie ist Teil dieses Prozesses: Brände breiten sich schneller bergauf ausals Flammen Erhitzen Sie die darüber liegende Vegetation vor. Steile Hänge können die Feuerintensität verstärken. Täler und Bergrücken können die Windmuster verändern.
Kraftstoffverfügbarkeit, Trockenheit und Konnektivität sind ein weiteres Thema. Feine, trockene Brennstoffe entzünden sich leicht, während dichte Vegetation länger und intensivere Brände aushält.
Wettereinflüsse wie niedrige Luftfeuchtigkeit und turbulente Luft können dazu führen, dass Brände unregelmäßiger ausbrechen. Durch die Wechselwirkungen zwischen Feuer und Atmosphäre können sogar eigene Windsysteme entstehen, z Feuer wirbelt.
Auch die Lage des Zündpunktes spielt eine Rolle. Brände in der Nähe von steilem Gelände oder bei starkem Wind können sich schnell ausbreiten und eine größere Herausforderung für die Eindämmung darstellen.
Welche langfristigen Umweltfolgen erwarten Sie angesichts der prognostizierten Zunahme der Waldbrandhäufigkeit für die Landschaften und natürlichen Ressourcen Kaliforniens?
Waldbrände haben bereits dramatisch zugenommen, und es wird erwartet, dass dieser Trend anhält Bis zum Ende des Jahrhunderts wird die Häufigkeit von Waldbränden voraussichtlich zunehmen. Eine kritische Folge ist die Transformation von Ökosystemen, die die Regeneration von Sträuchern beeinträchtigt, die Vielfalt einheimischer Pflanzen verringert und was zu einer Dominanz von Nicht-Einheimischen führt. Diese Verschiebung bedroht die Artenvielfalt und das ökologische Gleichgewicht dieser einzigartigen Umgebungen.
Auch Waldbrände tragen erheblich zu den Treibhausgasemissionen bei. Die Kohlendioxidemissionen von Waldbränden sind seit 2001 weltweit um 60 % gestiegen und haben sich in klimaempfindlichen borealen Wäldern aufgrund steigender Temperaturen fast verdreifacht feuergünstige Wetterbedingungen. Diese Emissionen verstärken den Klimawandel und erzeugen eine Rückkopplungsschleife, die das Risiko zukünftiger Waldbrände erhöht.
Welche sind einige der effektivsten modernen Technologien und Strategien, die zur Vorhersage und Kontrolle der Ausbreitung von Waldbränden eingesetzt werden?
Die derzeit am häufigsten verwendeten und effektivsten Methoden sind Fernerkundung und Satellitenüberwachung. Satelliten wie MODIS und VIIRS der NASA liefern Echtzeitdaten zu Brandort, -größe und -intensität. Diese Tools helfen dabei, neue Entzündungen zu erkennen und das Fortschreiten des Feuers zu überwachen, selbst in abgelegenen Gebieten. Wärmebilder von Drohnen und bodengestütztem Radar ergänzen Satellitendaten und bieten hochauflösende Erkenntnisse für den Einsatz am Boden.
Kalifornien verwendet bereits eine Ein auf künstlicher Intelligenz (KI) basierendes Waldbranderkennungssystem Einsatz von KI, um ein waldbasiertes Kameranetzwerk darauf zu trainieren, frühe Anzeichen eines Brandes zu erkennen.
Es wurden viele kontrollierte oder vorgeschriebene Verbrennungen durchgeführt, um überschüssige Vegetation zu reduzieren, wie z. B. die Durchforstung dichter Wälder und die Rodung von Unterholz, um die Schwere des Brandes zu mildern. Es gibt Robotikunternehmen, die damit begonnen haben, diese kontrollierten Verbrennungen mit Hilfe von Robotern auszuprobieren, wie z BurnBot.
Autonome Hubschrauber, wie die modifizierten Black Hawk ausgestattet mit Sikorskys MATRIX-Autonomiehaben die Fähigkeit bewiesen, Brände selbstständig zu erkennen und zu löschen.
Es gibt einige Rechenmodelle, wie z ELMFIRE mit Erweiterungen der Wildland-Stadt-Schnittstelle, die die Ausbreitung von Bränden in Gemeinden simulieren. Diese Tools beziehen Daten zu Vegetation, Strukturmaterialien und Branddynamik ein, um vergangene Ereignisse zu rekonstruieren und zukünftige Risiken vorherzusagen.
Google wird in Zusammenarbeit mit Muon Space und dem Environmental Defense Fund eine Konstellation von Satelliten namens „ FireSat das die Größe eines Klassenzimmers, etwa 5 x 5 Meter, erkennen kann.