随着盗版火俄勒冈州中南部肆虐，迪克西大火烧焦了加州北部，烧毁了数十万英亩的森林，翻滚的火焰向空中喷出大量烟雾。通常情况下，烟雾被抬升到离地面几公里的地方，然后被风力带着穿过全国——就像携带水汽和降雨的天气锋面一样——在纽约市和东海岸笼罩上一层厚厚的雾霾。

但是“Bootleg”火山喷发出了一股高耸的垂直烟柱，烟柱高达破纪录的16公里。密集燃料产生的强烈热火;当地天气情况及干燥地面;和高海拔的大气云一起导致羽流上升到比普通云高得多的地方。当你看到这些的时候pyrocumulonimbus云，或者pyrocumulonimbi，你知道你在下面有大麻烦了。也被简称为pyroCb，这些云非常密集，以至于它们改善当地天气例如，产生强烈的下暴，并产生惊人的雷暴，从而引发更多火灾。

近年来，特大火灾及其笼罩的雾霾，以及其上方形成的高耸的烟幕，已成为人们越来越熟悉的景象。然而，我们才刚刚开始了解是什么导致了这些令人敬畏的“火云”，它们里面有什么，它们对天气和气候有什么影响。通过结合现场观测、实验室实验工作和当地到全球尺度的计算机建模，我们在洛斯阿拉莫斯国家实验室的团队正在取得进展，了解不列颠哥伦比亚省(2017年)和澳大利亚(2019-2020年)最近发生的大火产生的大火的机制和气候影响。

这项工作带来了两个方面的好处。它将使我们更清晰地了解是什么推动了气候变化，它将帮助我们开发更有效的计算机工具来扑灭火灾，减轻火灾的危险。

地狱的热气

Pyrocumulonimbi有个故事要讲。在比珠穆朗玛峰还高的平流层中，这些由烟雾、水汽和气体组成的滚滚云团只出现在最大的大火之上，就像地狱的热气一样。它们发出闪电和雷电火龙卷风在美国，当地风的涡轮增压助长了火势，使火势蔓延到未烧毁的地区。今年，不列颠哥伦比亚省的一场火灾引发了70万次闪电，相当于不列颠哥伦比亚省一年的闪电数。公元前2017年的大火在一天内产生了5个火积雨云，在短短5小时内将超过22万吨的烟雾泵入平流层下部。

这还不是全部。通过将烟灰和其他被统称为气溶胶的粒子注入平流层——地球上方几英里处的大气高度区域——火山积雨云有可能暂时改变远离火源的气候。烟雾阻挡了温暖的阳光到达地球和低层大气。此外，黑碳或煤烟可以吸收阳光，加热空气，使其上升得更高。这种效应由洛斯阿拉莫斯大学已故的罗伯特·马龙(Robert Malone)在1985年发现，现在已被观察证实。一项新的研究发现2020年澳大利亚的大火使全球温度下降了约十分之一华氏度——这对应对气候变化的斗争来说意义重大，因为每十分之一华氏度都很重要。

为了完善和校准野火和气候的计算机模型，我们正在从多个尺度研究来自公元前和澳大利亚大火的焦烟云，从大火中高温气体的分子，到火焰如何在特定区域移动，到烟雾如何在大气中演变，最后到烟雾如何在手套周围传播。我们的工作还包括由我们的气溶胶-气体法医实验中心(CAFÉ)收集的关于烟雾的实验室实验和现场观察，在那里我们研究黑碳排放及其与火灾产生的有机气体的混合。

我们使用这些数据来验证和完善我们的计算机模型，称为HIGRAD和FIRETEC。这些计算机工具一起帮助我们研究火是如何在陆地上移动并与大气相互作用的。然后我们将结果纳入全球气候模型。

通过这种多尺度、跨学科的方法，我们能够模拟火灾产生的所有气体和颗粒的演变，从它们作为木材、森林垃圾和其他燃料的燃烧，到它们最终作为颗粒或液滴(气溶胶)被滞留在云层中并被带到遥远的地点。理解这些粒子的演化是理解火积雨云的起源、生命周期和影响的关键。

我们的工作还在进行中，但到目前为止，我们已经看到，除了公元前2017年的大火喷发出的烟雾、气体和粒子，水和冰在粒子上的凝结释放出的潜热为喷发提供了能量，使羽流高度增加了约3英里，穿透平流层。只有不到一半的烟雾来自大火本身释放的粒子。其余的是有机蒸汽在寒冷的pyroCb上升气流中凝结形成的，这是一个令人惊讶的结果。

对气候的综合影响

全球气候模型使我们能够在更大范围内研究这种巨大的烟雾喷射事件的后果。在我们的模拟中，太阳加热了烟中的黑碳。在平流层，太阳能加热会增加大气温度，这与我们生活的对流层不同，对流层的空气会随着海拔的升高而变冷。这导致对流层的天气更加活跃，而平流层的天气更加迟缓。因此，平流层的烟雾可以持续几个月到几年，而对流层的烟雾在一周内就会下雨。

此外，烟中的烟尘吸收了阳光，使空气加热，使其进一步上升(马龙效应)。我们的模拟结果显示烟雾达到了12英里的高度，这与卫星观测结果一致。烟雾在大气中停留了大约5个月后才消散，这也得到了观测的证实。在平流层相对较短的时间限制了不列颠哥伦比亚省大火烟雾对气候的长期影响，但对空气质量的区域性短期影响是显著的。此外，沉积在积雪、海洋和其他表面的烟尘可能会导致变暖和融化

我们还开始模拟2019-2020年新南威尔士州规模更大、寿命更长的特大火灾。他们向平流层注入的烟雾是不列颠哥伦比亚省大火的四倍。我们的初步分析表明，这些烟雾是由相同的火积云机制和西太平洋的大规模抬升造成的。太阳能加热增加了更多的能量，使烟雾上升超过15英里。它在空中停留了一年半。

我们的模型没有对大量烟尘和气溶胶注入平流层的全球降温效应或气体的长期气候加热效应做出明确的预测。还有更多的工作要做。但有一件事是明确的:在气候变化、干旱加剧和森林过度生长的今天，大火是生活中的一个事实。火山积雨云将继续影响地面上的火灾行为和上空及上空的天气。我们知道的越多，我们就越能应对它们带来的挑战。

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