野火烟雾传播很远但从未真正消失

9 月初的几天里，整个西部都像被烧毁了一样。落基山脉西坡吹来的异常强风助长了数十起新的野火，从华盛顿一直蔓延到墨西哥。仅在加利福尼亚州，9 月 7 日至 9 月 10 日期间就有近一百万英亩土地被烧毁。

空气质量迅速恶化。在旧金山，标志性的金门大桥被一片末日般的橙色雾霾笼罩。一些地方的空气质量指数飙升至 500 以上，这是环境保护局危险类别的上限。不到一周后，东海岸和欧洲的居民注意到天空变得阴霾，烟雾随风飘荡。

数十万英亩土地被大火吞噬，西部大部分地区被烟雾笼罩也就不足为奇了；在某些情况下，靠近大火的社区遭遇了世界上最糟糕的空气质量。但烟雾的移动很复杂，颗粒最终会去往何处取决于一系列因素，包括火灾强度、该地区的地形和当地天气。

野火燃烧时，烟雾会以羽状物的形式向上喷出。能量更大的火焰会使烟雾上升得更高；有些甚至会形成高耸的“火积云”，这种云可以将烟雾喷射到地面上数万英尺的高度，甚至上升到平流层。烟雾的喷射高度在很大程度上决定了它最终会到达哪里以及它将如何影响人们呼吸的空气。

“当烟雾被困住或升温不高时，你会看到对当地或区域社区的影响，”圣何塞州立大学气象学教授兼野火跨学科研究中心主任克雷格·克莱门茨说。“如果烟雾升温很高，它就会传遍世界各地。”

9 月初的火灾中，同样强劲的东风助长了火焰，并将烟雾吹向西，飘过太平洋，卫星很容易捕捉到烟雾的踪迹。当风向改变时，烟雾又飘回陆地，覆盖了华盛顿、俄勒冈和加利福尼亚的大片地区。

火灾主烟柱产生的烟雾可以垂直和水平移动，有时还会随着火灾本身产生的风而移动。烟雾浓度也会在白天和晚上波动，尤其是在地形复杂的地方。一个典型的例子是山谷中形成的逆温层。“排水”风可以在夜间将烟雾吹入山谷，烟雾会被较低的温度困住。一旦阳光使谷底变暖，云层就会散去并爬上山坡。

克莱门茨说，正如当地天气影响烟雾流动一样，烟雾也会改变当地的天气模式。当烟雾遮挡入射光线时，遮挡部分和未遮挡部分的空气温差会产生“密度气流”，空气会从高压区流向低压区，通常与盛行风方向相反。这些气流可以将烟雾颗粒带到远离火灾源的地方。

这种“烟雾遮蔽”还能抑制周围的风。克莱门茨解释说，温暖晴朗的天气会刺激对流。“涡流和热气流会形成，使地面大气更加湍急，”他说。“风的变化性更大，火势发展也更加不稳定。”浓烟形成一道屏障，阻挡了辐射能；地表温度降低，风活动减少。这对消防员来说是个好消息，但这也意味着烟雾更有可能在周围停留更长时间，影响空气质量。这就是 9 月份旧金山湾区发生的情况，烟雾与雾混合，形成一团浓厚的有毒浓雾。

野火烟雾是一种复杂的混合物，由水蒸气、二氧化碳和一氧化二氮、氮氧化物、挥发性有机化合物和细颗粒组成。这种颗粒物对人类健康影响巨大。较大的灰烬颗粒通常会落在其起源地附近。但细颗粒和超细颗粒可以停留在空中数天甚至数周，除非雨水将它们冲走或被云层吸收。直径小于 2.5 微米的颗粒可以深入肺部，甚至进入血液，加剧慢性阻塞性肺病 (COPD) 和哮喘等心肺疾病。

随着火灾季节越来越长，西部等地区的野火强度也越来越大，社区需要能够准确预测烟雾密度和位置的模型。最近的一项研究表明，野火烟雾中高浓度的颗粒物会大大增加寻求紧急护理的可能性。烟雾模型可以帮助公共卫生官员在空气质量可能恶化时警告居民，以便人们采取行动保护自己的健康。

当前的预测通常利用卫星数据、天气预报和活跃火灾排放量估计，这些估计基于特定日期内燃烧的植被类型和数量。

克莱门茨表示，虽然大多数烟雾预测模型没有考虑到烟雾阴影等现象，但下一代模型开始考虑火灾和烟雾影响天气的方式。

9 月初发生的许多火灾，燃烧的燃料都极其干燥，再加上强风的吹拂，一天内就烧毁了数万英亩的土地。9 月 6 日，在加州塞拉国家森林中爆发的克里克大火爆发，形成一团巨大的火积云，高达 45,000 英尺。这场火灾和其他火灾产生的大量排放物上升到足以借助高空气流。喷射气流将烟雾吹向东部，大西洋和墨西哥湾沿岸的热带风暴进一步引导和塑造了烟雾的轨迹。火灾爆发一周后，东海岸的新闻媒体开始报道西部火灾产生的烟雾使日落变成了橙色；不久之后，烟雾团到达了欧洲。由于这些气溶胶在大气中的含量很高，因此它们对空气质量的污染程度远不及加州、俄勒冈州和华盛顿州的烟雾弥漫的天空。

美国国家气象局依靠卫星监测和预测烟雾的移动。NASA 的中分辨率成像光谱仪 (MODIS) 等仪器每天从两颗不同的卫星上获取图像。NASA 的 Terra 卫星上的多角度成像光谱仪 (MISR) 从九个不同的角度拍摄图像。

但 NOAA 化学科学实验室的研究科学家 Gregory Schill 表示，尽管卫星在追踪烟雾方面很有价值，但它们也有局限性。卫星只能从上方或斜角俯视烟柱，而且其有效载荷仅限于较轻的仪器。出于这个原因，研究人员一直在使用超灵敏的地面和空中仪器赶往火灾现场，希望尽可能多地了解烟雾的成分、行为以及与大气的相互作用。

但席尔说，即使烟雾消散了，它也不会就此消失。2016 年至 2018 年间，他和其他研究人员乘坐一架载有高灵敏度仪器的飞机飞往太平洋和大西洋上空的偏远地区，执行大气断层扫描任务。令他们惊讶的是，席尔和他的团队发现，烟雾平均占对流层“背景粒子”的三分之一，对流层从地球表面延伸到地面以上约五至九英里。

Schill 和他的团队利用 NOAA 的激光质谱粒子分析 (PALMS) 研究了单个烟雾粒子的成分。烟雾中含有浅色有机物和硫酸盐粒子以及深色黑碳的混合物。至于这些粒子对大气的影响，“这很复杂”，Schill 说。深色粒子吸收光线，而较浅的粒子反射光线，但“这些粒子对气候的影响实际上取决于它们下面的情况”，他说。虽然海洋等深色表面上方的深色粒子没有多大作用，但冰层上方的相同粒子可能会产生变暖效应。相反，海洋上方的浅色粒子可能会产生冷却效应。

总体而言，虽然卫星无法探测到远程分散的烟雾，但它们造成的暗化程度与野火产生的浓烟一样大。虽然研究人员仍在努力弄清这些颗粒究竟会对长期气候产生怎样的影响，但 Schill 表示，这种更稀薄的烟雾对全球气候的影响不容忽视。

9 月初发生多起火灾后十天，俄勒冈州和华盛顿州部分地区迎来了令人欣喜的降雨。天空暂时放晴，人们冒险出门呼吸新鲜空气，享受蓝天。不幸的是，这种缓解只是短暂的。9 月 27 日，加州葡萄酒产区和沙斯塔县又发生火灾，这加剧了人们已经习以为常的模式：更多的疏散、更多的消防员和更多的烟雾。