Kees Floor, Meteorologica december 2011.
Kees Floor, Meteorologica december 2011.
De zogenaamde rookpluimen van natuurbranden op satellietbeelden zijn meestal opvallend wit van tint. Waarom is die rook niet grijs of bruin? Waarnemingen van dichterbij helpen met het vinden van het antwoord.
 |
 |
 |
|
|
|
Natuurbranden komen op talrijke plaatsen op aarde geregeld voor.
Het weer speelt bij het ontstaan en het verloop van de branden een belangrijke
rol. Zo breken de branden bij voorkeur uit in perioden met grote droogte en
hoge temperaturen, worden ze soms aangestoken door de bliksem, zijn ze voor
hun ontwikkeling mede afhankelijke van de wind, worden ze soms tegengewerkt
door regen en volgen ze de dagelijkse gang van wind, temperatuur en opbouw van
de atmosfeer (Coen 2003; Floor 2003, Roberts 1974).
De heviger branden zijn vanaf grote afstand zichtbaar door de ermee samenhangende
rookpluimen. Deze pluimen zijn zelfs vanaf ruim 700 kilometer hoogte goed waar
te nemen; we zien ze namelijk duidelijk op satellietbeelden van de Medium Resolution
Imaging Spectrometer (MERIS) op de Europese satelliet Envisat (voorbeeld in
Floor 2011) en van de Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)
op de Amerikaanse satellieten Terra en Aqua (figuren 1 en 2). Doordat de Aqua
in de middag overkomt, levert de MODIS van deze satelliet meestal duidelijker
beelden van de rookpluimen dan die van de Terra. In de middag is namelijk de
temperatuur het hoogst, de wind het sterkst en de onstabiliteit het grootst,
waardoor de natuurbranden dan het felst zijn. Wel kunnen stapelwolken, gevormd
door de in de loop van de dag op gang gekomen convectie, sommige brandhaarden
aan het zicht onttrekken.
Vuurhaarden
De vuurhaarden liggen meestal aan het begin van de rookpluim; in sommige gevallen
zijn er onder de pluim nog secundaire haarden. De locaties van de vuurhaarden
kunnen ook afgeleid worden uit infraroodmetingen vanuit de satelliet. Als de
temperatuur volgens de metingen in twee daarvoor uitgekozen MODIS-banden een
vooraf bepaalde drempelwaarde overschrijdt, is brand waarschijnlijk (Justice
et al. 2006). De zo gevonden locaties kunnen desgewenst als rode vlekken worden
'ingetekend' in de bijbehorende satellietbeelden in natuurlijke kleuren.
De resolutie van de bepaling van de brandhaarden is 1 kilometer. Deze resolutie
is lager dan die van de zichtbaarlichtbeelden, waarvan de resolutie 250 meter
bedraagt. De meeste branden worden dan ook gemist; naar schatting wordt slechts
een kwart gedetecteerd. Dat zijn dan wel de grootste branden, die gezamenlijke
goed zijn voor meer dan 80 procent van de door natuurbranden gegenereerde verbrandingsproducten.
Ter illustratie kan de situatie dienen van 15 en 16 mei 2011 in de Canadese
staat Alberta. Figuur 1 toont Alberta in de middag van 15 mei nagenoeg helemaal.
Volgens officiële gegevens woedden er de ochtend daarna in Alberta 116
natuurbranden, waarvan er 34 nog niet ondercontrole waren. Die getallen zijn
veel hoger dan uit het satellietbeeld kan worden afgeleid.
 |
 |
 |
|
|
|
Witte rook
Rook van natuurbranden associëren we niet alleen met vuur en stank, maar
ook met een bruin of grijzig waas. De uit de brandhaarden opstijgende rook heeft
op de satellietbeelden in natuurlijke kleuren doorgaans echter een opvallend
witte tint; hij doet denken aan de kleur van de rook die vanuit het Vaticaan
opstijgt na een geslaagde pauskeuze. Daarvan weten we echter dat die kleur wordt
bewerkstelligd door het toevoegen van chemicaliën; bij bosbranden is er
van het toevoegen van kleurstoffen echter geen sprake. Hoe komt die rook dan
zo wit?
Een mogelijke verklaring van de lichte tinten zou kunnen zijn dat het grijs
van de rook op satellietbeelden helder afsteekt tegen de donkere tinten van
het landoppervlak of van de oceaan op diezelfde beelden en daardoor geïnterpreteerd
wordt als wit.
Als we de branden van dichterbij met meer detail kunnen bekijken, blijkt er
echter meer aan de hand. Dat dichterbij komen kan bijvoorbeeld middels foto's
vanuit het op ongeveer 350 kilomer hoogte overkomende internationaal ruimtestation
ISS (figuur 3), vanuit vliegtuigen of vanaf de grond ergens in de buurt van
de brand. Door de grote natuurbranden in het extreem droge voorjaar van 2011,
op 1 mei in de Schoorlse Duinen en op 25 mei op de Kalmthoutse Heide, was het
ook voor een waarnemer in Nederland of België mogelijk wat dichter bij
een grote brand met 'rookpluim' te komen. Dat het om grote branden ging, blijkt
wel uit de schade die optrad: bij Schoorl werd 250 hectare heidegebied verwoest;
bij Kalmthout ging zelfs 600 hectare natuurgebied in vlammen op. Naar Amerikaanse
maatstaven waren deze branden overigens nog zeer bescheiden. Zo was er op 21
september 2010, tijdens een door de bliksem op 20 juli aangestoken natuurbrand
in Twitchell Canyon, Utah (figuur 3) na twee maanden brand al meer dan 13000
hectare natuurgebied verloren gegaan.
De rookpluimen in Nederland en België konden worden gefotografeerd vanuit
de duinen bij Bergen aan Zee (figuur 4) respectievelijk vanaf de oever van de
Schelde in Antwerpen (figuur 5). Van de brand in het Belgisch-Nederlands grensgebied
is tevens een MODIS-beeld beschikbaar van vrijwel hetzelfde tijdstip (figuur
2). Toen de brand bij Schoorl uitbrak, was de Aqua, die de middagbaan van de
MODIS voor haar rekening neemt, al gepasseerd, zodat er geen satellietbeeld
gevonden kon worden dat overeenkomt met de situatie van figuur 4. Op het Terra-beeld
van de volgende ochtend (niet afgebeeld) zijn nog wel, in dit geval bruinige,
sporen van een rookpluim terug te vinden.
 |
 |
|
|
|
Brandstapelwolken
De foto's vanuit het ISS en vanaf de grond laten zien dat het niet om pluimen
van 100 procent rook gaat, al zien we wel wat bruinige tinten. De 'rookpluim'
lijkt vooral te bestaan uit stapelwolken, die overigens op het oog door de aanwezigheid
van verbrandingsproducten wel een wat bruinere tint hebben dan normaal. Dergelijke
stapelwolken zijn bij grote branden heel gebruikelijk. Ze ontstaan door de intense
hitte van het vuur met de bijbehorende stijgende luchtbewegingen. De verbrandingsproducten
die bij de brand vrijkomen, fungeren als effectieve condensatiekernen. Deze
leggen samen met vocht dat reeds in de atmosfeer aanwezig is of door verdamping
tijdens de brand vrijkomt, de basis voor de ontwikkeling van pyrocumuli (letterlijk:
brandstapelwolken), zoals deze door branden veroorzaakte bewolking in de vakliteratuur
wordt genoemd.
Pyrocumuli hebben een sterk uit eenlopende vertikale ontwikkeling, van humilis
tot congestus; soms bereiken ze boven immense vuurzeeën het buienstadium,
en daarmee de status van pyrocumulonimbus (Fromm 2010, Floor 2011). Uit de kleinere
pyrocumuli valt geen regen. Pyrocumulonimbi kunnen echter wel regen en af en
toe zelfs hagel brengen. Bovendien gaan ze in uitzonderlijke gevallen vergezeld
van onweer, windstoten en windhozen. Verder staat rond de vertikaal sterker
ontwikkelde pyrocumuli en rond pyrocumulonimbi doorgaans een stevige, vlagerige
wind die de manier waarop een natuurbrand zich uitbreidt, op een onvoorspelbare
wijze kan beïnvloeden. Daarmee vormen ze een extra gevaar voor brandweerlieden,
wegvluchtende pyromanen, toegestroomde ramptoeristen en eventuele bewoners of
recreanten.
Overal waar branden zijn, kunnen de pyrocumuli zich vormen. In gebieden met
veel natuurbranden, zoals het Middellandse Zeegebied, Californië of het
zuidoosten van Australië, zijn ze minder zeldzaam dan bij ons.
Pyrocumuli als witwasser
Pyrocumuli zijn kennelijk in grote mate verantwoordelijk voor de witte tinten
van de zogenaamde rookpluimen op satellietbeelden. Het gebruik van het woord
rookpluim in de bijschriften van satellietbeelden van natuurbranden, zoals zelfs
op de sites van NASA en ESA het geval is, zet de lezer op het verkeerde been.
Doordat de resolutie van de beelden, 250 meter bij MODIS, 300 meter bij MERIS,
vaak onvoldoende is om afzonderlijke pyrocumuli te onderscheiden, wordt een
interpretatie als rook in plaats van stapelwolken verder in de hand gewerkt.
Dit blijkt onder andere uit vergelijking van figuur 2 en figuur 5. De witte,
Kalmthoutse 'rookpluim' op het satellietbeeld bestond, zeker in de eerste tientallen
kilometers na de vuurhaarden, uit stapelwolken, zoals in de middag te zien was
vanuit Antwerpen (figuur 5) en in de avond vanuit de trein van Antwerpen naar
Roosendaal. Als de branden in Schoorl eerder op de dag zouden zijn aangestoken,
hadden we ongetwijfeld ook een langgerekte witte pluim van pyrocumuli op het
MODIS-Aqua-beeld van 1 mei kunnen aantreffen.
Literatuur
Coen, J., 2003: Wildfire Weather; in: Holton, J.R., Curry, J.A. & Pyle,
J.A., Encyclopedia of Atmospheric Sciences, Vol 2, 509-520 Amsterdam, Academic
Press.
Floor, K., 2003: Bosbranden en Weer,
Zenit 30 (10), 440-442.
--- 2011: PyroCb's brengen rook naar stratosfeer,
Meteorologica 20 (1), 12-15.
Fromm, M. et al., 2010: The untold story of pyrocumulonimbus. Bull. Am. Met.
Soc., 91, 1193-1209.
Justice, C. et al., 2006: MODIS Fire products, version 2.3, EOS ID# 2741.
Roberts, C.F., 1974: Weather and forest fires, Weatherwise 27 100-105, 115.