Metingen in rookpluimen helpen extreem brandgedrag voorspellen

Om extreem brandgedrag te kunnen voorspellen, moeten we eerst begrijpen hoe zulke branden ontstaan en onder welke omstandigheden ze zich ontwikkelen. Die kennis is essentieel om beter te kunnen anticiperen en reageren. Daarom meten brandweerman en onderzoeker Marc Castellnou en het team van GRAF/Bombers Catalonia de atmosfeer zowel binnen als buiten de pluimen die bij natuurbranden ontstaan.

Deze metingen leveren actuele informatie op die brandweerlieden kan ondersteunen tijdens de bestrijding. Tegelijkertijd leveren ze gegevens waarmee onderzoekers van iedere brand kunnen leren en toekomstige voorspellingen kunnen verbeteren.

Castellnou stuurt weerballonnen rechtstreeks de metershoge brandpluimen in om temperatuur, wind en luchtvochtigheid te meten. Door deze unieke metingen te combineren met meteorologische gegevens en computermodellen ontstaat een nieuwe manier om extreme natuurbranden te begrijpen – en uiteindelijk beter te voorspellen.

“Als je vuur wilt bestrijden, moet je eerst begrijpen hoe het zich gedraagt”, zegt Castellnou. “Door klimaatverandering ontstaan vaker omstandigheden waarin brandstof en weer extreem brandgedrag in de hand werken. Het is daarom urgenter dan ooit om deze kennislacune te dichten.”

Door klimaatverandering worden hittegolven en droogteperioden intenser. Natuurbranden vormen daarbij een bijzondere uitdaging: binnen enkele minuten kan een brand zich met weinig waarschuwing ontwikkelen tot een verwoestende vuurzee. Extreme natuurbranden kunnen plotseling versnellen en zich snel door het landschap verspreiden, waardoor brandweerlieden en omwonenden nauwelijks tijd hebben om te reageren.

Wat deze branden zo onvoorspelbaar maakt, is dat ze hun eigen weer kunnen creëren. Weersomstandigheden bepalen mede hoe een brand ontstaat en zich verspreidt. Maar wanneer een brand steeds heviger wordt, kunnen enorme pluimen ontstaan die kilometers de atmosfeer in reiken en soms uitgroeien tot zogeheten pyroclouds, ofwel door brand veroorzaakte wolken.

Deze pluimen reageren met de omringende atmosfeer en kunnen krachtige luchtstromen veroorzaken, die vervolgens weer invloed hebben op de brand. Die wisselwerking kan leiden tot plotselinge veranderingen in het brandgedrag en ervoor zorgen dat een extreme brand zich blijft uitbreiden.

Het begrijpen van deze wisselwerking is cruciaal. Brandweerlieden moeten niet alleen kunnen inschatten hoe het weer de brand beïnvloedt, maar ook hoe de brand op zijn beurt het weer verandert. En die informatie moet snel genoeg beschikbaar zijn om op de grond levensreddende beslissingen te kunnen nemen.

Hoe kunnen brandweerlieden anticiperen op een brand die binnen enkele minuten van gedrag kan veranderen? Een deel van het antwoord is te vinden in de brandpluim, nog voordat zich een pyrocloud vormt.

Castellnou laat weerballonnen rechtstreeks opstijgen in de pluimen boven natuurbranden. Daar meten ze temperatuur, luchtvochtigheid en wind. Die gegevens vergelijkt hij met de omstandigheden in de omringende atmosfeer. Het principe is eenvoudig: warme lucht is lichter dan koude lucht en stijgt daarom op. Is de lucht in de pluim warmer dan de omgeving, dan kan deze verder opstijgen. Hoe hoog de pluim uiteindelijk komt, hangt ook af van de wind en de stabiliteit van de atmosfeer.
Juist deze eerste fase is cruciaal. Als de pluim blijft groeien, kan uiteindelijk een pyrocloud ontstaan en kan de brand zijn eigen weer gaan creëren. Een groeiende pluim kan bovendien krachtige luchtstromen en plotselinge veranderingen in windrichting en windsnelheid aan het oppervlak veroorzaken. Daardoor kan het vuur zich opeens snel en onvoorspelbaar verspreiden. Voor brandweerlieden op de grond kan een toch al gevaarlijke situatie hierdoor levensbedreigend worden.

Metingen in de pluim voordat een pyrocloud ontstaat, kunnen brandweerlieden kostbare tijd geven om te reageren. Ze krijgen zo beter zicht op de situatie en kunnen de risico’s van extreem brandgedrag beter inschatten. De informatie kan daarnaast helpen beoordelen of een gekozen aanpak tijdens de inzet veilig blijft, of aangeven wanneer bepaalde tactieken door veranderende omstandigheden niet langer verantwoord zijn.

Traditioneel bood de nacht brandweerlieden een kans om natuurbranden onder controle te krijgen. Dicht bij de grond zorgden lagere temperaturen en een hogere luchtvochtigheid ervoor dat het vuur afnam en makkelijker te beheersen werd. Maar extreme natuurbranden kunnen ook ’s nachts hevig blijven branden.

Het onderzoek van Castellnou helpt verklaren waarom. Wanneer een krachtige brandpluim hoog de atmosfeer in stijgt, kan een eigen laag van warme, turbulente lucht ontstaan die zich tot buiten het brandgebied uitstrekt. Deze door de brand veranderde atmosfeer kan blijven bestaan nadat de bodem bij zonsondergang is afgekoeld. Daardoor kan de pluim blijven groeien en kan extreem brandgedrag ook gedurende de nacht aanhouden.

Brandweerlieden kunnen er daardoor niet langer altijd op rekenen dat de nacht verlichting brengt. Door te meten hoe branden de atmosfeer veranderen, geeft het onderzoek nieuwe inzichten in waarom sommige natuurbranden na zonsondergang extreem blijven en hoe brandweerlieden beter op deze gevaarlijke omstandigheden kunnen anticiperen.

De bevindingen van Castellnou helpen brandweerlieden nu al om extreme natuurbranden beter te begrijpen en erop te reageren, onder meer bij recente branden in de omgeving van Madrid. Zijn onderzoek laat zien wat het oplevert wanneer wetenschap en brandbestrijding nauw samenwerken.

Door veldwaarnemingen, atmosferische fysica, computermodellen en de praktijkervaring van brandweerlieden te combineren, kunnen wetenschappelijke inzichten worden vertaald naar praktische kennis voor de frontlinie. Andersom kunnen lessen uit de bestrijding van echte natuurbranden weer leiden tot nieuwe wetenschappelijke vragen. Vuur begrijpen en vuur bestrijden moeten daarom hand in hand gaan.