Κύριοι στόχοι

Το έργο με τίτλο «Αέρια Ρύπανση από Πυρκαγιές και η Σχέση τους με την Κλιματική Αλλαγή: παρελθόν, παρόν, μέλλον» (FirePC) είχε ως στόχο να προαγάγει την κατανόηση του ρόλου των δασικών πυρκαγιών (εφεξής ΔΠ) στο σύστημα της Γης, μελετώντας τις επιδράσεις τους στη σύσταση της ατμόσφαιρας, στο ισοζύγιο ακτινοβολίας και στο κλίμα. Ειδικότερα, το έργο επιδίωξε:

• Τη διεξοδική αξιολόγηση της ικανότητας σύγχρονων μοντέλων του συστήματος της Γης (Earth System Models, ESMs) να αναπαράγουν την επίδραση των εκπομπών από ΔΠ στη σύσταση της ατμόσφαιρας σε παγκόσμια κλίμακα, με έμφαση στα αερολύματα, στο όζον και στις πρόδρομες ενώσεις τους.
• Την ποσοτικοποίηση του εξαναγκασμού του ισοζυγίου ακτινοβολίας (effective radiative forcing, ERF) των εκπομπών από ΔΠ, από την προβιομηχανική περίοδο έως σήμερα.
• Τη συστηματική διερεύνηση των επιπτώσεων των εκπομπών από ΔΠ στο σημερινό και στο μελλοντικό κλίμα, σε παγκόσμια και σε περιφερειακή κλίμακα.

Πέραν των επιστημονικών αυτών στόχων, το FirePC επιδίωξε την ανάπτυξη ελληνικής τεχνογνωσίας στη μοντελοποίηση των αλληλεπιδράσεων ΔΠ–κλίματος, την εκπαίδευση νέων ερευνητών και την ενίσχυση της θέσης της Ελλάδας σε αυτό το αναδυόμενο ερευνητικό πεδίο.

Βασικές δραστηριότητες

Το έργο οργανώθηκε σε πέντε Ενότητες Εργασίας (ΕΕ1–ΕΕ5), οι οποίες περιγράφονται παρακάτω. Αξιοποιήθηκε ένα ολοκληρωμένο πλαίσιο μοντελοποίησης, το οποίο συνδύασε τα ESMs EC-Earth3, UKESM, NorESM και CESM2, το παγκόσμιο μοντέλο χημικής μεταφοράς TM5-MP, το περιφερειακό μοντέλο υψηλής ανάλυσης WRF-Chem και τα μοντέλα πυρκαγιών JULES-INFERNO και INFERNO-peat. Τα μοντέλα αυτά ενσωματώνουν τις εκπομπές από ΔΠ και προσομοιώνουν την επίδρασή τους στη χημεία και στο ενεργειακό ισοζύγιο της ατμόσφαιρας.

• ΕΕ1 – Αξιολόγηση μοντέλων, επιδράσεις της μεταβλητότητας των εκπομπών από ΔΠ και βελτίωση της αναπαράστασης των πυρκαγιών. Τα EC-Earth3 και TM5-MP αξιολογήθηκαν έναντι ευρέος φάσματος επίγειων (AERONET) και δορυφορικών παρατηρήσεων, μεταξύ των οποίων MODIS, MOPITT, GOME-2 και OMI, με χρήση των βάσεων δεδομένων εκπομπών από καύση βιομάζας GFED4s και GFED5. Με τις δύο αυτές βάσεις δεδομένων διερευνήθηκε η επίδραση της μεταβλητότητας των εκπομπών από ΔΠ από έτος σε έτος στη σύσταση της τροπόσφαιρας. Παράλληλα, αναπτύχθηκε και βελτιώθηκε το μοντέλο πυρκαγιών τύρφης INFERNO-peat, με αξιοποίηση πειραματικών δεδομένων από οκτώ διαφορετικά περιβάλλοντα τυρφώνων.
• ΕΕ2 – Επιδράσεις των ΔΠ στο σημερινό κλίμα. Πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις με τα EC-Earth3 και WRF-Chem για τη διερεύνηση των επιπτώσεων των σημερινών ΔΠ σε παγκόσμια και περιφερειακή κλίμακα, μέσω μελετών περίπτωσης: των ΔΠ του Αυγούστου 2021 στην Ελλάδα, των πρωτοφανών ΔΠ του Καναδά το 2023 και το 2025, και των ΔΠ της Νότιας Αμερικής το 2024.
• ΕΕ3 – Εξαναγκασμός του ισοζυγίου ακτινοβολίας των εκπομπών από ΔΠ από την προβιομηχανική περίοδο έως σήμερα. Ο ERF των σημερινών εκπομπών από ΔΠ, σε σύγκριση με τις προβιομηχανικές συνθήκες, προσδιορίστηκε με χρήση τεσσάρων ESMs (EC-Earth3, CESM2, NorESM και UKESM).
• ΕΕ4 – Αποκρίσεις του σημερινού και του μελλοντικού κλίματος στις εκπομπές από ΔΠ. Οι κλιματικές αποκρίσεις στις εκπομπές από ΔΠ διερευνήθηκαν με τα EC-Earth3, CESM2 και UKESM, ενώ οι μελλοντικές μεταβολές της δραστηριότητας ΔΠ εκτιμήθηκαν με το JULES-INFERNO υπό διαφορετικές Κοινές Κοινωνικοοικονομικές Πορείες (Shared Socioeconomic Pathways, SSPs).
• ΕΕ5 – Διαχείριση και διάχυση. Η ΕΕ5 κάλυψε τη συνολική διαχείριση του έργου και τη διάχυση των αποτελεσμάτων μέσω επιστημονικών δημοσιεύσεων, παρουσιάσεων σε εθνικά και διεθνή συνέδρια και της διοργάνωσης της εκδήλωσης διάχυσης του FirePC.

Αποτελέσματα

Αξιολόγηση και βελτίωση των μοντέλων και επιδράσεις της μεταβλητότητας των ΔΠ από έτος σε έτος στη σύσταση της τροπόσφαιρας (ΕΕ1). Η συστηματική σύγκριση των EC-Earth3 και TM5-MP με επίγειες και δορυφορικές παρατηρήσεις κατέδειξε την ικανότητα των μοντέλων να αναπαράγουν την απόκριση της ατμοσφαιρικής σύστασης στις εκπομπές από ΔΠ. Η επίδραση της μεταβλητότητας των εκπομπών από καύση βιομάζας από έτος σε έτος αναλύθηκε με το TM5-MP για την περίοδο 1997–2015, η οποία περιλαμβάνει σημαντικά επεισόδια ΔΠ σε παγκόσμιο επίπεδο καθώς και διαφορετικές φάσεις του φαινομένου El Niño–Νότιας Ταλάντωσης (El Niño–Southern Oscillation, ENSO). Η ανάλυση έδειξε ότι η ευαισθησία της μεταβλητότητας από έτος σε έτος (interannual variability, IAV) της τροποσφαιρικής σύστασης στη μεταβλητότητα των εκπομπών από καύση βιομάζας διαφέρει ουσιωδώς μεταξύ των χημικών ειδών: είναι ισχυρή και παγκόσμιας έκτασης για το CO, περισσότερο περιορισμένη σε περιφερειακή κλίμακα για το οπτικό βάθος αερολυμάτων και το NO₂, και ασθενής για το O₃. Η προκύπτουσα μεταβλητότητα της ατμοσφαιρικής σύστασης παρουσιάζει χωρική συνοχή και εποχιακή συνέπεια με γνωστά επεισόδια μεγάλων ΔΠ και με τις φάσεις του El Niño. Το εύρημα αυτό έχει άμεσες συνέπειες για τον τρόπο με τον οποίο πρέπει να αναπαρίσταται η χρονική μεταβλητότητα των εκπομπών από ΔΠ στα μοντέλα χημικής μεταφοράς και στα ESMs.

Παράλληλα, η ανάπτυξη του INFERNO-peat, με βάση πειραματικά δεδομένα από οκτώ περιβάλλοντα τυρφώνων, βελτίωσε την ικανότητα πρόβλεψης του κινδύνου πυρκαγιών τύρφης και των κλιματικών τους επιπτώσεων.

Ατμοσφαιρικές και κλιματικές επιπτώσεις ακραίων επεισοδίων ΔΠ (ΕΕ2). Οι προσομοιώσεις με το EC-Earth3 για τις πρωτοφανείς ΔΠ του Καναδά το 2023 ανέδειξαν εκτεταμένες επιπτώσεις σε ολόκληρο το Βόρειο Ημισφαίριο: αύξηση του φορτίου αερολυμάτων, διαταραχή του ισοζυγίου ακτινοβολίας, ψύξη της επιφάνειας, αυξημένη νεφοκάλυψη, μειωμένη βροχόπτωση και μεταβολές στην ατμοσφαιρική κυκλοφορία. Δύο συμπληρωματικές μελέτες διερεύνησαν τις απομακρυσμένες επιπτώσεις του ίδιου επεισοδίου. Η πρώτη έδειξε ότι ο καπνός από τις καναδικές ΔΠ προκάλεσε ψύξη και μεταβολές στην ατμοσφαιρική κυκλοφορία, οι οποίες εξασθένησαν εν μέρει τον μηχανισμό του ινδικού θερινού μουσώνα κατά την εξαιρετικά ξηρή περίοδο του Αυγούστου 2023. Η σύγκριση με μετρήσεις ραδιοβολίδων, δορυφορικές παρατηρήσεις και δεδομένα επανανάλυσης (reanalysis) υποστήριξε τον προτεινόμενο μηχανισμό. Η δεύτερη μελέτη εκτίμησε ότι η μείωση της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας λόγω του καπνού οδήγησε σε μείωση της παραγωγής φωτοβολταϊκής ενέργειας κατά περίπου 2,8% στη Βόρεια Αμερική και την Ευρώπη κατά την περίοδο Μαΐου–Σεπτεμβρίου 2023, με συνεπαγόμενες πρόσθετες εκπομπές CO₂ και οικονομικές απώλειες που πλησιάζουν τα 2 δισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ.

Η ανάλυση επεκτάθηκε στις ΔΠ του Καναδά το 2025, στο πλαίσιο της έκθεσης State of Wildfires 2025–26, με αντίστοιχα ευρήματα εκτεταμένης ψύξης, αυξημένης νεφοκάλυψης και μειωμένης βροχόπτωσης στην ανατολική Βόρεια Αμερική και στον Βόρειο Ατλαντικό. Αντιθέτως, η ανάλυση των ΔΠ της Νότιας Αμερικής το 2024 ανέδειξε τοπική θέρμανση, μειωμένη νεφοκάλυψη και ενίσχυση της ξηρής περιόδου, υποδεικνύοντας πιθανές θετικές ανατροφοδοτήσεις ΔΠ–κλίματος στην ευρύτερη περιοχή. Σε περιφερειακή κλίμακα, οι προσομοιώσεις με το WRF-Chem για το ακραίο επεισόδιο ΔΠ στην Ελλάδα τον Αύγουστο του 2021 έδειξαν ότι οι επιδράσεις των αερολυμάτων από ΔΠ δεν περιορίζονται στις άμεσα επηρεαζόμενες περιοχές: ενώ στις περιοχές προέλευσης παρατηρείται ψύξη, μετεωρολογικές ανατροφοδοτήσεις μπορούν να προκαλέσουν θέρμανση σε γειτονικές περιοχές.

Στο σύνολο των παραπάνω μελετών, η σύγκριση με επίγειες και δορυφορικές παρατηρήσεις κατέδειξε ότι η συμπερίληψη των εκπομπών από ΔΠ βελτιώνει σημαντικά την αναπαράσταση των αερολυμάτων και της ατμοσφαιρικής σύστασης, συμβάλλοντας άμεσα στην επίτευξη του πρώτου στόχου του έργου.

Εξαναγκασμός του ισοζυγίου ακτινοβολίας των εκπομπών από ΔΠ από την προβιομηχανική περίοδο έως σήμερα (ΕΕ3). Οι προσομοιώσεις με τα τέσσερα ESMs (EC-Earth3, CESM2, NorESM και UKESM) έδειξαν ότι ο ERF που προκαλείται από τις εκπομπές των ΔΠ από την προβιομηχανική περίοδο έως σήμερα οφείλεται κυρίως στις αλληλεπιδράσεις αερολυμάτων–νεφών και, σε μικρότερο βαθμό, σε μεταβολές της επιφανειακής λευκαύγειας και σε κλιματικές ανατροφοδοτήσεις, όπως οι μεταβολές των ατμοσφαιρικών υδρατμών. Παράλληλα, η σύγκριση μεταξύ των μοντέλων ανέδειξε σημαντική διασπορά στις εκτιμήσεις του ERF, με ικανοποιητική ωστόσο συμφωνία στις περιοχές όπου η επίδραση είναι εντονότερη. Η χρήση τεσσάρων μοντέλων συνέβαλε στον περιορισμό της αβεβαιότητας του ERF των εκπομπών από ΔΠ, εκπληρώνοντας τον δεύτερο κύριο στόχο του έργου.

Απόκριση του σημερινού και του μελλοντικού κλίματος στις εκπομπές από ΔΠ (ΕΕ4). Οι προσομοιώσεις με το EC-Earth3 υπό σημερινές συνθήκες έδειξαν ότι οι ΔΠ προκαλούν ψύξη σε παγκόσμια κλίμακα και σημαντικές μεταβολές στη βροχόπτωση, ιδίως στους τροπικούς. Οι προσομοιώσεις με τα CESM2, UKESM και EC-Earth3 υπό μελλοντικά σενάρια SSP έδειξαν ότι οι εκπομπές από ΔΠ είναι πιθανό να υποεκτιμώνται στα σενάρια αυτά, καθώς δεν λαμβάνουν υπόψη τις ανατροφοδοτήσεις της κλιματικής αλλαγής στην δραστηριότητα των ΔΠ. Ακόμη και με βελτιωμένες εκτιμήσεις των εκπομπών, παραμένουν σημαντικές διαφορές μεταξύ των μοντέλων ως προς την εκτίμηση των κλιματικών επιδράσεων των ΔΠ, γεγονός που καθιστά τη συνολική επίδραση των ΔΠ μία από τις κυριότερες πηγές αβεβαιότητας στη μοντελοποίηση του συστήματος της Γης. Τέλος, οι προσομοιώσεις με το JULES-INFERNO έδειξαν συνολική αύξηση της καμένης έκτασης στην Ελλάδα υπό όλα τα εξεταζόμενα σενάρια SSP, με τη νότια Ελλάδα να παραμένει ιδιαίτερα ευάλωτη. Τα ευρήματα αυτά εκπληρώνουν τον τρίτο στόχο του έργου.

Όλα τα αποτελέσματα και οι στόχοι του έργου επιτεύχθηκαν και, σε αρκετές περιπτώσεις, ξεπεράστηκαν. Η υπέρβαση του αρχικού σχεδιασμού αφορά κυρίως: (α) την ενσωμάτωση ενός επιπλέον ESM στην ανάλυση του ERF στο πλαίσιο της ΕΕ3 και (β) την επέκταση της ανάλυσης σε ακραία επεισόδια ΔΠ στο πλαίσιο της ΕΕ2 (Ελλάδα 2021, Καναδάς 2023 και 2025, Νότια Αμερική 2024). Οι δραστηριότητες αυτές, αν και δεν προβλέπονταν στον αρχικό σχεδιασμό, ενίσχυσαν σημαντικά την επιστημονική και κοινωνική συνάφεια του έργου.

Αντίκτυπος

Επιστημονικός αντίκτυπος: Το FirePC συνέβαλε στη γεφύρωση των πεδίων της ατμοσφαιρικής χημείας, της φυσικής των αερολυμάτων και της κλιματικής επιστήμης, ενοποιώντας σε ένα κοινό πλαίσιο αξιολόγησης μοντέλα του συστήματος της Γης, μοντέλα ατμοσφαιρικής χημείας, περιφερειακά μοντέλα υψηλής ανάλυσης, μοντέλα πυρκαγιών, καθώς και δορυφορικές και επίγειες παρατηρήσεις. Τα κυριότερα σημεία προστιθέμενης αξίας είναι τα εξής:

• Πρώτη συστηματική σύγκριση τεσσάρων ESMs για τον ERF των εκπομπών από ΔΠ. Η σύγκριση αυτή περιόρισε την αβεβαιότητα των εκτιμήσεων του ERF, κατέδειξε ότι οι αλληλεπιδράσεις αερολυμάτων–νεφών αποτελούν τον κυρίαρχο μηχανισμό και στα τέσσερα μοντέλα, και παρέχει πλαίσιο αναφοράς για μελλοντικές διεθνείς αξιολογήσεις μοντέλων.
• Ανάδειξη της επίδρασης της μεταβλητότητας των εκπομπών από ΔΠ στην ατμοσφαιρική σύσταση. Η μεταβλητότητα των ΔΠ από έτος σε έτος συνεπάγεται αντίστοιχη μεταβλητότητα των εκπομπών από καύση βιομάζας. Αυτό οδηγεί σε ισχυρή και παγκόσμιας έκτασης μεταβλητότητα του τροποσφαιρικού CO, σε μεταβλητότητα περιορισμένη σε περιφερειακή κλίμακα για το οπτικό βάθος αερολυμάτων και το τροποσφαιρικό NO₂, και σε ασθενή μεταβλητότητα του τροποσφαιρικού O₃. Τα πρότυπα μεταβλητότητας παρουσιάζουν χωρική και χρονική συνοχή με σημαντικά επεισόδια ΔΠ και με τις φάσεις του El Niño. Δεδομένου ότι το CO και το NO₂ επηρεάζουν την ποιότητα του αέρα και αποτελούν πρόδρομες ενώσεις του όζοντος, ενώ το τροποσφαιρικό O₃ δρα τόσο ως ρύπος όσο και ως βραχύβιος κλιματικός παράγοντας, η μεταβλητότητα αυτή έχει επιπτώσεις τόσο στην ποιότητα του αέρα όσο και στο τοπικό ισοζύγιο ακτινοβολίας.
• Ανάδειξη του ρόλου των οργανικών αερολυμάτων. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι μεταβολές των νεφών που προκαλούνται από τις εκπομπές των ΔΠ συνδέονται κυρίως με τα οργανικά αερολύματα και όχι με τον μαύρο άνθρακα, με άμεσες συνέπειες για την παραμετροποίηση των αλληλεπιδράσεων αερολυμάτων–νεφών στα ESMs.
• Βελτίωση του μοντέλου πυρκαγιών JULES-INFERNO μέσω της ανάπτυξης του INFERNO-peat, το οποίο αναπαριστά τις πυρκαγιές τυρφώνων στα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη και μπορεί να ενσωματωθεί σε μελλοντικές εκδόσεις των ESMs.
• Τεκμηρίωση της υποεκτίμησης των μελλοντικών εκπομπών από ΔΠ στα σημερινά σενάρια κλιματικής αλλαγής, λόγω της απουσίας των ανατροφοδοτήσεων της κλιματικής αλλαγής στην ίδια την δραστηριότητα ΔΠ, με άμεσες συνέπειες για τις μελλοντικές κλιματικές προβολές.
• Επέκταση της χρήσης των ESMs στη μελέτη μεμονωμένων ακραίων επεισοδίων ΔΠ. Το FirePC κατέδειξε ότι τέτοια επεισόδια μπορούν να μεταβάλουν τη σύσταση της ατμόσφαιρας, τη νεφοκάλυψη, την ατμοσφαιρική κυκλοφορία και το ισοζύγιο ακτινοβολίας όχι μόνο τοπικά αλλά και σε ημισφαιρική κλίμακα, ενισχύοντας το αυξανόμενο σύνολο ενδείξεων ότι οι μεγάλες πυρκαγιές αποτελούν ενεργό παράγοντα της βραχυπρόθεσμης κλιματικής μεταβλητότητας.

Τα αποτελέσματα για τις ΔΠ του Καναδά το 2023 και το 2025 υποδηλώνουν ότι η επαναλαμβανόμενη εμφάνιση ακραίων ΔΠ στα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη ενδέχεται να εξελιχθεί σε ολοένα σημαντικότερο κλιματικό εξαναγκασμό, με πιθανές επιπτώσεις τόσο στον τοπικό καιρό όσο και στη μακροχρόνια κλιματική μεταβλητότητα του Βόρειου Ατλαντικού.

Κοινωνικός και οικονομικός αντίκτυπος: Συνδέοντας τις εκπομπές των ΔΠ με επιπτώσεις στον ινδικό θερινό μουσώνα και στην παραγωγή φωτοβολταϊκής ενέργειας, το FirePC ανέδειξε τις κοινωνικοοικονομικές συνέπειες των ακραίων ΔΠ και τον τρόπο με τον οποίο αυτές μπορούν να εκδηλωθούν χιλιάδες χιλιόμετρα μακριά από την πηγή τους. Τα αποτελέσματα μπορούν να αξιοποιηθούν από φορείς χάραξης πολιτικής, από μετεωρολογικές και κλιματικές υπηρεσίες, καθώς και από τους τομείς της ενέργειας, της γεωργίας και της διαχείρισης υδατικών πόρων, υποστηρίζοντας την ανάπτυξη υπηρεσιών έγκαιρης προειδοποίησης και εργαλείων εκτίμησης κινδύνου. Ειδικότερα για την Ελλάδα, η προβλεπόμενη αύξηση της καμένης έκτασης υπό όλα τα σενάρια SSP, με τη νότια Ελλάδα να παραμένει ιδιαίτερα ευάλωτη, παρέχει άμεσα αξιοποιήσιμη πληροφορία για τον εθνικό σχεδιασμό πρόληψης και προσαρμογής. Παράλληλα, οι δράσεις διάχυσης συνέβαλαν στην ευαισθητοποίηση του κοινού σχετικά με τις επιπτώσεις των δασικών πυρκαγιών στο κλίμα και στην ποιότητα του αέρα.

Ανθρώπινο δυναμικό και ερευνητικές υποδομές: Το FirePC εκπαίδευσε νέους ερευνητές στη μοντελοποίηση του συστήματος της Γης, στην ανάλυση δορυφορικών και επίγειων παρατηρήσεων και στη χρήση υπολογιστικών συστημάτων υψηλών επιδόσεων, μέσω της ενεργού συμμετοχής τους στις διεθνείς κοινότητες μοντελοποίησης EC-Earth και TM5-MP. Το έργο προώθησε τις αρχές της ανοικτής επιστήμης μέσω της δημοσίευσης συνόλων δεδομένων σε ανοικτά αποθετήρια (Zenodo). Τέλος, η επιτυχής εκτέλεση υπολογιστικά απαιτητικών προσομοιώσεων σε εθνικές (ΕΔΥΤΕ/ARIS) και ιδρυματικές υποδομές υπερυπολογιστών κατέδειξε την ικανότητα της Ελλάδας να συμμετέχει ουσιαστικά στη διεθνή έρευνα για την κλιματική αλλαγή.

Μελλοντικός αντίκτυπος: Τα αποτελέσματα του FirePC είναι άμεσα συναφή με τις κοινότητες μοντελοποίησης και τις διεθνείς πρωτοβουλίες FireMIP, AerChemMIP και CMIP, συμβάλλοντας στη συνεχή βελτίωση των μοντέλων του συστήματος της Γης. Το INFERNO-peat και το πλαίσιο σύγκρισης του ERF μεταξύ μοντέλων αναμένεται να υποστηρίξουν μελλοντικές δράσεις αξιολόγησης μοντέλων, ενώ τα άρθρα που βρίσκονται υπό προετοιμασία ή αξιολόγηση θα διευρύνουν περαιτέρω τον επιστημονικό αντίκτυπο του έργου μετά την ολοκλήρωσή του. Οι νέες ερευνητικές συνεργασίες που αναπτύχθηκαν στο πλαίσιο του έργου αποτελούν βάση για τη συνέχιση της έρευνας στις αλληλεπιδράσεις ΔΠ–κλίματος και για την περαιτέρω ενίσχυση της διεθνούς προβολής της ελληνικής ερευνητικής κοινότητας.