 像保护眼睛一样保护生态环境 像对待生命一样对待生态环境 4月30日，内蒙古大兴安岭乌玛林业局伊木河林场发生森林火灾。5月2日，内蒙古自治区大兴安岭毕拉河北大河林场发生森林火灾。这两场大火发生的时间，几乎与30年前“5·6”大火相同。这仅仅是巧合吗？ 凡是重大的超过社会控制能力的灾情，都有气候变化的贡献，30年前的大兴安岭大火，就是一场典型的气候变化造成的重大灾情，有着森林火灾的特殊性和火灾动力学的典型性。今天，我们就来重新认识30年前的那场火灾。
失火之谜 常见的说法是，那场大火源于一位林场工人启动割灌机引燃了地上的汽油，后来熄灭的明火死灰复燃。但我们知道，这次火灾在大兴安岭地区的西林吉(漠河县）、图强（图强镇）、阿木尔（劲涛镇）和塔河4个林业局所属的几处林场同时发生。卫星遥感图，火灾发生时，俄罗斯的火场面积比大兴安岭5月6日当天的火场面积大数十倍。这说明当时的气候有利于灾情，不利于火灾控制。 1963年的某一天（具体日子记不清了），美国东北部几个州全面爆发火灾，80%的消防队伍都出动了，奋战在扑灭野火的第一线。第二天，所有的火灾都被扑灭了。神秘地发生，神秘地消亡。类似的灾情，发生在公元前524年的某一天，“（召公十八年，524BC）夏五月，火始昏见。丙子，风。梓慎曰：「是谓融风，火之始也。七日，其火作乎!」戊寅，风甚。壬午，大甚。宋、卫、陈、郑皆火。梓慎登大庭氏之库以望之，曰：「宋、卫、陈、郑也。」数日，皆来告火”。 所以，我们应当认识到一点，那就是当时的特殊性气候是导致重大灾情的关键，某人失误，某人放火，都不是成灾的关键性因素。“5·6”大火的失控原因是当时气候条件的便利性，这一点难以察觉，却是难以控制的关键性因素。 加拿大森林火灾 美国科学家于1996年发现 “拉马德雷”现象。“拉马德雷”是一种高空气压流，亦称太平洋十年涛动，分别以“暖位相”和“冷位相”两种形式交替在太平洋上空出现，每种现象持续20年至30年。近100多年来，“拉马德雷”已出现了两个完整的周期。第一周期的“冷位相”发生在1890—1924年，而“暖位相”发生在1925—1945年；第二周期的“冷位相”发生在1946—1976年，而“暖位相”发生在1977—1999年。2000年进入第三周期的“冷位相”。 美国加州森林火灾 所以，最近，听说俄罗斯的森林大火烧入中国，我立刻想到这是大兴安岭大火之后的30年，也是冷位相气候的高峰年，因此失火是可以预期的，但成灾则不会，因为这是冷位相气候周期，没有大风的帮助，火灾比较容易控制。冷位相气候与暖位相气候的最大差异在于火场的蔓延速度不同，1666年的伦敦大火只有6人死亡，206年（3.5个周期）之后的芝加哥大火却有300人死亡。气候脉动是导致火灾形势突发的重要推手，虽然其中的因果关系逻辑链条仍然没有认识清楚。
大兴安岭大火虽然发生在春天，却是一次典型的暖位相火灾，其典型的特征是火啸和火暴，往往和火场的气流不稳定有关，因此是伴随暖位相气候的特征。暖位相气候的火灾通常蔓延快，火场伤亡高，因此很容易造成很大的伤亡。1987年的大兴安岭大火，与1871年的芝加哥大火和Peshtigo大火非常相似，前者烧死300多人，后者烧死1500多人，这是典型的暖位相火灾导致的难以逃生局面。大兴安岭大火发生在116年之后，几乎是完整的2个气候周期，因此伤亡很重。 历史上的美国野火灾情，首当其冲的失火原因是铁路火车，由于燃烧不完全的炉灰和排烟，经常会导致森林火灾。不过更常见的一种火灾是无法调查原因的，比如早晨树叶尖部的露珠，有可能像凸透镜那样对光线发生汇聚作用，如果汇聚点落在热薄型材料上（比如火媒、纤维材料等），就会发生火灾。也就是说，这种完全没有失火线索可以调查的火灾，来源于临时形成的偶然发生的一滴露珠，这是野火失控难以调查的关键性因素。所以，火灾的发生有可能是偶然的意外的，火灾的控制才是专业的、需要投入资金、技术和人力的专业领域。对此，我国“控人即控火”的观念还比较初级，不能完全控制各种突发火灾。 蔓延之谜 火灾蔓延的前提是要将新鲜燃料加热到可燃的温度。在此温度下，固体燃料释放出可以燃烧的气体，真正燃烧的只能是气体。划一根火柴，可以轻易地用嘴吹灭，但如果火点的温度提高以后，放热增加，火场抗风速的能力就会增加。因为风速快，火焰向一边倾斜，导致火焰向新鲜燃料的预热能力增加。几乎所有的燃料都必须经过加热，干燥，释放可燃质和点燃几个阶段，而强烈的火焰传热（以辐射为主）将这一过程大为缩短，所以，火焰快速传递是有可能的。这里的风速是火的流动造成的，与平常的地表风有别。 大风期间的顺风蔓延模式，有利于火焰拉长、预热和蔓延。 森林火灾的快速蔓延，除了与风速有关以外，还与一种特殊蔓延现象——飞火有关。林火燃烧中，产生一些碎木片，这些燃烧着的碎木片，随着强烈的羽流上腾，脱离地表边界层之后，受到环境风力的影响，降落在远处，这种跳跃式的火灾蔓延方式，是林火特有的现象。1987年5月7日23时，黑龙江马林林场有一条小河，并没有阻挡火势的蔓延，那些随着大风漫天飞舞的碎木头，很快点燃了马林林场，2个小时之后全部林场被烧完。
森林火灾中的飞火现象（1991年美国湾区大火）。 唐代诗人白居易在《山枇杷》中写道“深山老去惜年华，况对东溪野枇杷。火树风来翻绛焰，琼枝日出晒红纱。回看桃李都无色，映得芙蓉不是花。争奈结根深石底，无因移得到人家”。虽然描述的是山枇杷，也可以理解成森林大火的火场现象：树冠火。对于某些树木，树梢、树叶比树干更容易点火。树梢、树叶被干燥后，点燃的过程可以是迅速的，形成一种快速点火燃烧现象，俗称“火啸”。
1991年，美国湾区大火中发生飞火现象的碎屑燃料，直径可达5厘米。 火啸之谜 对大兴安岭大火的描述，经常提到一种“火啸”现象。从新闻和回忆录中对该现象的描述，可以和平常室内火灾的轰然现象相类比。通常我们理解的火焰按常规逐步蔓延，是基于火灾规模比较小，通过地表传热和少量的辐射来进行。当火源达到一定的规模后，辐射强度大为增加，所以有人说火焰是从空中过来，泛黄、泛红（颜色代表温度，这是物理学中的普朗特定律或维恩定律），四面八方一片。林间树叶“噼啪”作响，说明辐射强度大。当水分被烤干以后，剩下的可燃物开始升温，并放出可燃质。因为是一片树林受到煎烤，可燃质积累到一定程度，突然被点燃，发出“呼”的一声，整座树林被点燃了。这时候，扑灭这等规模的林火是不可能的，只能等燃料烧尽，自动熄火。这种现象通常发生在室内或炉膛内，如著名的题壁诗“一团茅草乱蓬蓬，蓦地烧天蓦地空”，描述的就是这种“火啸”现象，只不过发生在炉膛内。
大兴安岭大火中，烟气层对附近燃料的辐射，是导致“火啸”的关键。 那么，为什么会产生“火啸”现象呢？ 第一，燃料干燥，这一点是当地气象条件决定的。每年春季，来自西伯利亚的冷风是干燥的，来自南方的气流是温暖的，两者共同决定环境湿度和燃料干燥度。当年漠河地区的降雨量只为平常年份的30%，5月份的温度从8摄氏度一下上升到24摄氏度。 第二，大量的浓烟产生一定的辐射强度，持续干燥和预热附近新鲜的木材（燃料），燃料发生热解过程，产生大量的气相燃料； 第三，一旦条件具备，预混预热之后的燃料气体同时被点燃，产生强烈的扰动和发出巨大的声音，就是“火啸”。
1987年大兴安岭大火 大兴安岭大火，是我国近代历史上最著名的一次林区大火。关于那一次灾难的描述，可以说汗牛充栋。可是，有几个关键的火场现象，与火场流动有关，需要特殊的解释。那就是风力突变，从四五级陡升到八九级，有的地方瞬时风力达到十二级。
事后，一个很常见的观点是，火场大风没有预报。记录中的预报是“火险级”，就是大约五级大风，而有人报道火场大风达14级，这不是浮夸，前者是自然风速，后者是火场大风，由火灾自己造成的。大自然对能量释放的反应是产生流动，火场大风是火灾的结果而不是原因。
大家知道，气体受热会膨胀并密度减少。在地球重力场中，密度小的气体会上升，周围的气体会被卷吸过来，形成一股上升的冲力。当火源很小且没有外在扰动的时候，“大漠孤烟直”。当火源有一定的规模, 就会对周围气流产生扰动，“狼烟滚滚”。当能量达到一定的规模以后，就会形成冲天而上的火球和蘑菇云。所以，1987年5月6日的大火，会在一天以后的5月7日形成大风，火借风势，风助火威，形成重大的灾害。其核心在于燃料的堆积和火场的非线性发展。所谓非线性，就是指即使在稳定的火焰传播速度下，过火面积是速度的平方，再加上其他的因素如风速和风向，地势和燃料干燥程度，火场发展是无法预测的。
艺术家想象中导致大量伤亡的东京大地震“火灾龙卷风”。 但凡失控的林火，总是要提到一种暴风，导致火势无法控制。其实这种暴风是火灾本身造成的，是火灾发展到一定阶段的产物。火焰龙卷风又叫火怪、火旋风、火暴，是指当火情发生时，空气的温度和热能梯度满足某些条件，火苗形成一个垂直的漩涡，旋风般直插入天空的罕见现象。旋转火焰多发生在灌木林火，火苗的高度在9-60米不等，持续的时间也有限，一般只有几分钟，但如果风力强劲能持续更长的时间。
1991年，美国湾区大火发生的蔓延形势，受当时的气象条件的影响。 火焰龙卷风的形成需要具备一定条件：一是强烈的热量生成，导致向上的羽流；二是上升气流与供风气流的不对称性相结合，一起形成旋转的空气涡流。火焰龙卷风的形成必须在火焰燃烧产生高温造成热对流上升后。如果上升时供风不对称，上升的气流会开始旋转，便可能形成所谓的火焰龙卷风。在外观上，这些旋转的气流可收紧形成类似于龙卷风的结构，边旋转，边吸入，边燃烧，边上升。火的热力令空气上升，周围的空气从四方八面涌入，形成卷吸，火焰龙卷风便形成了。
火旋风 最著名的天然火旋风，莫过于著名的1923年东京大地震，震后发生大火，在广场避难的38000人，因为周围建筑的大火产生了火旋风快速消耗了氧气，导致窒息而死。地震、大火、火旋风三者共同导致伤亡10万人以上。
最常见的火旋风，是森林大火中的火旋风。火焰龙卷风夹卷着火焰，像一条火龙一样旋转前进，所到之处皆为灰烬。其大风威力足以将一棵小树连根拔起，可持续推进1小时以上，其带来的大火难以扑灭。在这种气象条件下，逃生是必然和讲究策略的。
火旋风的产生条件：1. 火焰（能量释放）；2. 上升羽流； 3.非对称的气流供给，形成涡流。 历史上著名的火旋风还有1871年10月8日，一场森林大火席卷了美国威斯康星州东北部的格林贝湾两岸，总共大约有1500人丧生。那晚，两处主要的森林大火从格林贝城附近向东北方推进。尽管居民们全力扑救，试图阻止大火蔓延，可是烈火无情，所经之处毁掉了大量的住宅。
在实验室条件下，通过改变供风方式，人为制造火旋风。 1987年5月7日风速突变之后的大兴安岭大火就可以称作火旋风。1988年黄石公园大火也有一个失控的转折点，是以风向突然改变，消防队员措手不及为标志。 1991年加州湾区大火，事后伯克利教授帕格尼使用鲍姆与麦卡福瑞的火致流动理论，根据气象资料复制了火场气象流动的变化，证实了火旋风的生成是火灾能量释放与大气环境互动的结果。
1923年，东京大地震发生之后的火势蔓延与风向变化形势（日本学者的研究结果）。 所以，火场发展具有难以预测性，这是因为风助火势，火致流动相互耦合的影响，很难预报。林区火灾的预报，应当是中长期的天气预报，根据燃料的干燥程度，确定火灾风险，并相应地准备应急队伍。现在我国的新闻联播也开始预报林区火灾风险指数了，这是学习美国的经验之一。 所以，火场发展具有难以预测性，这是因为风助火势，火致流动相互耦合的影响，很难预报。林区火灾的预报，应当是中长期的天气预报，根据燃料的干燥程度，确定火灾风险，并相应地准备应急队伍。现在我国的新闻联播也开始预报林区火灾风险指数了，这是学习美国的经验之一。（来源：科学网） |
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