野火并不以其克制而聞名。他們會跳河，噴出旋轉(zhuǎn)的火焰，一夜之間大小翻倍。

以卡羅爾火災(zāi)為例 - 加利福尼亞州最具破壞性的火災(zāi)之一 - 在7月中旬爆發(fā)，當(dāng)輪胎爆胎的輪輞遇到路面時。隨著火焰的增長，它越過薩克拉門托河并引發(fā)了一股火焰般的旋風(fēng)，在雷丁附近困住并殺死了一名消防員。當(dāng)它在8月30日被完全收容時，已經(jīng)燒毀了930平方公里，摧毀了1000多座建筑物，并造成7人死亡。

“一旦這些火勢蔓延得足夠快，足夠強(qiáng)烈，就無法阻止它們，”位于西雅圖的美國林務(wù)局的燃燒工程師Ruddy Mell說。

管理野火的聯(lián)邦和州政府機(jī)構(gòu)使用數(shù)學(xué)方程 - 火災(zāi)模型 - 來預(yù)測火焰將如何傳播，并決定如何提供消防資源或是否需要疏散。但是模型并不能總是預(yù)測火災(zāi)何時突然轉(zhuǎn)向新的方向或成倍增長。

現(xiàn)在，科學(xué)家們正在開發(fā)更多細(xì)致入微的火力模型，其中包含越來越詳細(xì)的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，以及更好地了解火災(zāi)如何能夠創(chuàng)造自己的天氣并煽風(fēng)點(diǎn)火。這些更精細(xì)的模型需要數(shù)小時或數(shù)天才能在計算機(jī)上運(yùn)行，??因此它們不太可能取代更快速和骯臟的現(xiàn)場模型，以便在當(dāng)下的熱度下進(jìn)行響應(yīng)。但是，他們可以幫助科學(xué)家弄清楚是什么在推動野火的行為 - 并學(xué)習(xí)如何更好地保護(hù)社區(qū)免受火災(zāi)。

記錄燒傷

根據(jù)博伊西國家跨部門消防中心的說法，2018年野火有望在美國造成至少與2017年一樣多的損失，因為自1983年開始一致的數(shù)據(jù)收集以來，它們燒毀面積比幾乎任何一年都要大。 ，愛達(dá)荷州。截至9月5日，火災(zāi)已在全國范圍內(nèi)摧毀了近3萬平方公里，面積大于馬薩諸塞州。在過去的幾年里，這些野火在美國西部投下了一層特別厚的微粒污染面紗(SN ：8/18/18，第9頁)，目前有近100起大火正在燃燒。

雖然雷擊自然引發(fā)的野火是許多生態(tài)系統(tǒng)中健康的一部分，但人類無意中使這種火災(zāi)變得更加嚴(yán)重。多年的森林管理政策抑制了自然火災(zāi)，使得起泡的森林管理政策變得更加兇猛，因為地面上有如此多的燃料。研究人員在2017年3月的“美國國家科學(xué)院院刊”上報告說，人們開始無意或有意地發(fā)生84%的野火。研究表明，我們的影響使得火災(zāi)季節(jié)的爆發(fā)時間是自然的三倍。

氣候變化可能會加劇這一問題。根據(jù)2017 年 12月在PLOS One上分析溫度，積雪和野火數(shù)據(jù)的研究，美國西部大部分地區(qū)可能會看到未來30年內(nèi)土地面積增加。研究人員在8月份的“ 地球物理研究快報”上表示，在未來，厄爾尼諾現(xiàn)象等周期性氣候波動將對熱浪和野火產(chǎn)生更大的影響，使這種自然災(zāi)害更加嚴(yán)重。

然而，通過數(shù)學(xué)方程捕捉火行為幾乎和停止燃燒一樣困難。野火受到一系列復(fù)雜變量的影響。什么樣的植物覆蓋地面?地形是平坦的還是丘陵的?風(fēng)吹得多快?溫度是多少?

消防管理人員會考慮這些變量，但他們的預(yù)測模型是針對快速響應(yīng)至關(guān)重要的緊急情況而設(shè)計的。粗糙的場方程不能捕捉到更精細(xì)的細(xì)節(jié) - 火焰與大氣相互作用的方式，例如，創(chuàng)造自己的風(fēng)，可以吹出火焰，并在意想不到的方向吐出余燼。

火災(zāi)天氣

當(dāng)然，收集有關(guān)火災(zāi)與大氣相互作用方式的數(shù)據(jù)會帶來一些后勤方面的挑戰(zhàn)。“在高強(qiáng)度野火旁邊設(shè)置儀器幾乎是不可能的，”密歇根州蘭辛的森林服務(wù)氣象學(xué)家Warren Heilman說道。這會摧毀這些工具。

這就是大氣科學(xué)家Janice Coen在科羅拉多州博爾德市國家大氣研究中心和她的同事們開發(fā)的一種新的預(yù)測工具。來自火焰加熱時空氣流動的方式，以及空氣流動反饋的方式為了影響火災(zāi)的行為，“歸結(jié)為復(fù)雜的數(shù)學(xué)和流體動力學(xué)，”科恩說。“如果你把這些東西弄好了，很多這種非常復(fù)雜的行為就會展開。”這些方程式已經(jīng)用于天氣預(yù)報，但Coen的團(tuán)隊正在通過一個名為Coupled Atmosphere-Wildland Fire Environment模型的模型將它們應(yīng)用于野火，或者CAWFE。

Coen的團(tuán)隊最近將CAWFE追溯到2014年的King Fire，后者在加利福尼亞州的內(nèi)華達(dá)山區(qū)燃燒了近400平方公里?；馂?zāi)一直緩慢行進(jìn)，但隨后在短短11個小時內(nèi)以一股令人費(fèi)解的兇猛速度在峽谷上空行駛了25公里 - 當(dāng)時附近的一個氣象站記錄了平靜的風(fēng)。新聞報道指責(zé)干旱使得景觀干枯且容易燃燒，但科恩并不相信這么簡單。

她的分析表明，干旱并不是火災(zāi)突發(fā)嚴(yán)重程度的主要驅(qū)動因素。

相反，她的團(tuán)隊在5月份的“ 生態(tài)應(yīng)用”雜志上報道說，火焰快速蔓延的峽谷是由火災(zāi)本身產(chǎn)生的大氣運(yùn)動推動的。大氣壓力的差異導(dǎo)致風(fēng) - 空氣從較高壓力區(qū)域移動到較低壓力區(qū)域。當(dāng)大火使峽谷中的空氣變暖時，它降低了空氣壓力，使空氣膨脹并上升，產(chǎn)生的風(fēng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過附近的官方測量值。

像Coen這樣的模型可以重新創(chuàng)造其他令人驚訝的火災(zāi)事件，例如7月26日由卡爾野火掀起的“火焰”。根據(jù)CalFire估計，這種渦旋產(chǎn)生的風(fēng)速超過每小時200公里，溫度高達(dá)1500攝氏度。當(dāng)由野火加熱的上升空氣與湍流的環(huán)境空氣碰撞時，形成這種燃燒旋風(fēng)。

這些詳細(xì)的火力模型提供了如何管理未來火災(zāi)的線索：例如，在分析King Fire時，Coen的團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)刷子的數(shù)量(以及它的干燥程度)僅在傾斜的地面上影響了火焰的蔓延速度。這表明，在資源有限的情況下，清掃工作可能對減緩火勢蔓延最為有用，因為它更多地集中在丘陵地形而不是平地上。

記住余燼

雖然Coen的模型著眼于內(nèi)部野火天氣，但正在開發(fā)的其他模型捕捉到當(dāng)野火對抗城市地區(qū)并威脅建筑物時會發(fā)生的事情。

森林服務(wù)的燃燒科學(xué)家梅爾說，與建筑物內(nèi)或開闊的土地上的火災(zāi)相比，人們對這種荒地與城市界面的火災(zāi)行為了解甚少。研究起來也更復(fù)雜，可用的燃料種類比偏遠(yuǎn)森林中的野火還要多。此外，襲擊社區(qū)的野火通常會點(diǎn)燃多個建筑物，從而產(chǎn)生多米諾骨牌效應(yīng)，這在標(biāo)準(zhǔn)的房屋火災(zāi)中不是問題。

在2017年10月Tubbs Fire嚴(yán)重襲擊加利福尼亞州的葡萄酒之后，Mell參觀了加利福尼亞州Santa Rosa以外的一個燒焦區(qū)。該郊區(qū)并未被確定為高火危險，事實上，火焰從未到達(dá)社區(qū)。破壞完全來自于火焰 - 大塊燃燒的植被或碎片 - 在大風(fēng)中席卷而來。Firebrands可以堆積并點(diǎn)燃建筑物，然后可以生成自己的火焰。那時，“很難停下來，”梅爾說。

建筑物的布置，它們制造的材料以及周圍植被的類型都會影響社區(qū)對野火的脆弱性，但究竟如何仍然不清楚。為了梳理這些互動，Mell和Coen一樣，融入了火的物理學(xué)。但重點(diǎn)在于更精細(xì)的分辨率 - 火災(zāi)以米為單位的燃燒方式，而不是它們影響空氣流動超過千米的方式。

他正在設(shè)計方程組，可以估算出一個火焰將如何將熱量傳遞到地表，或者在某些溫度條件下燃料來源會如何分解。

這些模型的目標(biāo)更大：對灰燼危害進(jìn)行更嚴(yán)格的評估，以便盡可能安全地設(shè)計和管理容易發(fā)生火災(zāi)的社區(qū)。

這些荒地 - 城市界面模型依賴于實驗室實驗的數(shù)據(jù)，這些實驗測試了余燼如何飛行和燃燒。在美國馬里蘭州蓋瑟斯堡國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的工程師薩姆曼澤洛說，火蜥蜴與其他射彈是獨(dú)一無二的，因為它們會隨著它們的燃燒而燃燒。它們的密度在不斷變化，影響它們在空中移動的方式。火炬植被的火焰紋理表現(xiàn)與燃燒建筑物的表現(xiàn)不同。

Manzello的一些工作涉及在火災(zāi)后收集余燼并研究它們的屬性 - 它們有多大，它們是由什么構(gòu)成的以及它們的重量。他的團(tuán)隊還建造了幾條“龍” - 以木片為食的裝置然后吐出余燼淋浴?？茖W(xué)家可以控制在龍的腹部點(diǎn)燃的木片的大小，以及它們從嘴里飛出的速度，以查明建筑計劃的設(shè)計或材料中的漏洞。

例如，在加利福尼亞流行的瓷磚屋頂似乎是防火的，因為陶瓷不會燃燒。但是“我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)我們將瓦屋頂暴露在火焰噴射器中時，[火焰]穿透瓦片和屋頂下的燈光，”曼澤洛說。余燼落在屋頂上，燃燒到足夠小，以適應(yīng)瓷磚之間的裂縫?，F(xiàn)在，他說，野地 - 城市界面安全標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)更新：瓦屋頂下面應(yīng)該有防燃材料，或者插入它們之間的空隙的材料。