野火会产生自己的天气这对火灾管理至关重要

野火并不以其克制而闻名。他们会跳河，喷出旋转的火焰，一夜之间大小翻倍。

以卡罗尔火灾为例 - 加利福尼亚州最具破坏性的火灾之一 - 在7月中旬爆发，当轮胎爆胎的轮辋遇到路面时。随着火焰的增长，它越过萨克拉门托河并引发了一股火焰般的旋风，在雷丁附近困住并杀死了一名消防员。当它在8月30日被完全收容时，已经烧毁了930平方公里，摧毁了1000多座建筑物，并造成7人死亡。

“一旦这些火势蔓延得足够快，足够强烈，就无法阻止它们，”位于西雅图的美国林务局的燃烧工程师Ruddy Mell说。

管理野火的联邦和州政府机构使用数学方程 - 火灾模型 - 来预测火焰将如何传播，并决定如何提供消防资源或是否需要疏散。但是模型并不能总是预测火灾何时突然转向新的方向或成倍增长。

现在，科学家们正在开发更多细致入微的火力模型，其中包含越来越详细的卫星数据，以及更好地了解火灾如何能够创造自己的天气并煽风点火。这些更精细的模型需要数小时或数天才能在计算机上运行，​​因此它们不太可能取代更快速和肮脏的现场模型，以便在当下的热度下进行响应。但是，他们可以帮助科学家弄清楚是什么在推动野火的行为 - 并学习如何更好地保护社区免受火灾。

记录烧伤

根据博伊西国家跨部门消防中心的说法，2018年野火有望在美国造成至少与2017年一样多的损失，因为自1983年开始一致的数据收集以来，它们烧毁面积比几乎任何一年都要大。 ，爱达荷州。截至9月5日，火灾已在全国范围内摧毁了近3万平方公里，面积大于马萨诸塞州。在过去的几年里，这些野火在美国西部投下了一层特别厚的微粒污染面纱(SN ：8/18/18，第9页)，目前有近100起大火正在燃烧。

虽然雷击自然引发的野火是许多生态系统中健康的一部分，但人类无意中使这种火灾变得更加严重。多年的森林管理政策抑制了自然火灾，使得起泡的森林管理政策变得更加凶猛，因为地面上有如此多的燃料。研究人员在2017年3月的“美国国家科学院院刊”上报告说，人们开始无意或有意地发生84%的野火。研究表明，我们的影响使得火灾季节的爆发时间是自然的三倍。

气候变化可能会加剧这一问题。根据2017 年 12月在PLOS One上分析温度，积雪和野火数据的研究，美国西部大部分地区可能会看到未来30年内土地面积增加。研究人员在8月份的“ 地球物理研究快报”上表示，在未来，厄尔尼诺现象等周期性气候波动将对热浪和野火产生更大的影响，使这种自然灾害更加严重。

然而，通过数学方程捕捉火行为几乎和停止燃烧一样困难。野火受到一系列复杂变量的影响。什么样的植物覆盖地面?地形是平坦的还是丘陵的?风吹得多快?温度是多少?

消防管理人员会考虑这些变量，但他们的预测模型是针对快速响应至关重要的紧急情况而设计的。粗糙的场方程不能捕捉到更精细的细节 - 火焰与大气相互作用的方式，例如，创造自己的风，可以吹出火焰，并在意想不到的方向吐出余烬。

火灾天气

当然，收集有关火灾与大气相互作用方式的数据会带来一些后勤方面的挑战。“在高强度野火旁边设置仪器几乎是不可能的，”密歇根州兰辛的森林服务气象学家Warren Heilman说道。这会摧毁这些工具。

这就是大气科学家Janice Coen在科罗拉多州博尔德市国家大气研究中心和她的同事们开发的一种新的预测工具。来自火焰加热时空气流动的方式，以及空气流动反馈的方式为了影响火灾的行为，“归结为复杂的数学和流体动力学，”科恩说。“如果你把这些东西弄好了，很多这种非常复杂的行为就会展开。”这些方程式已经用于天气预报，但Coen的团队正在通过一个名为Coupled Atmosphere-Wildland Fire Environment模型的模型将它们应用于野火，或者CAWFE。

Coen的团队最近将CAWFE追溯到2014年的King Fire，后者在加利福尼亚州的内华达山区燃烧了近400平方公里。火灾一直缓慢行进，但随后在短短11个小时内以一股令人费解的凶猛速度在峡谷上空行驶了25公里 - 当时附近的一个气象站记录了平静的风。新闻报道指责干旱使得景观干枯且容易燃烧，但科恩并不相信这么简单。

她的分析表明，干旱并不是火灾突发严重程度的主要驱动因素。

相反，她的团队在5月份的“ 生态应用”杂志上报道说，火焰快速蔓延的峡谷是由火灾本身产生的大气运动推动的。大气压力的差异导致风 - 空气从较高压力区域移动到较低压力区域。当大火使峡谷中的空气变暖时，它降低了空气压力，使空气膨胀并上升，产生的风力远远超过附近的官方测量值。

像Coen这样的模型可以重新创造其他令人惊讶的火灾事件，例如7月26日由卡尔野火掀起的“火焰”。根据CalFire估计，这种涡旋产生的风速超过每小时200公里，温度高达1500摄氏度。当由野火加热的上升空气与湍流的环境空气碰撞时，形成这种燃烧旋风。

这些详细的火力模型提供了如何管理未来火灾的线索：例如，在分析King Fire时，Coen的团队发现刷子的数量(以及它的干燥程度)仅在倾斜的地面上影响了火焰的蔓延速度。这表明，在资源有限的情况下，清扫工作可能对减缓火势蔓延最为有用，因为它更多地集中在丘陵地形而不是平地上。

记住余烬

虽然Coen的模型着眼于内部野火天气，但正在开发的其他模型捕捉到当野火对抗城市地区并威胁建筑物时会发生的事情。

森林服务的燃烧科学家梅尔说，与建筑物内或开阔的土地上的火灾相比，人们对这种荒地与城市界面的火灾行为了解甚少。研究起来也更复杂，可用的燃料种类比偏远森林中的野火还要多。此外，袭击社区的野火通常会点燃多个建筑物，从而产生多米诺骨牌效应，这在标准的房屋火灾中不是问题。

在2017年10月Tubbs Fire严重袭击加利福尼亚州的葡萄酒之后，Mell参观了加利福尼亚州Santa Rosa以外的一个烧焦区。该郊区并未被确定为高火危险，事实上，火焰从未到达社区。破坏完全来自于火焰 - 大块燃烧的植被或碎片 - 在大风中席卷而来。Firebrands可以堆积并点燃建筑物，然后可以生成自己的火焰。那时，“很难停下来，”梅尔说。

建筑物的布置，它们制造的材料以及周围植被的类型都会影响社区对野火的脆弱性，但究竟如何仍然不清楚。为了梳理这些互动，Mell和Coen一样，融入了火的物理学。但重点在于更精细的分辨率 - 火灾以米为单位的燃烧方式，而不是它们影响空气流动超过千米的方式。

他正在设计方程组，可以估算出一个火焰将如何将热量传递到地表，或者在某些温度条件下燃料来源会如何分解。

这些模型的目标更大：对灰烬危害进行更严格的评估，以便尽可能安全地设计和管理容易发生火灾的社区。

这些荒地 - 城市界面模型依赖于实验室实验的数据，这些实验测试了余烬如何飞行和燃烧。在美国马里兰州盖瑟斯堡国家标准与技术研究所的工程师萨姆曼泽洛说，火蜥蜴与其他射弹是独一无二的，因为它们会随着它们的燃烧而燃烧。它们的密度在不断变化，影响它们在空中移动的方式。火炬植被的火焰纹理表现与燃烧建筑物的表现不同。

Manzello的一些工作涉及在火灾后收集余烬并研究它们的属性 - 它们有多大，它们是由什么构成的以及它们的重量。他的团队还建造了几条“龙” - 以木片为食的装置然后吐出余烬淋浴。科学家可以控制在龙的腹部点燃的木片的大小，以及它们从嘴里飞出的速度，以查明建筑计划的设计或材料中的漏洞。

例如，在加利福尼亚流行的瓷砖屋顶似乎是防火的，因为陶瓷不会燃烧。但是“我们发现，当我们将瓦屋顶暴露在火焰喷射器中时，[火焰]穿透瓦片和屋顶下的灯光，”曼泽洛说。余烬落在屋顶上，燃烧到足够小，以适应瓷砖之间的裂缝。现在，他说，野地 - 城市界面安全标准已经更新：瓦屋顶下面应该有防燃材料，或者插入它们之间的空隙的材料。