提到森林山火，你的腦海裡最先浮現出的是什麼？

是那場燒沒10個紐約，創造過火面積紀錄的加州山火？還是那場持續數月之久，毀滅無數動物家園的澳洲山火？

從山火中救出的考拉

（圖片來源：環球網）

野火肆虐是近年來常常看到的新聞。今年8月，重慶多個地方連續發生森林火災，2萬餘名消防官兵曆時半個月，終于将野火撲滅。“極端高溫天氣導緻的森林自燃是近期重慶山火頻繁的重要因素。”中國消防救援學院林火研究中心副主任、教授白夜表示。

其實，廣袤綿延的山林發生野火是一個必然的現象，也是自然進行自我調節的一種手段。随着人類社區不斷靠近山林，山林野火對人類生命和财産的威脅越來越大，對人類的滅火能力提出的要求也就越來越高。

從根本上弄懂諸多影響因素，包括風、氣溫、植被、地形、人類活動等，對山火的影響，是一件非常困難的事情。從科學角度講，野火不可預測，野火如何蔓延依然是謎，比如最猛烈的野火燃料不是枯枝、敗葉和幹草，而是綠油油的針葉，這背後的原理依然讓科學家不解。

為了避免這樣的慘劇再次發生，物理學家找到了一些看似不可思議的方法來預防和撲滅野火。

大風助火，小風阻火

衆所周知，風助火勢，物理學對這個現象也有較好的研究。其實，二者之間的關系并不簡單。風随火生，風助火勢，火與風之間有正反饋關系，這是物理研究的難題。

烈火熊熊燃燒時，釋放能量，加熱空氣，空氣上升，下方的空氣補充進來，助推火勢；就像農村的土竈，空氣受熱後從煙囪排出，吸引空氣進入竈内補充熱空氣，讓竈底的火更旺。上升的空氣和風之間的相互作用決定着植被的升溫速率，隻有超過某一臨界點，植被才能被點燃，這決定了火災蔓延的速度。

野火的主要燃燒物是幹草、樹葉、樹枝等。很多野火中，樹幹甚至不燃燒。這是為什麼呢？

原來，細小的燃料表面積大，便于從熱空氣中吸收能量，将溫度升高至燃點以上，達到燃點，快速燒起來。

不過，燃料細小有時候也不利于燃燒。如果周圍空氣比燃料溫度低，空氣反而容易将燃料冷卻。換句話說，火災引起的氣流反而阻礙其蔓延。比如，篝火盆外的草長時間暴露在火的熱輻射中，但涼爽的氣流有效地阻止了它們到達燃點。

火帶動涼爽空氣補充，反讓周圍幹草不能燒起

（圖片來源：wiggly wisdom）

野火的蔓延常被看作一堵火牆在前進，風使火牆向前傾斜，将前面的可燃物點燃。這種模型雖然簡單，但是并不正确，因為空氣流動的冷卻效應會阻礙火牆前進。

這好像與生活經驗不符，隻見過風助火勢，哪裡有風減火勢的道理？

這是因為風要助火勢必須是比較大的風，能使火焰傾斜，觸及未燃燒的可燃物。風比較小的時候，上升的熱氣流反而會使火焰直立，妨礙火牆前進。

所以，大風助火，小風阻火。

如果你面向正在蔓延的野火，你看到的不是一堵火牆，而是一座座彼此分離的火塔，如下圖所示。這樣的火塔就是氣流上升造成的。火塔烈焰騰空，煞是壯觀，但推動火勢蔓延的是火塔之間的間隙。

沒有連續的火牆，而是座座火塔

（圖片來源：Silva Junior）

風從燃燒植被的間隙中吹過，變成熱空氣，既為火塔補充空氣，使其更旺，又跑到火的前面，使火無法吸引涼空氣冷卻前面的草和樹葉等可燃物，導緻其被點燃。

火向前蔓延時火線的形狀會影響風向，進而影響蔓延的速度。火向前移動最快的部分一般呈馬蹄形。馬蹄越窄，更多的風引向馬蹄側翼，火最前方的風會減弱，蔓延速度就變慢。

草木在地面上的分布也會影響野火蔓延的速度。如果樹木間距比較大，野火從一棵樹的樹冠蔓延到另一棵樹的可能性會降低，要快速蔓延就需要更大的風助攻。所以，伐樹是降低森林火災風險的常規做法。但是，這種做法會增加地表火災蔓延速度。真是針無兩頭利，有一失必有一得。

放火防火和以火攻火

一種降低野火爆發風險的方法是，主動放火，燒掉地面上的枯枝敗葉，這種行為叫作策略燒除（Prescribed burn）或控管燒除（Controlled burn）。策略燒除不僅減少了野火的燃料，降低了野火爆發的風險，還能促進某些樹種的發芽，增加土壤養分，維持生态平衡。

正在進行策略燒除作業

（圖片來源：維基百科）

聽起來簡單，但是在實際操作中火是很難被控制的，所以策略燒除還是很有難度的，需要進行精心的設計和控制。

2000年，美國國家公園管理局在新墨西哥州美國國家公園管理局洛斯阿拉莫斯進行策略燒除作業，結果放火失控，導緻200座住房被燒毀，大火蔓延面積達到190平方千米，還燒毀了洛斯阿拉莫斯國家實驗室的一些建築，甚至威脅到那裡存放的核物質。美國花了3個半月時間才将火撲滅。

策略燒除一般會點起火線，通常會有多條火線，一條火線引起的氣流會影響其他火線。比如，在中等風速下，火線可能會失控，但在上風口另點一條火線，可以減弱到達下風口火線的風力，減弱火線的強度，以便控制。上風口的火線燒到下風口已經燒過的地方，燒無可燒，也就滅掉了。

策略燒除作業者還可以根據風力、風向、火線間距等因素來操縱火線之間的空氣流動，讓多條火線迅速融合在一起而滅掉。

策略燒除的原理甚至可以用于滅火，達到以火攻火之效，這次撲滅重慶山火的行動中就應用了此法。消防員在野火下風口點起新火線，野火對空氣的擾動反而讓下風口的火線逆風而燒，清除掉野火前面的燃料，讓野火停下前進的腳步。

不過，這種操作要萬分小心，必須對野火吸引空氣的強度有準确的測算才可以，否則反而會釀成新的野火災難。

結語

目前，科學家們正試圖建立起關于野火與空氣的基礎原理，但是由于野火的研究，實驗條件難以控制，也難以重複，達到這樣的目标絕非易事。不過，令我們感到樂觀的是，野火科學的基礎問題研究不斷取得突破，提升了我們對于野火在各種條件下的行為預測能力，也改善了我們的滅火策略。

當然了，對于野火的具體研究是科學家該做的事，作為普通人，大家可以從在出行遊玩時避免攜帶火種進山等小事做起，為預防野火貢獻自己的力量！

來源：科普中國

編輯：邵蕊婷

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