像保護(hù)眼睛一樣保護(hù)生態(tài)環(huán)境

像對(duì)待生命一樣對(duì)待生態(tài)環(huán)境

4月30日，內(nèi)蒙古大興安嶺烏瑪林業(yè)局伊木河林場(chǎng)發(fā)生森林火災(zāi)。5月2日，內(nèi)蒙古自治區(qū)大興安嶺畢拉河北大河林場(chǎng)發(fā)生森林火災(zāi)。這兩場(chǎng)大火發(fā)生的時(shí)間，幾乎與30年前“5·6”大火相同。這僅僅是巧合嗎？  

凡是重大的超過(guò)社會(huì)控制能力的災(zāi)情，都有氣候變化的貢獻(xiàn)，30年前的大興安嶺大火，就是一場(chǎng)典型的氣候變化造成的重大災(zāi)情，有著森林火災(zāi)的特殊性和火災(zāi)動(dòng)力學(xué)的典型性。今天，我們就來(lái)重新認(rèn)識(shí)30年前的那場(chǎng)火災(zāi)。

失火之謎

常見(jiàn)的說(shuō)法是，那場(chǎng)大火源于一位林場(chǎng)工人啟動(dòng)割灌機(jī)引燃了地上的汽油，后來(lái)熄滅的明火死灰復(fù)燃。但我們知道，這次火災(zāi)在大興安嶺地區(qū)的西林吉(漠河縣）、圖強(qiáng)（圖強(qiáng)鎮(zhèn)）、阿木爾（勁濤鎮(zhèn)）和塔河4個(gè)林業(yè)局所屬的幾處林場(chǎng)同時(shí)發(fā)生。衛(wèi)星遙感圖，火災(zāi)發(fā)生時(shí)，俄羅斯的火場(chǎng)面積比大興安嶺5月6日當(dāng)天的火場(chǎng)面積大數(shù)十倍。這說(shuō)明當(dāng)時(shí)的氣候有利于災(zāi)情，不利于火災(zāi)控制。

1963年的某一天（具體日子記不清了），美國(guó)東北部幾個(gè)州全面爆發(fā)火災(zāi)，80%的消防隊(duì)伍都出動(dòng)了，奮戰(zhàn)在撲滅野火的第一線(xiàn)。第二天，所有的火災(zāi)都被撲滅了。神秘地發(fā)生，神秘地消亡。類(lèi)似的災(zāi)情，發(fā)生在公元前524年的某一天，“（召公十八年，524BC）夏五月，火始昏見(jiàn)。丙子，風(fēng)。梓慎曰：「是謂融風(fēng)，火之始也。七日，其火作乎!」戊寅，風(fēng)甚。壬午，大甚。宋、衛(wèi)、陳、鄭皆火。梓慎登大庭氏之庫(kù)以望之，曰：「宋、衛(wèi)、陳、鄭也?！箶?shù)日，皆來(lái)告火”。

所以，我們應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到一點(diǎn)，那就是當(dāng)時(shí)的特殊性氣候是導(dǎo)致重大災(zāi)情的關(guān)鍵，某人失誤，某人放火，都不是成災(zāi)的關(guān)鍵性因素?！?·6”大火的失控原因是當(dāng)時(shí)氣候條件的便利性，這一點(diǎn)難以察覺(jué)，卻是難以控制的關(guān)鍵性因素。 

加拿大森林火災(zāi)

美國(guó)科學(xué)家于1996年發(fā)現(xiàn) “拉馬德雷”現(xiàn)象?！袄R德雷”是一種高空氣壓流，亦稱(chēng)太平洋十年濤動(dòng)，分別以“暖位相”和“冷位相”兩種形式交替在太平洋上空出現(xiàn)，每種現(xiàn)象持續(xù)20年至30年。近100多年來(lái)，“拉馬德雷”已出現(xiàn)了兩個(gè)完整的周期。第一周期的“冷位相”發(fā)生在1890—1924年，而“暖位相”發(fā)生在1925—1945年；第二周期的“冷位相”發(fā)生在1946—1976年，而“暖位相”發(fā)生在1977—1999年。2000年進(jìn)入第三周期的“冷位相”。  

美國(guó)加州森林火災(zāi)

所以，最近，聽(tīng)說(shuō)俄羅斯的森林大火燒入中國(guó)，我立刻想到這是大興安嶺大火之后的30年，也是冷位相氣候的高峰年，因此失火是可以預(yù)期的，但成災(zāi)則不會(huì)，因?yàn)檫@是冷位相氣候周期，沒(méi)有大風(fēng)的幫助，火災(zāi)比較容易控制。冷位相氣候與暖位相氣候的最大差異在于火場(chǎng)的蔓延速度不同，1666年的倫敦大火只有6人死亡，206年（3.5個(gè)周期）之后的芝加哥大火卻有300人死亡。氣候脈動(dòng)是導(dǎo)致火災(zāi)形勢(shì)突發(fā)的重要推手，雖然其中的因果關(guān)系邏輯鏈條仍然沒(méi)有認(rèn)識(shí)清楚。

1987年大興安嶺大火

大興安嶺大火雖然發(fā)生在春天，卻是一次典型的暖位相火災(zāi)，其典型的特征是火嘯和火暴，往往和火場(chǎng)的氣流不穩(wěn)定有關(guān)，因此是伴隨暖位相氣候的特征。暖位相氣候的火災(zāi)通常蔓延快，火場(chǎng)傷亡高，因此很容易造成很大的傷亡。1987年的大興安嶺大火，與1871年的芝加哥大火和Peshtigo大火非常相似，前者燒死300多人，后者燒死1500多人，這是典型的暖位相火災(zāi)導(dǎo)致的難以逃生局面。大興安嶺大火發(fā)生在116年之后，幾乎是完整的2個(gè)氣候周期，因此傷亡很重。

歷史上的美國(guó)野火災(zāi)情，首當(dāng)其沖的失火原因是鐵路火車(chē)，由于燃燒不完全的爐灰和排煙，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致森林火災(zāi)。不過(guò)更常見(jiàn)的一種火災(zāi)是無(wú)法調(diào)查原因的，比如早晨樹(shù)葉尖部的露珠，有可能像凸透鏡那樣對(duì)光線(xiàn)發(fā)生匯聚作用，如果匯聚點(diǎn)落在熱薄型材料上（比如火媒、纖維材料等），就會(huì)發(fā)生火災(zāi)。也就是說(shuō)，這種完全沒(méi)有失火線(xiàn)索可以調(diào)查的火災(zāi)，來(lái)源于臨時(shí)形成的偶然發(fā)生的一滴露珠，這是野火失控難以調(diào)查的關(guān)鍵性因素。所以，火災(zāi)的發(fā)生有可能是偶然的意外的，火災(zāi)的控制才是專(zhuān)業(yè)的、需要投入資金、技術(shù)和人力的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域。對(duì)此，我國(guó)“控人即控火”的觀(guān)念還比較初級(jí)，不能完全控制各種突發(fā)火災(zāi)。

蔓延之謎

火災(zāi)蔓延的前提是要將新鮮燃料加熱到可燃的溫度。在此溫度下，固體燃料釋放出可以燃燒的氣體，真正燃燒的只能是氣體。劃一根火柴，可以輕易地用嘴吹滅，但如果火點(diǎn)的溫度提高以后，放熱增加，火場(chǎng)抗風(fēng)速的能力就會(huì)增加。因?yàn)轱L(fēng)速快，火焰向一邊傾斜，導(dǎo)致火焰向新鮮燃料的預(yù)熱能力增加。幾乎所有的燃料都必須經(jīng)過(guò)加熱，干燥，釋放可燃質(zhì)和點(diǎn)燃幾個(gè)階段，而強(qiáng)烈的火焰?zhèn)鳠幔ㄒ暂椛錇橹鳎⑦@一過(guò)程大為縮短，所以，火焰快速傳遞是有可能的。這里的風(fēng)速是火的流動(dòng)造成的，與平常的地表風(fēng)有別。

大風(fēng)期間的順風(fēng)蔓延模式，有利于火焰拉長(zhǎng)、預(yù)熱和蔓延。

森林火災(zāi)的快速蔓延，除了與風(fēng)速有關(guān)以外，還與一種特殊蔓延現(xiàn)象——飛火有關(guān)。林火燃燒中，產(chǎn)生一些碎木片，這些燃燒著的碎木片，隨著強(qiáng)烈的羽流上騰，脫離地表邊界層之后，受到環(huán)境風(fēng)力的影響，降落在遠(yuǎn)處，這種跳躍式的火災(zāi)蔓延方式，是林火特有的現(xiàn)象。1987年5月7日23時(shí)，黑龍江馬林林場(chǎng)有一條小河，并沒(méi)有阻擋火勢(shì)的蔓延，那些隨著大風(fēng)漫天飛舞的碎木頭，很快點(diǎn)燃了馬林林場(chǎng)，2個(gè)小時(shí)之后全部林場(chǎng)被燒完。

森林火災(zāi)中的飛火現(xiàn)象（1991年美國(guó)灣區(qū)大火）。

唐代詩(shī)人白居易在《山枇杷》中寫(xiě)道“深山老去惜年華，況對(duì)東溪野枇杷?；饦?shù)風(fēng)來(lái)翻絳焰，瓊枝日出曬紅紗?；乜刺依疃紵o(wú)色，映得芙蓉不是花。爭(zhēng)奈結(jié)根深石底，無(wú)因移得到人家”。雖然描述的是山枇杷，也可以理解成森林大火的火場(chǎng)現(xiàn)象：樹(shù)冠火。對(duì)于某些樹(shù)木，樹(shù)梢、樹(shù)葉比樹(shù)干更容易點(diǎn)火。樹(shù)梢、樹(shù)葉被干燥后，點(diǎn)燃的過(guò)程可以是迅速的，形成一種快速點(diǎn)火燃燒現(xiàn)象，俗稱(chēng)“火嘯”。

1991年，美國(guó)灣區(qū)大火中發(fā)生飛火現(xiàn)象的碎屑燃料，直徑可達(dá)5厘米。

火嘯之謎

對(duì)大興安嶺大火的描述，經(jīng)常提到一種“火嘯”現(xiàn)象。從新聞和回憶錄中對(duì)該現(xiàn)象的描述，可以和平常室內(nèi)火災(zāi)的轟然現(xiàn)象相類(lèi)比。通常我們理解的火焰按常規(guī)逐步蔓延，是基于火災(zāi)規(guī)模比較小，通過(guò)地表傳熱和少量的輻射來(lái)進(jìn)行。當(dāng)火源達(dá)到一定的規(guī)模后，輻射強(qiáng)度大為增加，所以有人說(shuō)火焰是從空中過(guò)來(lái)，泛黃、泛紅（顏色代表溫度，這是物理學(xué)中的普朗特定律或維恩定律），四面八方一片。林間樹(shù)葉“噼啪”作響，說(shuō)明輻射強(qiáng)度大。當(dāng)水分被烤干以后，剩下的可燃物開(kāi)始升溫，并放出可燃質(zhì)。因?yàn)槭且黄瑯?shù)林受到煎烤，可燃質(zhì)積累到一定程度，突然被點(diǎn)燃，發(fā)出“呼”的一聲，整座樹(shù)林被點(diǎn)燃了。這時(shí)候，撲滅這等規(guī)模的林火是不可能的，只能等燃料燒盡，自動(dòng)熄火。這種現(xiàn)象通常發(fā)生在室內(nèi)或爐膛內(nèi)，如著名的題壁詩(shī)“一團(tuán)茅草亂蓬蓬，驀地?zé)祢嚨乜铡?，描述的就是這種“火嘯”現(xiàn)象，只不過(guò)發(fā)生在爐膛內(nèi)。

大興安嶺大火中，煙氣層對(duì)附近燃料的輻射，是導(dǎo)致“火嘯”的關(guān)鍵。

那么，為什么會(huì)產(chǎn)生“火嘯”現(xiàn)象呢？

第一，燃料干燥，這一點(diǎn)是當(dāng)?shù)貧庀髼l件決定的。每年春季，來(lái)自西伯利亞的冷風(fēng)是干燥的，來(lái)自南方的氣流是溫暖的，兩者共同決定環(huán)境濕度和燃料干燥度。當(dāng)年漠河地區(qū)的降雨量只為平常年份的30%，5月份的溫度從8攝氏度一下上升到24攝氏度。

第二，大量的濃煙產(chǎn)生一定的輻射強(qiáng)度，持續(xù)干燥和預(yù)熱附近新鮮的木材（燃料），燃料發(fā)生熱解過(guò)程，產(chǎn)生大量的氣相燃料；

第三，一旦條件具備，預(yù)混預(yù)熱之后的燃料氣體同時(shí)被點(diǎn)燃，產(chǎn)生強(qiáng)烈的擾動(dòng)和發(fā)出巨大的聲音，就是“火嘯”。

1987年大興安嶺大火

大興安嶺大火，是我國(guó)近代歷史上最著名的一次林區(qū)大火。關(guān)于那一次災(zāi)難的描述，可以說(shuō)汗牛充棟。可是，有幾個(gè)關(guān)鍵的火場(chǎng)現(xiàn)象，與火場(chǎng)流動(dòng)有關(guān)，需要特殊的解釋。那就是風(fēng)力突變，從四五級(jí)陡升到八九級(jí)，有的地方瞬時(shí)風(fēng)力達(dá)到十二級(jí)。

事后，一個(gè)很常見(jiàn)的觀(guān)點(diǎn)是，火場(chǎng)大風(fēng)沒(méi)有預(yù)報(bào)。記錄中的預(yù)報(bào)是“火險(xiǎn)級(jí)”，就是大約五級(jí)大風(fēng)，而有人報(bào)道火場(chǎng)大風(fēng)達(dá)14級(jí)，這不是浮夸，前者是自然風(fēng)速，后者是火場(chǎng)大風(fēng)，由火災(zāi)自己造成的。大自然對(duì)能量釋放的反應(yīng)是產(chǎn)生流動(dòng)，火場(chǎng)大風(fēng)是火災(zāi)的結(jié)果而不是原因。

大家知道，氣體受熱會(huì)膨脹并密度減少。在地球重力場(chǎng)中，密度小的氣體會(huì)上升，周?chē)臍怏w會(huì)被卷吸過(guò)來(lái)，形成一股上升的沖力。當(dāng)火源很小且沒(méi)有外在擾動(dòng)的時(shí)候，“大漠孤煙直”。當(dāng)火源有一定的規(guī)模, 就會(huì)對(duì)周?chē)鷼饬鳟a(chǎn)生擾動(dòng)，“狼煙滾滾”。當(dāng)能量達(dá)到一定的規(guī)模以后，就會(huì)形成沖天而上的火球和蘑菇云。所以，1987年5月6日的大火，會(huì)在一天以后的5月7日形成大風(fēng)，火借風(fēng)勢(shì)，風(fēng)助火威，形成重大的災(zāi)害。其核心在于燃料的堆積和火場(chǎng)的非線(xiàn)性發(fā)展。所謂非線(xiàn)性，就是指即使在穩(wěn)定的火焰?zhèn)鞑ニ俣认拢^(guò)火面積是速度的平方，再加上其他的因素如風(fēng)速和風(fēng)向，地勢(shì)和燃料干燥程度，火場(chǎng)發(fā)展是無(wú)法預(yù)測(cè)的。

藝術(shù)家想象中導(dǎo)致大量傷亡的東京大地震“火災(zāi)龍卷風(fēng)”。

但凡失控的林火，總是要提到一種暴風(fēng)，導(dǎo)致火勢(shì)無(wú)法控制。其實(shí)這種暴風(fēng)是火災(zāi)本身造成的，是火災(zāi)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物?；鹧纨埦盹L(fēng)又叫火怪、火旋風(fēng)、火暴，是指當(dāng)火情發(fā)生時(shí)，空氣的溫度和熱能梯度滿(mǎn)足某些條件，火苗形成一個(gè)垂直的漩渦，旋風(fēng)般直插入天空的罕見(jiàn)現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)火焰多發(fā)生在灌木林火，火苗的高度在9-60米不等，持續(xù)的時(shí)間也有限，一般只有幾分鐘，但如果風(fēng)力強(qiáng)勁能持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間。

1991年，美國(guó)灣區(qū)大火發(fā)生的蔓延形勢(shì)，受當(dāng)時(shí)的氣象條件的影響。

火焰龍卷風(fēng)的形成需要具備一定條件：一是強(qiáng)烈的熱量生成，導(dǎo)致向上的羽流；二是上升氣流與供風(fēng)氣流的不對(duì)稱(chēng)性相結(jié)合，一起形成旋轉(zhuǎn)的空氣渦流?；鹧纨埦盹L(fēng)的形成必須在火焰燃燒產(chǎn)生高溫造成熱對(duì)流上升后。如果上升時(shí)供風(fēng)不對(duì)稱(chēng)，上升的氣流會(huì)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，便可能形成所謂的火焰龍卷風(fēng)。在外觀(guān)上，這些旋轉(zhuǎn)的氣流可收緊形成類(lèi)似于龍卷風(fēng)的結(jié)構(gòu)，邊旋轉(zhuǎn)，邊吸入，邊燃燒，邊上升。火的熱力令空氣上升，周?chē)目諝鈴乃姆桨嗣嬗咳耄纬删砦?，火焰龍卷風(fēng)便形成了。

火旋風(fēng)

最著名的天然火旋風(fēng)，莫過(guò)于著名的1923年?yáng)|京大地震，震后發(fā)生大火，在廣場(chǎng)避難的38000人，因?yàn)橹車(chē)ㄖ拇蠡甬a(chǎn)生了火旋風(fēng)快速消耗了氧氣，導(dǎo)致窒息而死。地震、大火、火旋風(fēng)三者共同導(dǎo)致傷亡10萬(wàn)人以上。

火旋風(fēng)

最常見(jiàn)的火旋風(fēng)，是森林大火中的火旋風(fēng)。火焰龍卷風(fēng)夾卷著火焰，像一條火龍一樣旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，所到之處皆為灰燼。其大風(fēng)威力足以將一棵小樹(shù)連根拔起，可持續(xù)推進(jìn)1小時(shí)以上，其帶來(lái)的大火難以撲滅。在這種氣象條件下，逃生是必然和講究策略的。

火旋風(fēng)的產(chǎn)生條件：1. 火焰（能量釋放）；2. 上升羽流； 3.非對(duì)稱(chēng)的氣流供給，形成渦流。

歷史上著名的火旋風(fēng)還有1871年10月8日，一場(chǎng)森林大火席卷了美國(guó)威斯康星州東北部的格林貝灣兩岸，總共大約有1500人喪生。那晚，兩處主要的森林大火從格林貝城附近向東北方推進(jìn)。盡管居民們?nèi)渚?，試圖阻止大火蔓延，可是烈火無(wú)情，所經(jīng)之處毀掉了大量的住宅。

在實(shí)驗(yàn)室條件下，通過(guò)改變供風(fēng)方式，人為制造火旋風(fēng)。

1987年5月7日風(fēng)速突變之后的大興安嶺大火就可以稱(chēng)作火旋風(fēng)。1988年黃石公園大火也有一個(gè)失控的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，是以風(fēng)向突然改變，消防隊(duì)員措手不及為標(biāo)志。

1991年加州灣區(qū)大火，事后伯克利教授帕格尼使用鮑姆與麥卡福瑞的火致流動(dòng)理論，根據(jù)氣象資料復(fù)制了火場(chǎng)氣象流動(dòng)的變化，證實(shí)了火旋風(fēng)的生成是火災(zāi)能量釋放與大氣環(huán)境互動(dòng)的結(jié)果。

1923年，東京大地震發(fā)生之后的火勢(shì)蔓延與風(fēng)向變化形勢(shì)（日本學(xué)者的研究結(jié)果）。

所以，火場(chǎng)發(fā)展具有難以預(yù)測(cè)性，這是因?yàn)轱L(fēng)助火勢(shì)，火致流動(dòng)相互耦合的影響，很難預(yù)報(bào)。林區(qū)火災(zāi)的預(yù)報(bào)，應(yīng)當(dāng)是中長(zhǎng)期的天氣預(yù)報(bào)，根據(jù)燃料的干燥程度，確定火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，并相應(yīng)地準(zhǔn)備應(yīng)急隊(duì)伍?，F(xiàn)在我國(guó)的新聞聯(lián)播也開(kāi)始預(yù)報(bào)林區(qū)火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)了，這是學(xué)習(xí)美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)之一。