野火与空气那些不得不说的故事

野火肆虐是近年来常常看到的新闻。其实，广袤绵延的山林发生野火是一个必然的现象，也是自然进行自我调节的一种手段。随着人类社区不断靠近山林，山林野火对人类生命和财产的威胁越来越大，对人类的灭火能力提出的要求也就越来越高。

从根本上弄懂诸多影响因素，包括风、气温、植被、地形、人类活动等，对山火的影响，是一件非常困难的事情。从科学角度讲，野火不可预测，野火如何蔓延依然是谜，比如最猛烈的野火燃料不是枯枝、败叶和干草，而是绿油油的针叶，这背后的原理依然让科学家不解。

为了避免这样的惨剧再次发生，物理学家找到了一些看似不可思议的方法来预防和扑灭野火。

大风助火，小风阻火

众所周知，风助火势，物理学对这个现象也有较好的研究。其实，二者之间的关系并不简单。风随火生，风助火势，火与风之间有正反馈关系，这是物理研究的难题。

烈火熊熊燃烧时，释放能量，加热空气，空气上升，下方的空气补充进来，助推火势；就像农村的土灶，空气受热后从烟囱排出，吸引空气进入灶内补充热空气，让灶底的火更旺。上升的空气和风之间的相互作用决定着植被的升温速率，只有超过某一临界点，植被才能被点燃，这决定了火灾蔓延的速度。

野火的主要燃烧物是干草、树叶、树枝等。很多野火中，树干甚至不燃烧。这是为什么呢？

原来，细小的燃料表面积大，便于从热空气中吸收能量，将温度升高至燃点以上，达到燃点，快速烧起来。

不过，燃料细小有时候也不利于燃烧。如果周围空气比燃料温度低，空气反而容易将燃料冷却。换句话说，火灾引起的气流反而阻碍其蔓延。比如，篝火盆外的草长时间暴露在火的热辐射中，但凉爽的气流有效地阻止了它们到达燃点。

野火的蔓延常被看作一堵火墙在前进，风使火墙向前倾斜，将前面的可燃物点燃。这种模型虽然简单，但是并不正确，因为空气流动的冷却效应会阻碍火墙前进。

这好像与生活经验不符，只见过风助火势，哪里有风减火势的道理？

这是因为风要助火势必须是比较大的风，能使火焰倾斜，触及未燃烧的可燃物。风比较小的时候，上升的热气流反而会使火焰直立，妨碍火墙前进。

所以，大风助火，小风阻火。

如果你面向正在蔓延的野火，你看到的不是一堵火墙，而是一座座彼此分离的火塔，如下图所示。这样的火塔就是气流上升造成的。火塔烈焰腾空，煞是壮观，但推动火势蔓延的是火塔之间的间隙。

风从燃烧植被的间隙中吹过，变成热空气，既为火塔补充空气，使其更旺，又跑到火的前面，使火无法吸引凉空气冷却前面的草和树叶等可燃物，导致其被点燃。

火向前蔓延时火线的形状会影响风向，进而影响蔓延的速度。火向前移动最快的部分一般呈马蹄形。马蹄越窄，更多的风引向马蹄侧翼，火最前方的风会减弱，蔓延速度就变慢。

草木在地面上的分布也会影响野火蔓延的速度。如果树木间距比较大，野火从一棵树的树冠蔓延到另一棵树的可能性会降低，要快速蔓延就需要更大的风助攻。所以，伐树是降低森林火灾风险的常规做法。但是，这种做法会增加地表火灾蔓延速度。真是针无两头利，有一失必有一得。

放火防火和以火攻火

一种降低野火爆发风险的方法是，主动放火，烧掉地面上的枯枝败叶，这种行为叫作策略烧除（Prescribed burn）或控管烧除（Controlled burn）。策略烧除不仅减少了野火的燃料，降低了野火爆发的风险，还能促进某些树种的发芽，增加土壤养分，维持生态平衡。

听起来简单，但是在实际操作中火是很难被控制的，所以策略烧除还是很有难度的，需要进行精心的设计和控制。

2000年，美国林业局在新墨西哥州北部的洛斯阿拉莫斯国家实验室附近进行策略烧除作业，结果放火失控，导致巨大损失，花了3个半月时间才将火扑灭。

策略烧除一般会点起火线，通常会有多条火线，一条火线引起的气流会影响其他火线。比如，在中等风速下，火线可能会失控，但在上风口另点一条火线，可以减弱到达下风口火线的风力，减弱火线的强度，以便控制。上风口的火线烧到下风口已经烧过的地方，烧无可烧，也就灭掉了。

策略烧除作业者还可以根据风力、风向、火线间距等因素来操纵火线之间的空气流动，让多条火线迅速融合在一起而灭掉。

策略烧除的原理甚至可以用于灭火，达到以火攻火之效。不过，这种操作要万分小心，必须对野火吸引空气的强度有准确的测算才可以，否则反而会酿成新的野火灾难。

结语

目前，科学家们正试图建立起关于野火与空气的基础原理，但是由于野火的研究，实验条件难以控制，也难以重复，达到这样的目标绝非易事。不过，令我们感到乐观的是，野火科学的基础问题研究不断取得突破，提升了我们对于野火在各种条件下的行为预测能力，也改善了我们的灭火策略。

当然了，对于野火的具体研究是科学家该做的事，作为普通人，大家可以从在出行游玩时避免携带火种进山等小事做起，为预防野火贡献自己的力量！

原标题：以火御火，让火无路可走

出品：科普中国

作者：瞿立建（防灾科技学院）

监制：中国科普博览