森林大火

2010年發生的俄羅斯森林大火引起人們的廣泛關注：森林大火是怎樣發生的?森林大火會對全球氣候和環境產生什么樣的影響?應該如何探察、預防、撲滅森林大火……

2010年入夏以后，俄羅斯大部分地區迎來歷史上少有的高溫干旱天氣。到7月下旬，在持續高溫天氣推動下，俄羅斯發生千年不遇的最大規模森林大火，大火迅速蔓延至全國多個州，火點多達數百個，首都莫斯科上空連日被森林大火的煙霧籠罩，市民死亡率較往年同期上升數倍，大火還一度威脅到一個核研究基地的安全。直到明中下旬，火勢才得到控制，但已造成俄羅斯至少數十人(有報道說實際上超過千人)直接死于森林大火，數千座建筑被燒毀，數十萬家庭斷電，1000萬公頃耕地、1／4的莊稼被大火摧毀，總經濟損失至少達4億美元。這場森林大火不僅重創了俄羅斯經濟，大火產生的煙塵還蔓延到歐洲和亞洲其他地區上空，幾乎可以肯定會對全球氣候造成影響。俄羅斯森林大火引起全球媒體的廣泛持續關注：森林大火是怎樣發生的?森林大火會對全球氣候和環境產生什么樣的影響?應該如何探察、預防、撲滅森林大火……

本文力圖通過介紹有關森林大火的方方面面知識，幫助讀者解答相關疑問。需要特別說明的是，本文中所指“森林大火”實際上相當于所有野火的總體概念，指發生在草地、林地、灌木地、泥炭沼澤等地帶的，燃料為可燃植被，規模巨大且火情失控的大火。

為什么會發生森林大火

森林大火是一種破壞性很強的突發自然災害。與其他火災相比，森林大火規模巨大，蔓延速度很快，可能出人意料地改變方向，可以翻越道路、河流等防火屏障，對生命和財產造成極大的損害，甚至可能對生態環境造成負面影響。不過，對于荒野地區來說，森林大火也可能產生各種有益的作用，比如一些種類的植物在其生長繁殖方面依賴于森林大火的影響。

森林大火的發生與被稱之為“火三角”的三個必備元素有關。這些元素是：火源與可燃物(植被)接觸；可燃物處于熱量充足的條件下；周圍空氣中有充足的氧。當這些元素都具備時，森林大火就可能發生。如果植被或周圍環境的濕度較高時，通常會阻止森林大火發生，或減緩火勢蔓延，這是因為森林大火需要很高的溫度來蒸發植被內部的水分，并將植被加熱到燃燒溫度。茂密的森林的密度大，溫度較低，濕度較大，因而不容易發生森林大火。而密度低的草、葉則容易被點燃，這是因為它們包含的水分比密度高的樹枝、樹干等要少一些。植物一方面通過蒸發丟失水分，一方面又從土壤和空氣中吸收水分，由此達到平衡。一旦這種平衡被打破，植物就可能因干枯而變得易燃。因此，大旱之后常常會出現森林大火。

那么，森林大火是怎樣被點燃的呢?天然原因主要有雷電、火山爆發、開山崩石和自燃。全球有成千上萬的燃燒的地下煤田(也稱煤田大火)，它們都有可能點燃附近的可燃材料。然而，許多森林大火都歸因于人為原因，包括縱火、亂丟煙頭、設備火花和輸電線電弧等。比如，在一些輪墾(遷移農業)社會，人們采用刀耕火種來為未來耕種準備土地；人類砍伐森林開墾土地，助長了易燃植物的霸主地位；被廢棄的伐木道路最終為植被所覆蓋，充當了森林大火的傳播走廊。越南南部每年發生的草地大火被部分歸因于殺蟲劑、炸藥、機械化開荒，以及越戰期間的燃燒行動對森林地帶造成的毀滅性影響。

全球不同地區的森林大火的發生原因各有差異。在美國、加拿大和中國西北地區，雷電是引起森林大火的主要禍根；在墨西哥、中美洲、南美洲、非洲、東南亞、斐濟和新西蘭，森林大火主要是由畜牧業、農業等人類活動引起的；在歐洲，人類的粗心是導致森林大火的主要原因；在澳大利亞，森林大火的引發原因既包括雷電，也包括像機械火花和亂丟煙頭這樣的人為原因。

超級森林大火是怎樣發生的

森林大火蔓延速度最快、火勢最強的部分叫火頭。在這里，未被點燃的材料與活躍的火焰相遇，或未燃燒的材料與燃燒的材料之間發生悶燃轉移。隨著火頭的靠近，大火以熱對流、熱輻射和熱傳導形式加熱周圍的空氣和植被。當溫度達到100℃時，植被因水分蒸發而變干；到230℃，植被在熱解(高溫分解)作用下釋放易燃氣體；到380℃，植物開始悶燃；當溫度達到590℃時，植物被點燃。甚至在火頭到達之前，來自火頭的熱量就可能將周圍空氣的溫度加熱，使易燃植被預熱、變干，導致植被更快點燃，使火勢蔓延速度加快。發生在高溫條件下的長時間的表面型森林大火可能引發“跳火”——林冠變干，燃燒從樹冠開始。

當燃燒經過密集的、未經阻隔的燃料時，就會迅速向前傳播，傳播速度在森林中可達每小時10千米，在草地上則可高達每小時22千米。森林大火還可能以與火頭正切的方向前進，形成火翼，甚至在條件具備時以與火頭相反的方向燃燒，形成火尾。如果向上的對流氣柱將熾熱的燃燒灰燼帶到道路、河流及其他具有防火墻作用的障礙的上方，這時森林大火就會跳過這些障礙，蔓延到更多的地方。

森林大火還可能通過煙囪效應影響周圍的氣流：特大規模的森林大火產生強力上升氣流，并從周圍地區吸收低溫空氣。當氣流在垂直方向上出現很大的溫度差和濕度差時，就會促成火積云、強風和火龍卷。火龍卷的力量可比肩龍卷風，速度超過每小時80千米。火勢傳播迅速、林冠多處著火或出現跳火、出現火龍卷和強對流氣柱，這些都預示著可能出現棘手的極端情況——超級森林大火。

誰助長了森林大火

熱浪、干旱、厄爾尼諾和高壓脊(天氣圖上的等壓線或等高線不閉合，呈V字型或倒V字型的高氣壓區域)等都可能大大增加森林大火出現的風險。多年強降雨之后隨之而來的溫暖時期，可能會促發大范圍的、持續時間很長的森林大火。自20世紀80年代中期以來，美國西部的森林大火呈現火勢加劇和大火持續時間更長的趨勢，這被認為與更早期的氣候轉暖有直接關系(當然，除非伴有雷電及強風等其他因素，單純的干旱條件一般不會導致森林大火)。

火情在白天往往比夜晚更嚴重。植物的悶燃速度在白天比晚上快很多，這是因為白天濕度較低、溫度較高而風速更快。白天陽光溫暖地面產生上山氣流，夜間大地降溫產生下山氣流，因此森林大火往往會沿氣流方向向山上或山下傳播。

森林大火經常發生在具有足夠濕度促進植被生長、但又經歷長時間干燥氣候條件的地方，包括澳大利亞和東南亞的植被覆蓋區、非洲南部大草原、南非西開普高山硬葉灌木帶、美國和加拿大的森林地帶以及地中海盆地等。在強風、干旱和夏季高溫期，發生森林大火的可能性更大。科學家認為，全球變暖或許增加了全球許多地方出現干旱的頻率和強度，從而增加了森林大火發生的頻率和強度。

森林大火會重創生態嗎

盡管一些生態系統依賴于自然發生的森林大火調節生長，但森林大火仍然使許多生態系統遭受嚴重打擊。比如，在依賴天然火調節植物生長的美國加州南部叢林和美洲西南部低海拔沙漠地區，頻發的森林大火擾亂了當地植物原有的生長自然周期，同時又促進了耐火植被及非本地草類的生長。一些高度易燃的外來物種在大火過后迅速繁衍，更增加了未來大火發生的風險。這樣一來，在森林大火發生頻率增加與進一步毀滅當地原生態之間就形成了一個惡性的正回饋。

客觀上，森林大火還限制了自然界物種之間的競爭：桉樹包含易燃油脂，能加劇火情，但桉樹的硬葉既耐熱又耐旱，這就決定了桉樹能在森林大火過后稱雄于那些不那么耐熱的物種；一些樹種樹皮厚實、沒有下層樹枝、外部結構中含水量高，與其他樹種相比，更具抵御高溫的特性；一些植物的種子耐火，在大火過后能很快發芽，一些植物的保留枝在大火過后會很快冒出，這些都能幫助它們傳宗接代。舉例來說，印度尼西亞木麻黃林、馬來西亞松樹林以及該國沙巴州的草地，都被認為是森林大火的產物；美國加利福尼亞紅杉依賴周期性的大火來為自己減少競爭，大火使它們從球果中釋放種子，還為它們清理土壤及林冠，從而促進了新的生長。一般來說，過于頻繁的森林大火對草本植物有利，不那么頻繁的森林大火則對巴哈馬干松林之類的植物有利。

亞馬孫雨林是地球生物多樣性的“寶庫”。但研究發現，目前在亞馬孫雨林，干旱、伐木、放牧和刀耕火種的農業都正在促進易燃灌木的生長，這將對雨林的生物多樣性產生破壞性影響，同時也為更多森林大火的出現創造了條件。發生在亞馬孫雨林的森耕大火不僅會危及到物種多樣性，而目還會制造大量的溫室氣體——二氧化碳。有專家稱，森林大火、干旱加之人類活動的影響，到2080年，超過一半的亞馬孫雨林將被毀滅。

森林大火如何影響氣候

森林大火還會對氣候產生影響。地球氣候主要取決于對流層(對流層指從地球表面延伸到大約10千米高度的大氣層)。在發生森林大火的地區，火積云一由嚴重雷暴造成的垂直上升的氣流柱會被加強，森林大火產生的煙霧、灰塵及其他材料由此被推到高空，最高位置可達同溫層(大氣最上層)的下層。科學界以往認為，同溫層中的大部分粒子都來源于火山爆發，但后來在同溫層的下層探測到了來自森林大火的煙霧及其他產物。事實上，火積云最高可到達森林大火發生區域上空6100米處。隨著同溫層中大火的副產品數量越來越多，臭氧濃度也會越來越高，直至超出安全水平。人造衛星觀測結果表明，森林大火產生的煙塵柱有可能直到1600米高空仍保持完整。

森林大火不僅影響天氣和氣候，還會造成大氣污染。森林大火的釋放物中所含有的塵埃微粒，可能導致人的心血管和呼吸道疾病。1997年發生在印度尼西亞的森林大火，據估計總共向大氣層中釋放了8.1億～25.7億噸二氧化碳，相當于每年全球燃燒化石燃料產生的二氧化碳總量的13％～40％。大氣模型顯示，如此多的塵埃微粒積聚在大氣中，會使大氣在冬季吸收的太陽輻射增加最多達15％。假如實際情況真是這樣，那么森林大火就是全球變暖的一大誘因，而全球變暖反過來又會促進森林大火的發生，這樣就會形成一個可怕的惡性循環。

如何預防森林大火

預防森林大火，是指預先采取措施降低森林大火發生風險、降低森林大火強度及傳播速度。有效的防范措施能減少未來失控大火的影響。一些國家的預防森林大火政策允許天然發生的森林大火燃燒，目的是維持森林的生態功能，但前提是不能讓大火蔓延到“高價值”區域。制定預防森林大火政策必須考慮森林大火中的人為因素，關鍵是查明起火原因，這樣才能確定是不是自然失火。

如何預防森林大火?森林大火是由地形、燃料和天氣等一系列自然因素及人為原因引起的，而地形及天氣等因素顯然不是人為所能改變的。因此，除了盡量消除人為因素之外，預防森林大火就只能靠改變燃料來減少未來森林大火的風險。縱觀全球，所采用的預防森林大火的措施不外乎有“利用森林大火”和“控制性燃燒”兩種。“利用森林大火”是指讓自然發生的森林大火在受到監測的情況下燃燒，“控制性燃燒”是指在不危險的天氣條件下主動點燃林火，后者被認為是目前預防森林大火的最有效、同時也頗富爭議性的辦法。“控制性燃燒”的措施包括：周期性地燒毀一些植被以維持生物多樣性；經常性燒毀地面燃料以限制燃料累積，消除林冠火風險；對森林進行策略性砍伐，以全部或部分消除植物燃料；使用設備碎化樹木和植被，以去除“階梯層燃料”(地面到林冠層以下較低高度的燃料)。

預防森林大火的措施還包括，在易發生森林大火地區，采用阻燃材料修建建筑物，在建筑物與可燃植物之間拉開安全的距離。當然，最好的措施是：不要在森林大火易發區及其附近發展人居社區和高價值產業。

如何探察森林大火

對森林大火進行迅速而有效的探察，對于撲滅森林大火至關重要。早期的探察主要集中于報告火情、劃分火險等級等。在美國，在20世紀早期，主要運用瞭望塔觀察森林拋情，并通過電話、信鴿和日光反射信號器等傳遞、報告火情；從20世紀50年代開始，主要通過地面和空中攝影探察森林火情；到20世紀60年代，衛星紅外掃描技術開始被用于探察森林大火。目前，世界各國采用公眾報警熱線、火情瞭望塔、地面和空中巡邏等手段來對森林火情作出早期預警。不過，人工觀察森林大火的準確性受到觀測者疲憊、一天當中的時段、一年當中的時段以及地理位置等因素的影響。作為對人工觀測森林大火的缺陷的彌補，森林大火電子觀測系統近年來大受歡迎。這類系統把各種設備、人造衛星以及全球定位系統等獲得的觀測信息結合起來，形成森林火情立體信息并實時傳送到森林火險控制中心。

在被厚密植被覆蓋、有大量人員存在或者靠近高火險林區的地方，火險探測體系還可以包括無線傳感網，以探測溫度、濕度和煙霧。這種體系可以由電池或太陽能驅動，也可以由樹木充電——利用植物材料中的微弱電力充電。在大面積、中度風險的地區，可以通過掃描塔上安裝的相機和傳感器探察煙霧、紅外信息和林火產生的二氧化碳等信息，以監測森林火情。此外，夜視、亮度探測、色彩改變探測等也可能加入到感應器陣列中。

人造衛星和空中監測提供了更寬闊的視野，因而能監測更大范圍的火險區域。這些更復雜的系統采用全球衛星定位或機載紅外及高像素可見光相機來識別和鎖定森林大火。人造衛星上配置的感應器能測量由森林大火發出的紅外輻射，辨明溫度超過39℃的“熱點”地區。不過，人造衛星對森林大火的探察存在迄今仍無法克服的誤差，其中包括觀測時間窗很小和云層覆蓋及干擾等因素。

如何撲滅森林大火

盡管每年全球新發生的森林大火(大約有10000起)中超過99％的被撲滅，但森林大火仍然造成了巨大的損害，經濟損失高達數十億美元，僅美國和加拿大每年被森林大火燒毀的面積就達54500平方千米。那么，如何撲滅森林大火呢?撲滅森林大火主要依賴于發生森林大火的國家所能得到的技術。比如在較發達國家，撲滅森林大火的方法包括用碘化銀進行人工降雪，用飛機和直升機向森林大火地區投放阻燃劑和水，而在泰國等一些發展中國家，撲滅森林大火的技術僅限于扔沙子或用棕櫚葉、柄打火。

一個嚴重的問題是，在撲滅森林大火的過程中可能會造成人員傷亡。森林大火有可能突然轉向，越過防火墻；森林大火產生的高熱和煙霧可使滅火人員發生昏眩，對大火的方向失去判斷。這些都使得撲滅森林大火變得非常危險。1949年，美國蒙大拿州曼恩峽谷發生的森林大火致使13名空降森林滅火員在失去通訊聯系后遇難。2009年2月，澳大利亞的維多利亞地區發生的灌木大火至少造成173人死亡，超過2629個家庭的房屋及其他3500座建筑物被大火吞噬。