技术瓶颈让现有火灾模型工具难解燃眉之急

2006年的埃斯佩朗萨大火摧毁了南加州16000公顷的森林，造成五名消防队员死亡。资料来源:ZUMAPRESS/NEWSCOM

由于美国西部一直面临火灾风险，科学家和消防队员正在思考预测野火蔓延的新方法。

消防队员描述了他们在一个死亡的清晨所看到的:火焰从树上跳下，树皮呈亮橙色，火焰能在一瞬间跳数百米。2006年10月，一名纵火犯在加利福尼亚州南部的小镇卡巴森放火。这场火也被称为“世界火”。

大火给这个地区带来了巨大的破坏。由于干燥的天气和强风，许多地区的火焰高达30多米，迫使近1000名当地居民搬迁。一个五人消防队在火边安装了一个水泵，希望能拯救一个八角形的房子。但是在不到10秒钟的时间里，火焰席卷而来，没有人幸免。

现在，埃斯佩朗萨灾难已经过去了七年，美国野火专家仍在讨论火灾的具体情况，以及改进的计算机模型是否能帮助科学家和消防员避免此类灾难。尽管现有的模型已经可以帮助食品和药物管理局和其他机构预测每年数百起火灾。然而，研究人员也同意，这些模型几乎很难模拟像埃斯佩朗萨火灾这样的极端事件，而且野火的活动似乎更加多变和不规则。

"现有的模型已经达到极限."科罗拉多州柯林斯堡的火灾分析师凯利·克洛斯说。未来更复杂的模型可以模拟单个火灾的极端行为和火灾蔓延到地面的风险。然而，各种各样的因素，包括财政限制、不同的技术、专家和野火战士之间的文化冲突等等。，使得替代解决方案的开发非常复杂。

模型缺陷

火灾模型发展相对较晚。20世纪70年代初，美国林业局试图分析大范围的火灾风险，并求助于蒙大拿州米苏拉的研究实验室。

在那里，由火灾科学家理查德·罗瑟梅尔领导的研究小组通过现场和实验室测试观察了火灾。然后，他们写了一系列方程，首次将现代火灾蔓延的速度和方向与地形、可燃植被和附近的风场联系起来。

四十年后，罗瑟米尔的模型已经成为另外两个火灾计算模型的基础。战略建模工具允许管理者提前有效地预测火灾如何蔓延以及未来可能在哪里爆发，而战术工具允许在短时间内对特殊火灾进行建模。也许最广泛使用的模型叫做FARSITE，它可以利用地形、燃料和天气数据在二维地图上设计出一条火道。

FARSITE设计师兼米苏拉实验室的马克芬尼(Mark Finney)表示，火灾分析师一年要使用这个模型数万次。1994年，冰川国家公园的管理员被两场野火击中。芬尼提到他们面临“许多紧张的决定”。芬尼说，FARSITE预测火势将会保持在一个安全的区域，事实确实如此。

当然，基于Rothermel模型的工具，如FARSITE，也有明显的缺陷。例如，他们设定燃料均匀分布和燃烧。它们也不能模拟粒子和气体的运动，这些运动会影响火的路径，或者与大气的复杂关系。此外，这些模型在处理火焰羽流、余烬蔓延或冲击波时也会遇到困难。

当分析家们用FARSITE研究2002年科罗拉多州西北部的野火时，这些限制变得明显起来。该模型显示，使用久经考验的方法将防止火灾，但结果是，火灾从树顶通过易燃地衣蔓延，而不是像模型预测的那样沿地面蔓延。

高温的隐患

蒙大拿大学的森林科学家史蒂文·朗预测，变暖的气候将导致“更高的极端火灾概率，当然不是每一场火灾，但比过去更频繁”。在这种新形势下，不仅需要像FARSITE这样的战术模型，还需要战略模型。

这种工具使用以前火灾的历史气象数据来绘制火灾蔓延的概率。然而，博伊西土地管理局的火灾分析师克里斯塔·高尼克-韦德说，现有的以往火灾的数据库越来越不能代表美国西部的气候变化。这应该会让人们质疑一个经常使用的策略模型工具FSPro的结果。

Gollnick-Waid警告说:“分析师需要知道FSPro低估火势蔓延的趋势和可能性的可能性有多大。”例如，当分析科罗拉多州西南部最近的一场火灾时，她发现火焰在一天内“比模型所说的要蔓延得更远”。

加州大学伯克利分校的火灾科学家马克斯·莫里茨已经在努力克服西方的气候变化。在2010年发表在《地球物理研究快报》上的一篇论文中，他用了大约10年的风和气候信息来描述横穿加州南部海岸的圣安娜风，这种风可以吹动干燥的土地并迅速蔓延火灾。

莫里茨回忆道:“消防部门打电话给我，问我是否能有更高分辨率的地图来更好地了解当地的风险。”不幸的是，这样的地图仍然很难获得。

统一战线

为了改进各种火灾模型，可能需要优先使用资金，科学家和消防员之间应该进行合作。也有必要考虑联邦*的联合火灾科学项目的优先事项，该项目由林业局管理，每年拨款1300万美元。

发言人蒂姆·斯韦德伯格提到“我们的重点主要是燃料管理”或减少环境中干燥和易燃的植被。该项目今年资助的50个研究项目都没有关注风、气候或天气。“如果你看一看，你会惊讶于这些研究的范围实在太窄了。”莫里茨说。

尝试新想法的文化障碍问题也非常突出。哈佛大学的社会学家马修·德斯蒙德(Matthew Desmond)提到，消防管理员不一定想在从“医生同行评议研究”中获得的知识上投入大量资金。在成为学者之前，他在亚利桑那州与野火作战。

国家大气研究中心的气象学家贾尼斯·科恩在合作中对这些挑战保持现实的态度。她来自匹兹堡，不是西方。她是一个学者，不是一个“林务员”。“我越来越善于理解人们来自哪里，从而找到沟通的桥梁。”她说。

2007年，应退休消防队长杰夫·齐默曼的邀请，她视察了被埃斯佩朗萨大火摧毁的八角形房屋。齐默曼一次又一次地去过那里，每次他说，“这是一次非常艰难的经历。”但是科恩没有表现出太多的情绪。"有时我会异想天开地分析它，有些就像斯波克."(张张)

《中国科学新闻》(第三版国际，2013年8月15日)