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测不准的火灾模型 |
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技术瓶颈让现有火灾模型工具难解燃眉之急 |
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2006年的埃斯佩兰萨火灾烧毁了美国加州南部1.6万公顷的丛林，5名消防员丧生。图片来源：ZUMAPRESS/NEWSCOM
由于美国西部一直面临火灾风险，科学家和消防员正在思考预测野火蔓延的新方式。
消防员描述了一个死亡清晨看到的情景：树上跳动着火苗，树皮呈现耀眼的橘色，火苗片刻便能跳过数百米。一个纵火犯在美国加州南部的卡巴松小镇上触发了2006年10月的一场大火，这场火又被称为“埃斯佩兰萨火灾”。
这场火为当地带来一场浩劫，由于天气干燥，风力强劲，许多地区的火焰高达30米以上，当地近千名居民被迫转移。一个5人消防小组，在火场边缘设置了水泵，希望拯救一个八角形的房子。但是在不到10秒钟的时间内火焰横扫过来，无人幸免。
如今，埃斯佩兰萨灾难已经过去7年，美国山火专家们仍在讨论，这场火灾中到底发生了什么，以及改良的计算机模型是否能帮助科学家和消防员避免此类灾难的发生。虽然现存的模型已经可以帮助美国林业局和其他机构每年预测数百场火灾。但是，研究人员也同意，这些模型几乎难以模拟埃斯佩兰萨火灾等极端事件，野火的活动似乎更善变且更不规律。
“现有模型已经被拉伸至极限。”来自科罗拉多州柯林斯堡的火势分析家Kelly Close表示。未来更复杂的模型能够模拟个别火灾的极端行为，以及火势在整个地面蔓延的风险。但是，包括资金限制、技术不一、专家和荒野消防员文化冲突等在内的各种因素，使得替代方案的开发十分复杂。
模型缺陷
火灾模型的开发相对较晚。上世纪70年代早期，美国林业局试图分析广阔区域内的火灾风险，它求助于位于蒙大拿州密苏拉市的研究实验室。
在那里，火灾科学家Richard Rothermel领衔的研究小组观察了场地试验和实验室试验的火情。然后，他们写了一系列方程式，首次将现代火情蔓延的速度和方向与地形、可燃植被以及附近的风场类型联系在一起。
40年后，Rothermel的模型已是两种其他火灾运算模型的基础。战略性模型工具允许管理者事先有效预测火情可能如何扩展，以及未来火情可能在哪里爆发，而战术性工具允许在短时间内为特殊火灾建模。使用最广泛的或许是一种名为FARSITE的模型，它能使用地形、燃料和气象数据在二维地图上设计一条火灾路径。
FARSITE设计者、密苏拉实验室的Mark Finney表示，火情分析家每年使用该模型数万次。1994年，冰河国家公园的行政人员遭遇两场野火的袭击。Finney提到，他们面临“许多紧张的决策”。FARSITE预测火会保持在一个安全区域内，Finney说，事实确实如此。
当然，像FARSITE等以Rothermel模型为基础的工具也有明显的缺陷。例如，它们设定燃料是均匀分布的，并且均匀燃烧。它们也无法模拟能够影响火灾路径的微粒和气体的运动，或是与大气的复杂关系。另外，这些模型在处理火焰龙卷、余烬蔓延或爆炸冲击波时，也会遭遇困难。
当分析家使用FARSITE研究2002年科罗拉多州西北部大火时，这些限制开始明显。该模型显示，使用久经测试的方法将能阻止火情，但结果却是，大火通过一种易燃地衣从树顶蔓延，而非模型预测的沿地面扩展。
高温隐患
蒙大拿大学森林科学家Steven Running预测，一个变暖的气候将导致“极端火势有更高概率，当然不是每场火灾皆如此，但是比过去更频繁”。在这一新形势下，将不仅需要FARSITE等战术性模型，还要有战略性模型。
此类工具使用先前火灾的历史气象数据映射火势蔓延的概率。不过，博伊西土地管理局火灾分析家Krista Gollnick-Waid表示，之前火灾的现有数据库日渐无法代表美国西部的气候变化。这应该令人们质疑一个频繁使用的名为FSPro的策略模型工具产生的结果。
Gollnick-Waid警告称：“分析家需要知道FSPro低估火势蔓延趋势和几率的可能程度。”例如，在分析近期发生在科罗拉多州西南部的一场火灾时，她发现火焰在一天里蔓延得“比模型所说的其在5天里的扩张距离”还要远。
加州大学伯克利分校火灾科学家Max Moritz已经在努力克服西部的气候变化。在2010年刊登于《地球物理学研究快报》的一篇论文中，他使用约十年间的风和气候信息描绘了横穿加利福尼亚南部海岸的圣塔安娜风，它能吹干陆地，并让火势迅速扩大。
Moritz回忆道：“消防部门打电话询问我，是否能有更高分辨率的地图，以更好地理解当地的风险。”不幸的是，这种地图仍然很难获得。
统一战线
要改善各种各样的火灾模型可能需要启用优先经费，并且科学家和消防员之间应进行合作。还需要考虑联邦政府联合消防科学项目的优先顺序，该项目是一个由林业局管理的每年1300万美元拨款的项目。
发言人Tim Swedberg提到，“我们的焦点主要在燃料管理上”，或者减少环境中的干燥易燃植被。该计划今年资助的50个研究项目没有一个关注风、气候或天气。“你看一看，然后会惊叹，这些研究的范围确实太狭窄了。”Moritz说。
尝试新理念所面临的文化障碍问题也十分突出。哈佛大学社会学家Matthew Desmond提到，火灾行政人员未必想把许多钱投入到“一位博士的同行评议研究”所得到的知识上。在成为学者之前，他曾在亚利桑那州与野火战斗。
国家大气研究中心气象学家Janice Coen对于合作中面临的这些挑战保持着实事求是的态度。她来自匹兹堡，而非西部；她是一个学者，而非“森林人”。“我越来越善于了解人们来自哪里并由此找到沟通的桥梁。”她说。
2007年，应当地已退休的消防队长Jeff Zimmerman邀请，她考察了埃斯佩兰萨火灾摧毁的八角房屋。Zimmerman曾反复去过那里，每次他都说：“这是十分艰难的体验。”但Coen没有表露太多情绪，“有时我异想天开地分析，有些像Spock（编者注：电影《星际迷航》中的人物）。”（张章）
《中国科学报》 (2013-08-15 第3版 国际)
