山火越来越严重了吗?

2018年是野火多发的一年。包括地中海和北极圈在内的不同地区都受到了特别严重的打击，加州的野火登上了世界各地的头条。甚至曼彻斯特附近的沼地也被大火吞噬，并宣布为重大事件。从附近村庄撤离的吓坏了的居民将这场大火描述为“天启”和“高耸的地狱”，从太空中可以看到浓浓的烟雾。

全球变暖被认为是近年来“特大火灾”的罪魁祸首，消防人员表示，火灾的猛烈程度是他们从未见过的。去年，致命的加州大火打破了新纪录，烧毁了许多城镇，造成数十人死亡。去年夏天，北欧因热浪而干燥的乡村经历了前所未有的大火。2017年，西班牙和葡萄牙遭受了悲惨的损失，而希腊去年夏天经历了有史以来最严重的野火。世界各地的火灾季节变得越来越长，开始得越来越早。2013年，英国首次将严重野火列入国家风险登记册。

安迪·艾略特(Andy Elliott)说:“我们在全球范围内发生的野火比过去猛烈得多，严重得多。”他数十年的消防专业知识使他成为英国12名野火战术顾问之一。他还经营着自己的野火咨询服务公司WildfireTaC。“它们会烧毁所到之处的一切，经常破坏土壤本身，这就是它们的严重性。”野火的燃烧温度可达1000°C以上——高温足以融化黄金，产生飓风强度的风，移动速度是普通人奔跑速度的两倍。

几千年来，火灾在生态系统中扮演着至关重要的角色。但如果地球继续变暖，而我们不采取任何措施来管理在没有自然火灾的情况下积累起来的燃料——美国只有不到1%的火灾是被允许燃烧的——那么我们就有麻烦了。随着森林和植被越来越干燥，越来越多的房子建在林地上，有比以往任何时候都多的燃料可以点燃。

埃利奥特警告说:“火灾将成为我们景观中一个无法控制的主导因素。”作为一名消防员，他目睹了2015年席卷加州莱克县的山谷大火。他指出:“尽管加州拥有所有可用的资源，但它还是在不断增长，撕裂了社区和开阔的景观。”去年，加州的野火是有记录以来最具破坏性的。

火灾科学家说，显然，我们需要利用技术的潜力来帮助预测和预测火灾将如何以及何时发生，并在野火发生后分析数据，以改进战术和训练。

伦敦帝国理工学院(Imperial College London)火灾科学教授吉列尔莫•雷因(Guillermo Rein)表示，基础火灾科学是一个亟待更好研究的领域。雷因最初接受的是机械工程师培训。“我们仍然像100年前那样与火作斗争。”

雷小山说，目前缺少的是对火灾如何传播的深入科学理解。正因为如此，应用科学比它应有的要弱。“火是复杂的。它是许多不同科学的交叉:传热学、热力学、化学、大气科学、生态学、结构工程。所有这些科学都必须发展。我们有想法、思想、实验和假设，但没有基本的理论。我们仍然无法建立一个模型来准确预测可能发生的事情。”他说，进步的速度非常缓慢。“这是痛苦的。它需要时间来培养。 Authorities ask for help as California, the Mediterranean or Australia burn. But by then it’s too late – we should have begun five years ago.”

消防员仍在使用已经使用了几十年的工具;例如，参加野火的美国工作人员将使用可靠的普拉斯基(Pulaski)清理燃料，这是一种长柄的改装斧头。

消防员不是勒德分子，但当他们冒着生命危险时，他们需要对自己的工具有信心。扑灭野火可能会让人精疲力竭——虽然飞机和直升机可以投放水和化学抑制剂，但这是最后的手段，而且不是特别有效。尽管北欧的火灾季节较短，但强烈的火灾会让消防部门不堪重负，因为他们大多没有专门的直升机。

埃利奥特说:“新的抑制技术有点像用更好的胶水把石膏贴在动脉出血上——根本不够好。”他说，消防员真正需要的是更多更好的信息。

科学家们正在研究火灾场景的计算机建模，以了解燃料、天气和景观对野火的影响。加拿大和美国都在使用火灾模拟程序，但它们有局限性。“目前它们的预测能力太差，消防员无法信任，”Rein说，因为缺乏经验数据来为这些模型提供信息。

美国消防部门使用的是“现成的”建模和模拟程序Farsite，而加拿大消防部门使用的是一个名为普罗米修斯的程序。这些项目与地理信息系统合作，将空间数据与地形、植被和交通网络结合起来。但是消防中心还远远没有使用实时数据来预测野火蔓延的速度和强度，而且模型还没有在实际操作中使用。

伦敦政治经济学院(London School of Economics and Political Science)环境地理学助理教授托马斯·史密斯(Thomas Smith)说:“直到最近，野火蔓延模型还只用于训练和规划规定的火灾。”

有计划的火灾可以让干燥的植被和其他天然燃料在良好的天气条件下以可控的方式燃烧，防止景观在干燥多风的条件下成为火药桶。与随机野火不同，有计划火灾的行为显然更容易预测。一旦开始燃烧，火焰就会随风前进，更快地向山上燃烧，并将撕裂植被更干燥的南坡。这些信息有助于专家计算火灾移动的速度和强度。但火灾也会倾斜，改变方向，跳过树冠甚至山谷。

“这些进步意味着今天的卫星遥感数据馈线通常为远远超出气象学的应用提供非常快速的信息，这些数据有助于探测景观火灾，监测它们的演变，并描述它们的行为。”

在美国，一些消防部门开始试验新兴技术。加州的消防站正在试验使用装有热成像摄像机的无人机来报告远程火灾。史密斯说:“在加州这样大的地方，部署无人机是有意义的。”在北美，新的传感器和升级的山顶摄像机现在可以探测到即使是微小的烟雾，这些烟雾可以在早期阶段揭示火灾。内布拉斯加大学(University of Nebraska)的研究人员对“消防无人机”进行了实验，这种无人机可以在野外投掷燃料燃烧弹，设定规定的燃烧点。

美国一些州机构正在使用一款名为Collector的应用程序，消防队员可以通过该应用程序查看地理信息数据和当地细节，如水源和建筑物，并利用这些数据制定火灾袭击计划。工作人员还可以上传图片和视频，并记录他们的位置。

来自飞机、卫星和无人机的情报最终可以更快、更频繁地传递信息。史密斯说:“但目前，我们正处于将其全部连接起来的边缘。”“在未来，我们将能够从无人机向地面人员传输数据流，并将其与地形、天气、燃料、风速、方向等其他数据相连接，并能够预测火灾的情况。”有了这种改进的态势感知能力，消防员可以做出更明智的决定。“这些技术已经存在，”史密斯说。“它们只是还没有投入使用。”

在理想的情况下，消防部门将能够像气象学预测天气一样预测火灾的行为，但学者们估计，这种情况可能还需要十年才能实现。雷小山说:“目前的预报最多晚一小时。”“但如果我们能提前6小时或更长时间预测，那将是一场革命。”

例如，了解火焰将达到多高，将有助于服务部门决定部署何种策略。史密斯说，在一米以下，消防员用击打器和软管手动攻击。“在一到三米之间，你可能会开始考虑制造燃料裂缝，可能会用电锯或推土机。”

现成的建模程序并不能很好地传播。不同国家的植被和条件差异很大，需要更多的数据来完善这些数据。覆盖多塞特大部分地区的石南是独特的，燃烧起来与加拿大的草地和森林不同。泥炭地的火灾在地下闷烧，很难扑灭，特别是如果地表植被比平常干燥的话。因此，虽然英国气象局现在发布了火灾严重程度指数，以帮助当局评估潜在火灾的严重程度，但它是基于加拿大的火灾评级系统，该系统是针对不同的景观而创建的。

在Rein在帝国理工学院的Hazelab，他的团队主要进行基于实验室的火灾实验，以帮助为更大规模的计算机模拟提供信息。在他的研究中，雷小山亲身感受了巨大野火的热量，并目睹了随着风向的变化，火焰是多么容易跨越山脉。他重现了火“龙卷风”的现象——字面意思是在极端温度下出现的火焰漩涡。

他的团队与Farsite等火灾模拟程序合作，分析来自卫星和传感器的数据，试图完善预测。

他们还在考虑为一个更复杂的问题开发模型——何时疏散火灾路径上的城镇和村庄——使用来自卫星、消防服务和运输模型的数据。“这是必要的，”他说。“一旦火势蔓延，你就不能下令疏散。”但要下达命令，当局需要知道火灾将如何发展，人们将如何表现，附近是否有学校和医院，火灾是否会切断逃生路线，以及拥堵将如何加剧——所有这些都是他的团队试图计算和建模的。葡萄牙2017年大火的许多受害者在逃离里斯本东北部的森林大火时被困在汽车里，不幸死亡。

雷小山说:“对这些模型的需求是如此迫切，这是我经历过的最快的知识转移之一。”他的团队的研究一完成，世界各地的权威机构就迫不及待地想要得到它。

Zesty首席执行官阿提拉•托特(Attila Toth)表示，当局使用的野火风险地图已经过时了近20年。ai是一家总部位于加州的保险行业科技公司。在过去的几年里，这些地图表现得很差——大片被烧毁的房屋位于加州火灾危险区地图之外。

托特说:“这完全让消防员和整个保险行业措手不及。”Zesty与前学者和数据科学家合作。人工智能部署了计算机视觉、深度学习和来自卫星和飞机的高分辨率图像。然后，该平台可以大规模分析单个物业的火灾风险。通过评估屋顶的坡度和质量，以及与易燃植被或其他房屋的距离等因素，房主和保险公司可以在发生野火时获得现实的风险评估。据估计，2018年火灾造成的州损失达到创纪录的190亿美元，成为历史上最严重的火灾季节。托特说:“账单每年都在上涨。”

再往北，在加拿大偏远的森林里，火是野生动物和再生的一个自然而重要的过程。虽然欧洲和人口稠密地区的野火通常是由人引起的，但在自然界中，它们可能会自然点燃，在偏远的数十万英里内不受控制地燃烧，灰烬和烟雾飘向各个大陆。科学家们预计，气候变化将增加这些火灾的频率和规模，并向大气中排放更多的温室气体。

去年夏天，伦敦国王学院(King’s College London)的马丁·伍斯特(Martin Wooster)教授驾驶一架小型调查飞机穿越加拿大北部，在轨道遥感卫星从上空经过时，收集自然森林火灾的详细可见和热红外图像。这项工作旨在提高遥感卫星提供全球景观火灾准确、实时信息的能力。

伍斯特和他的团队收集的高分辨率空中图像现在被用于验证来自卫星的更粗略但更频繁的信息。伍斯特说:“我们在卫星数据方面的很多工作都是用来支持对火灾在世界各地造成的影响的理解。”伍斯特也是NERC国家地球观测中心(NCEO)的主任。“它们在哪里燃烧，燃烧强度如何，消耗了多少燃料和碳，以及它们释放的气体和颗粒物如何影响着大气。”

伍斯特领导着国王学院的野火研究小组，该小组利用飞机和直升机收集的各种遥感数据，以及地面实地调查和实验室研究，开发和验证从卫星收集的数据中提取野火信息的方法，这些数据既包括在地球上空数百英里的近极地轨道上的数据，也包括在距离地球超过3万公里的更遥远的地球静止轨道上的数据。“我们主要关注使用热红外电磁辐射测量的方法，”他说。“由于高温，火灾产生非常强烈的红外信号，这可以用来提供关于火灾情况的最新信息。”

基于卫星的仪器正变得越来越复杂和多功能。历史上，它收集用于天气预报的数据。现在，气象和环境监测卫星通常配备的传感器测量电磁频谱的更多波段，更详细。这些测量与数据处理链相耦合，可以非常快速地对收集到的数据执行算法，产生几乎实时的信息。

Wooster说:“这些进步加在一起意味着今天的卫星遥感数据通常为远远超出气象学的应用提供非常快速的信息——这些数据对于探测景观火灾、监测它们的演变和描述它们的行为非常有用。”

这种快速可用的数据可以帮助决策，用于计算燃烧的火灾向大气中排放了什么。大气传输模型可以用来预测烟雾可能会传播到哪里，以及这将如何影响途中的空气质量，并允许当局警告高危人群。

埃利奥特说，更好的地球观测将有助于识别危险区域，并可以记录大型野火的进展情况。即使是巨大的火灾也开始于单个的火焰或小余烬。“反应人员越早发现并采取适当行动越好。早期检测系统已被证明是有效的，但只在世界上少数几个地方使用。”

模拟训练和3D可视化可以为消防员做很多准备，特别是在英国等国家，他们可能从未与野火搏斗过。“但我们应该反思。这些无法控制的大型野火是最近才出现的现象。世界各地的土著人民很好地理解了这一点。他们有知识和技能来管理景观，在某种程度上，火灾是积极的，而不是消极的影响。

有关野火管理的进一步阅读可从www.firelab.org/project/farsite而且www.firegrowthmodel.ca