John Dold Albert Simeoni Anna Zinoviev Rodney Weber 劉先斌 胡萬吉

欄目主持：許傳升。本文為“讓消防員安全回家”公益計(jì)劃成果，文章翻譯自多明戈斯·澤維爾·維加斯主編的《近年來歐洲森林火災(zāi)有關(guān)事故》。

2000年9月17日凌晨6：57，大約在日出前10分鐘，在科西嘉島北部一個(gè)相對較小的切口山谷的底部附近發(fā)生了火災(zāi)。該山谷從一條沿海公路旁開始，朝東北方向上升近200米，在距離約700米處形成一個(gè)山脊，將它與另一個(gè)在東北方向急劇下降的山谷分隔開來。山谷照片如圖1所示，從Lozari海灘可見該區(qū)域的衛(wèi)星圖像如圖2所示。

圖1 ? 2000年9月17日發(fā)生火災(zāi)的山谷照片（從Lozari海灘拍攝），在這張照片中，火勢急劇加速，沿著標(biāo)有" eruption"的斜坡向上蔓延。消防人員用來進(jìn)入山谷的路線和起火區(qū)域也在圖中做了標(biāo)記。

圖1 圖2所示山谷以及附近的Lozari海灘的衛(wèi)星圖像。兩張圖片中都可以看到消防人員進(jìn)入山谷的路線，以及起火點(diǎn)和火勢快速蔓延區(qū)域。業(yè)余愛好者拍攝的部分活動視頻是從標(biāo)有"video"的地方拍攝的。

消防隊(duì)員在15分鐘內(nèi)被派往現(xiàn)場，以控制火勢。在接下來的一個(gè)小時(shí)里，火勢以持續(xù)的速度蔓延，部分得到了消防隊(duì)員控制，但在那之后，火勢發(fā)生了巨大的變化。上午8點(diǎn)15分左右，火勢在近6公頃的范圍內(nèi)迅速蔓延，完全壓倒了一些消防隊(duì)員;兩名年輕的消防隊(duì)員喪生，另外六人被燒傷，其中五人嚴(yán)重?zé)齻?。幸存者?bào)告說，他們被一個(gè)火湖包圍，火湖在大約一分鐘內(nèi)迅速發(fā)展并開始消亡。

本章試圖利用現(xiàn)有信息（Raffalli等人，2002年和Peuch，2007年）和現(xiàn)場檢查來總結(jié)當(dāng)天早上火災(zāi)的發(fā)展，強(qiáng)調(diào)火災(zāi)行為的突然和異常變化。并還利用了一段拍攝到部分事件的業(yè)余視頻，這段視頻是從距山谷山腳約700米的沿海公路旁的一個(gè)有利位置拍攝的。

圖3 ?上午7：15（左上）、上午7：30（右上）和稍后的一幅圖像（從路線的不同部分看到時(shí)的火災(zāi)視圖）

火勢最初是從山谷西北斜坡的底部發(fā)展而來，在斜坡和中等風(fēng)力的激勵下，逐漸向山谷蔓延。如圖3的前兩個(gè)視圖所示，火災(zāi)僅在山谷的一側(cè)，并且在其最初的生長期間傳播相對緩慢。然而，在某個(gè)階段，火勢的下翼到達(dá)并穿過谷底，之后火勢發(fā)展得更加猛烈。

圖3中的第三張圖片顯示，大火已經(jīng)向山谷兩側(cè)蔓延了很多。但這張照片似乎也顯示了頭部火勢已經(jīng)被抑制;在照片中，每個(gè)側(cè)面的火勢都結(jié)束了，沒有任何跡象表明有明顯的火焰將兩者聯(lián)系起來。這可能被視為控制火勢的積極進(jìn)展。然而，隨后發(fā)生的事件顯示出一種極不尋常的、不幸的、毀滅性的火勢蔓延形式。

圖4 ? 上午8：15左右的火災(zāi)視頻圖像，總時(shí)間約為一分鐘

由于火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧，山谷中8：15的能見度非常差，尤其是上游地區(qū)。從圖2中標(biāo)記為"video"的點(diǎn)拍攝的視頻圖像證實(shí)了這一點(diǎn)，如圖4中第一幅圖像所示。圖中剩下的圖像顯示，僅一分鐘的時(shí)間里，火災(zāi)在5到6公頃的廣袤區(qū)域內(nèi)迅速蔓延。第二張圖片顯示了巨大的火焰遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了電塔的高度。剩下的圖片顯示了大火的快速推進(jìn)留下了大面積的火焰，同時(shí)覆蓋了整個(gè)山谷上游。這就是幸存者所說的火湖。

火湖逐漸消失，留下一片焦黑的風(fēng)景，似乎并非一切都被燒毀了。即使在事發(fā)8年后的今天，火湖地區(qū)仍有一些很好的枯死燃料。植被中的一些葉子仍然保留在原處，顯然沒有燒焦，但被火焰的熱量焦糖化了，如圖5所示。今天山谷中的植被（如圖6所示）尚未恢復(fù)到火災(zāi)發(fā)生時(shí)的水平（如圖3所示）。

例如，Peuch（2007年）推測，火災(zāi)行為的巨大變化可能涉及到由未燃燒的高溫分解氣體驅(qū)動的預(yù)混合火焰的蔓延，從斜坡下方的植被中驅(qū)出，但最初仍保持未燃燒狀態(tài)。早在1954年，Arnold和Buck就注意到野火中存在這種燃燒現(xiàn)象，Rafalli等人（2002年）對其進(jìn)行了調(diào)查。Dold等人（2005年）的一篇文章和Williams（2007年）的一篇新科學(xué)家專題文章也討論了類似的現(xiàn)象可能導(dǎo)致大火焰在牧場上迅速蔓延的可能性，正如2003年1月在堪培拉（澳大利亞首都）附近的一場大火災(zāi)中有經(jīng)驗(yàn)的消防隊(duì)員所看到的那樣。

圖5 ? 焦糖化的葉子和精細(xì)的植被在火災(zāi)后仍然保留了8年

圖6 ? 從2000年9月火湖形成的山谷的一部分看到的景象

這些氣體由許多揮發(fā)性有機(jī)化合物組成，其中一些在大氣溫度下凝結(jié)成細(xì)水滴，形成典型的白色或淺灰色煙霧，并降低能見度。在足夠高的濃度下，這種熱分解燃料蒸汽能夠支持湍流的預(yù)混合火焰或爆燃，它們可以以每秒幾米的速度傳播，很容易在大約一分鐘內(nèi)覆蓋200米。從事件視頻中的圖像可看出，火焰確實(shí)曾一度在植被上方的煙霧中蔓延。

這種火焰通過未燃燒的熱分解蒸汽傳播，在建筑火災(zāi)中很常見，它導(dǎo)致了所謂的閃燃。在露天植被火災(zāi)的背景下使用相同的術(shù)語似乎很自然，正如Arnold和Buck（1954）所描述的那樣，混合熱解蒸汽和空氣的預(yù)混合“火焰可能在相當(dāng)大的區(qū)域上閃現(xiàn)”。

如果熱解產(chǎn)物和空氣的混合物在接近地面的氧氣上方含有過量的燃料蒸汽，那么閃燃的預(yù)混合火焰將在其尾流中留下擴(kuò)散火焰，如Dold等人（2005）所述。這可能是地表上的一片火焰，下面幾乎沒有氧氣。在這個(gè)火焰湖下面的植被會被上面火焰的輻射加熱，但如果沒有氧氣，就不能直接燃燒。這樣的火焰在強(qiáng)度上會逐漸減弱，因?yàn)槿剂虾涂諝鈺絹碓骄徛鼗旌显谝黄穑瑫r(shí)仍然會通過輻射其能量而被強(qiáng)烈冷卻。在某一時(shí)刻，當(dāng)熱損失超過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生熱量的速率時(shí)，火焰溫度會下降，這一現(xiàn)象稱為輻射淬火，導(dǎo)致火焰停止燃燒。因此，在這種情況下，靠近地面的細(xì)密植被將經(jīng)受一段時(shí)間的強(qiáng)烈加熱，大約一分鐘，但不會受到表面氧化。實(shí)際上，對消防車本身的損害似乎也相對有限，而且消防車內(nèi)的消防人員也能夠在火焰中生存下來。

2000年9月的帕拉斯卡火災(zāi)很可能涉及到覆蓋了6公頃植被的閃燃，盡管還需要考慮其他解釋。重要的問題是，為什么火會這樣燃燒?；饎莘譃閮梢?，沒有頭火，這可能是其中的一部分原因;在這個(gè)階段，消防員的努力可能已經(jīng)成功地?fù)錅缌祟^火，在這之后，側(cè)翼火應(yīng)該更容易撲滅。另一方面，頭部的消亡可能只是部分成功的：火焰可能已經(jīng)熄滅，不然的話，在頭部火災(zāi)中燃燒的高溫分解氣體的產(chǎn)生可能會持續(xù)足夠強(qiáng)烈，使積聚物發(fā)展成易燃的比例。

在熱解氣體中閃燃的一個(gè)問題是，預(yù)混合火焰只能通過相對高濃度的可燃揮發(fā)性有機(jī)化合物傳播。野火總是會產(chǎn)生這樣的化合物，但為了支持預(yù)混合火焰的傳播，它們在空氣中的濃度必須超過一定的可燃極限，雖然基于典型碳水化合物（CH2O）的氧量熱法粗略估計(jì)的最小自維持火焰溫度大約900℃時(shí)，其較低可燃極限為在空氣中的質(zhì)量大約6%，但目前還不知道其精確值。這是一個(gè)相當(dāng)高的濃度，可被視為濃厚的白色或灰色煙霧，這也可能使正常呼吸困難。濃度明顯低于此水平的揮發(fā)性有機(jī)化合物不會對預(yù)混合火焰?zhèn)鞑セ蜷W燃造成危險(xiǎn)。

對于覆蓋如此大區(qū)域的閃燃而言，在該區(qū)域的大部分區(qū)域內(nèi)，可燃揮發(fā)性有機(jī)化合物的積聚應(yīng)該超過了可燃下限。這種積聚不必特別厚，而且?guī)缀蹩梢钥隙ǖ氖?，在閃燃蔓延的區(qū)域內(nèi)，這種積聚不會是均勻的?？扇紖^(qū)域的厚度和可燃極限以上的濃度的變化會影響預(yù)混火焰的傳播速度，隨著閃燃在植被上的相對快速移動，預(yù)混火焰的傳播速度可能會發(fā)生顯著波動。然而，總的影響是要在閃燃區(qū)域?qū)崿F(xiàn)火焰快速傳播。

在空氣中，以質(zhì)量計(jì)，含分子式（CH2O）的碳水化合物熱解物的化學(xué)計(jì)量濃度約為18%;在超過該濃度時(shí)，燃料蒸汽和空氣的混合物是豐富的，而在較小值時(shí)，混合物是稀薄的。對于閃燃的預(yù)混合火焰?zhèn)鞑ズ罅粝碌臍怏w擴(kuò)散火焰，熱解蒸汽的濃度必須超過這一水平，至少要足夠接近植被。另一方面，通過閃燃加熱而引發(fā)的熱解本身可能已經(jīng)引發(fā)了廣泛的擴(kuò)散火焰（火湖），因此最初可能低于化學(xué)計(jì)量水平的濃度可能仍然會導(dǎo)致火湖的產(chǎn)生。不管用什么方法來確定它，這種熱分解將使火湖從下面的燃料蒸汽保持更新，直到輻射終止。

對于Palasca火災(zāi)行為變化的另一種解釋可能是爆燃火的發(fā)展，如本卷報(bào)告的其他案例中所見，火災(zāi)線的持續(xù)上坡加速。這些形式的爆燃火也可能具有極大的破壞性，發(fā)展成迅速蔓延的斜坡或峽谷狀地形。

在實(shí)驗(yàn)室中，Viegas和Pita（2004）利用一個(gè)傾斜的峽谷形狀的桌子，對爆燃火進(jìn)行了開創(chuàng)性研究;并在一個(gè)真實(shí)的峽谷中進(jìn)行了一次全尺度野外試驗(yàn)。Viegas（2005年、2006年）提供了一個(gè)極具見解的公式，可以模擬爆燃火是如何加速的。最近，Dold等人（2009）的文章更深入地研究了基本的物理機(jī)制，認(rèn)為火線強(qiáng)度的任何增長主要是由于火焰深度的累積，而從強(qiáng)度到蔓延速率的不同反饋形式會導(dǎo)致穩(wěn)定或爆燃的火災(zāi)行為。在實(shí)驗(yàn)觀察的支持下，火線處特別是火線前方氣流的附著被確定為可能產(chǎn)生爆燃火生長條件的關(guān)鍵因素。

這是氣流的一個(gè)特征，可以發(fā)展成對消防員的警告信號：如果火勢正前方的空氣正沿著斜坡向上蔓延，吹向遠(yuǎn)離火線的山坡，而不是向下吹向火線，那么就可能出現(xiàn)一種非常危險(xiǎn)的情況。

根據(jù)這些模型和實(shí)驗(yàn)研究，盡管蔓延速度沒有像閃燃那樣的突然變化，火焰的強(qiáng)度和蔓延速度都會如爆燃中一個(gè)連續(xù)的火線那樣越來越大。帕拉斯卡大火的頭部火焰可能已經(jīng)自我改進(jìn)，并迅速發(fā)展為一種蔓延速度加快、火焰強(qiáng)度迅速增長的爆燃火災(zāi)，這是極有可能的。

帕拉斯卡事件中頭部火焰的明顯熄滅表明，此次火災(zāi)可能不是作為一個(gè)連續(xù)的火線發(fā)展，而是以一種預(yù)混火焰蔓延或閃燃的形式。如果沒有更深入的調(diào)查，就不可能絕對確定這是哪種形式的快速蔓延火災(zāi)。而如果頭火能夠繼續(xù)不受阻礙的話，甚至有可能發(fā)生更具毀滅性的爆燃火災(zāi)。

也許從2000年9月17日的慘烈火災(zāi)中應(yīng)該吸取的最重要的教訓(xùn)是，目前我們對非常危險(xiǎn)的火災(zāi)行為形式的實(shí)用和科學(xué)知識是有限的。尤其是火勢在沒有外部驅(qū)動力的情況下迅速增長，從而改變火災(zāi)行為，就像在帕拉斯卡火災(zāi)中一樣。此外，只有當(dāng)危險(xiǎn)被廣泛識別后，消防員才不會無意識的繼續(xù)把自己置于危險(xiǎn)之中。

譯者注：

帕拉斯卡火災(zāi)與2019年3月30日四川省涼山州木里縣雅礱江鎮(zhèn)立爾村發(fā)生的森林火災(zāi)有諸多類似之處。據(jù)報(bào)道，木里火災(zāi)著火點(diǎn)在海拔3800余米左右，地形復(fù)雜、坡陡谷深，交通、通訊不便。當(dāng)?shù)亓⒓磫討?yīng)急預(yù)案，投入689人實(shí)施滅火作業(yè)。3月31日下午，撲火人員在轉(zhuǎn)場途中，受瞬間風(fēng)力風(fēng)向突變影響，突遇山火爆燃，30名撲火人員遇難（后增加至31人）。

那么，什么是爆燃？造成爆燃的原因有哪些？爆燃的危害有哪些？

什么是“爆燃”？

“爆燃”通常指“爆炸性燃燒”，和森林消防隊(duì)員平日滅火時(shí)所說的“轟燃”意思相近，往往發(fā)生時(shí)間突然，會在短時(shí)間內(nèi)形成巨大火球、蘑菇云等現(xiàn)象，爆燃時(shí)產(chǎn)生的溫度極高。

造成爆燃的原因有哪些？

一是地面植被和林下可燃物因長期堆積后發(fā)生腐爛，進(jìn)而產(chǎn)生大量可燃?xì)怏w，同時(shí)與腐爛的可燃物混合后，突遇明火燃燒導(dǎo)致。

二是在陡坡、山脊、山巖凸起地形、鞍部、單口山谷、草塘溝等特殊的、較為封閉式的地形中，蔓延而至的林火使這些地形中的可燃物同時(shí)預(yù)熱、共同燃燒后所形成。

爆燃造成的危害有哪些？

一是燒死大量地被植物，給當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境和人們的生命財(cái)產(chǎn)造成危害;二是產(chǎn)生大量高溫有害氣體，燙傷受困者呼吸道，同時(shí)受困者因吸入大量有害氣體，會導(dǎo)致中毒、昏迷甚至直接死亡;三是產(chǎn)生高溫?zé)崂?，對受困者造成灼傷，?yán)重時(shí)會直接將受困者燒亡。