技术瓶颈让现有火灾模型工具难解燃眉之急
时间:2017-12-07

  技术瓶颈使现有的消防模型工具难以满足迫切的需求 - 新闻 - 科学网络

  2006年的Esperanza大火摧毁了南加州的1.6万公顷的丛林,并杀死了五名消防队员。图片来源:ZUMAPRESS / NEWSCOM

  由于美国西部一直面临着火灾的危险,科学家和消防员正在考虑预测野火蔓延的新方法。

  消防队员描述了一个死亡的清晨的景象:树击败了火焰,树皮上有一个耀眼的橙色,火焰瞬间可以跳跃几百米。一名纵火犯于2006年10月在美国加利福尼亚南部Cabazon镇发生了火灾,这起火灾叫做Esperanza。

  火灾给当地带来了灾难。由于天气干燥,风大,许多地区的火焰高达30米,当地居民近千人被迫搬迁。一个5人的消防队在火边设立了一个水泵,希望能救一个八角形的房子。然而,在不到10秒钟的时间里,火焰扫过,没有人幸免。

  埃斯佩兰卡灾难发生七年了。美国山火专家仍然在讨论火灾发生的原因以及改进的计算机模型是否可以帮助科学家和消防员避免这样的灾难。现有模式已经可以帮助美国林务局和其他机构每年预测数百起火灾。然而,研究人员也同意,这些模型几乎不能模拟Esperanza这样的极端火情,而且野火似乎更加流畅和不规则。

  现有的模型已经达到极限。科罗拉多州柯林斯堡消防分析师Kelly Close说。未来更复杂的模型可以模拟个别火灾的极端行为和火灾蔓延的风险。然而,各种因素,包括财务约束,技术迥异,专家与荒野消防员之间的文化冲突,使得替代方案的开发变得复杂。

  火灾模型发展相对较晚。在二十世纪七十年代早期,美国林业部门试图分析广泛地区的火灾风险,并转向蒙大拿州米苏拉的研究实验室。

  在那里,由火焰科学家Richard Rothermel领导的一个小组,在现场和实验室测试中观察到火灾。然后,他们写了一系列方程式,第一次将现代火灾的速度和方向与地形,可燃植物和附近的风力农场联系起来。

  四十年后,Rothermel的模型已经成为其他两种火灾模型的基础,战略模型工具使得管理者能够事先有效地预测火灾将来可能扩大和火灾可能爆发的地点,而战术工具允许建模特别是在短时间内的火灾,也许是使用最广泛的模型是FARSITE,它使用地形,燃料和天气数据在二维地图上设计火灾路径。

  Missoula实验室的FARSITE设计师Mark Finney说,消防分析师每年使用这个模型数万次。 1994年,冰川国家公园的官员遭到两场野火的袭击。芬尼提到他们面临许多紧张的决定。实际上,FARSITE预测火势将会保持在一个安全区域。

  当然,基于Rothermel模型的FARSITE等工具也有明显的缺点。例如,他们设置燃料均匀分布和燃烧均匀。它们也不能模拟可能影响火灾路径的颗粒和气体的运动,也不能模拟与大气的复杂关系。此外,这些模型在处理火焰龙卷风,余烬或爆炸冲击波时也遇到困难。

  当分析家使用FARSITE研究2002年西北部的科罗拉多州火灾时,这些限制开始引人注目。该模型显示,使用经过良好测试的方法将会阻止火势蔓延,但结果是火势从树顶蔓延到易燃的地衣,而不是预测模型的地面扩展。

  蒙大拿大学的林业科学家Steven Running预测说,气候变暖将导致极端火灾的可能性增加,当然不是在每一场火灾中,而是比过去更频繁。在这种新形势下,不仅需要FARSITE等战术模型,还需要战略模型。

  这些工具使用以前火灾的历史气象数据来绘制火势蔓延的概率。然而,Boise Land Authority火灾分析师Krista Gollnick-Waid表示,现有的火灾数据库在美国西部越来越无法代表气候变化。这应该引起关于常用策略模型工具FSPro结果的疑问。

  Gollnick-Waid警告说:分析师需要知道FSPro在多大程度上了解火势蔓延的趋势和可能性。例如,最近在科罗拉多州西南部的一场火灾分析中,她发现,火焰在一天中的蔓延甚至远远超过了模型在五天内扩大的情况。

  加州大学伯克利分校的火焰科学家马克斯·莫里茨一直在努力克服西方的气候变化。在2010年的“地球物理通讯”上发表的一篇论文中,他用大约十年的风和气候信息描绘了穿过加利福尼亚南部海岸的圣安娜风,这些风干燥了土地,离开了火堆。

  莫里茨回忆说:消防部门打电话询问是否有更高分辨率的地图来更好地了解当地的风险。不幸的是,这张地图还很难得到。

  为了改善各种火灾模式,可能需要启动优先资助,科学家和消防员之间应该进行合作。还需要优先考虑联邦政府的联合火灾科学计划,由林业部管理的每年1300万美元的赠款。

  发言人蒂姆·斯韦德伯格(Tim Swedberg)提到,我们的重点主要集中在燃料管理或减少环境中的干燥和易燃植物。今年计划资助的50个研究项目中没有一个涉及风,气候或天气。你看看,你会惊讶于这些研究的范围太狭窄了。莫里茨说。

  尝试新思路的文化障碍也是突出的。哈佛大学社会学家马修·德斯蒙德(Matthew Desmond)提到,火灾管理者可能不希望把大部分资金投入到博士的同行评审机构的知识中。在成为学者之前,他曾在亚利桑那州与野火斗争过。

  国家大气研究中心的气象学家Janice Coen对这些合作挑战保持了现实的态度。她来自匹兹堡,而不是西部;她是一个学者,而不是外国人。她说,我正在更好地了解人们来自哪里,找到桥梁。

  2007年,应退休消防队长杰夫·齐默曼(Jeff Zimmerman)的邀请,她视察了埃斯佩兰萨(Esperanza)大火烧毁的八角房屋。齐默尔曼曾多次到过那里,每次他都说:这是一个非常困难的经历。但是科恩并没有表现出太多的情感,有时候我还是异想天开的分析,有些像斯波克(编者注:“星际迷航”中的电影)。

  “中国科学”(2013-08-15第3版国际)