干燥气候对森林火灾的影响及相关问题

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0引言

森林火灾作为一种自然灾害，气候变化直接或间接影响森林燃烧的火环境，进而对火发生和火行为产生影响．气候变化在两个时间尺度上对森林火灾的发生产生影响，一是在较长时间尺度内，气候变化对气候带产生影响，使植被带发生移动，进而对可燃物积累和分布产生影响；二是在较短时间尺度内，气象因子的急剧变化对火险、火行为等产生直接影响［1］．火是全球大多森林生态系统中的一个重要干扰因子，它对大气中的温室气体和气溶胶的增加有显著影响．大量研究表明，气候变化将导致森林火险期延长，出现潜在极端火行为的天数增多，森林火灾更加严重，特别是北方森林火灾增加显著［2］．近年来，世界和中国不断经历了创纪录的森林火灾．2007年8月23、24日希腊两天连发170场山林大火，火灾面积占希腊国土一半以上；2006年澳大利亚森林大火是70a来最严重的；2009年2月，澳大利亚又发生了严重的森林火灾，创下了1908年以来的历史纪录，死亡总人数超过230人，受灾面积超过33×104hm2．我国近年来森林火灾呈上升趋势，大火频繁发生，进入21世纪后，我国森林防火形势一直处于严峻的状态．“十五”期间，全国年均发生森林火灾9586起，森林受害面积15．2×104hm2，分别比“九五”期间上升了94％和120％，是1987年以来火灾最为严重的5a［1］．近年来，极端气候事件不断，也对森林火灾产生重大的影响，2008年我国南方遭受冰雪灾害后，3月份火灾次数明显增多，湖南省仅3月份就发生森林火灾3097起，过火面积火灾次数超过1999—2007年3月份火灾次数的总和，伤亡人数40人，是1999—2007年平均伤亡人数的6．56倍［3］．干旱是当今全球共同面临的重大课题，事关国民经济和社会发展，事关生态能源与环境保护，事关人类社会可持续发展和人类健康．干旱不仅是全球地球科学界研究的焦点科学问题之一，也是世界各国政府和社会公众关注的重大热点问题［4］．造成干旱的原因虽是多方面的，但主要是降水量减少，温度升高．近段时间，风干物燥，沙尘飞舞，干旱少雨，各类森林火灾频发．仅云南省2012年1—2月森林公安机关就受理森林火灾案件100起，已刑事拘留10人、逮捕2人；2012年第一季度，我国共发生森林火灾1106起，受害森林面积2299hm2，造成8人死亡、2人重伤、4人轻伤，森林防火形势异常严峻．火是全球大多森林生态系统中一个重要干预因子．林火与气候变化是当前林火研究领域的热点．森林火灾的发生与干旱有密切的联系．影响森林火灾的因素主要有两个：一是燃烧物本身的特性；二是燃烧物所受的外界环境．外界环境影响火灾的气象因子主要是降水、气温、风速和湿度，这也是干旱地理环境的重要元素．分析表明，森林火灾多发生在高温、低湿、少雨及风力较大的气候条件下，其中气温、湿度、风速和日照时间与林火的关系最为密切．

1干旱气候因子对森林火灾的影响

干旱是全球最为常见的极端气候事件，对人们的生活造成很大的影响，严重制约着当地经济发展和人类生活质量的提高，使本身非常脆弱的生态环境趋于恶化．根据政府间气候变化委员会第四次评估报告（IPCCAR4）［5］的研究结果，未来随着全球变暖，一些极端气候事件发生的频率和强度将会加强，尤其是干旱和洪涝等极端气候事件．干旱具有范围广、时间长、影响大、危害重的特点［4－8］．干旱是由大气圈、水圈、冰雪圈、岩石圈及生物圈等共同组成的气候系统产物．林火的发生与干旱气象因子关系密切，气候变化可以直接改变可燃物的性质．气温高、降水量稀少、相对湿度小、风力大易发生森林火灾．

1．1气温的影响气温是火险天气中的关键因素．许多气候模式预测［5］，到2100年，全球气温将升高0．8～3．5℃；特别是北方干旱林分布区域，冬季温度将升高6～10℃，夏季温度可升高4～6℃．气温对森林火灾的影响是多方面的，气温越高，可燃物中水分蒸发和变干的速度越快，火灾发生的危险就越大．气温还能影响可燃物的可燃性，高温会促使火势更加猛烈，同时，地表温度的升高，地气之间对流增强，也大大提高了雷击发生的概率．一般认为，可燃物中含水量在30％以下，就容易引起森林火灾．一般森林地表可燃物厚度可达5～20cm，有的原始森林厚度还会更高，一旦有火源，极易引发森林着火．

1．2空气湿度的影响空气湿度的大小对森林中可燃物水分蒸发量起着重要的作用．一般空气湿度大，可燃物水分蒸发量相对较小；空气湿度小，可燃物水分蒸发量就大．特别是在冬春季节，空气湿度与夏秋季相比要小得多，冬春火灾也相对较多．特别是在冬季，因为天气冷冻，积雪厚，多数人工幼龄林、活地植被上部冻伤干枯，出现卷叶、落叶、枝头死亡．冷冻天气前，常伴随大雪天气，造成很多林木断肢折干，变成枯枝，使林中易燃物大量积累．这些可燃物燃点低，燃烧速度快．研究表明［9］，当空气湿度小于60％时，易发生森林火灾，当空气湿度小于40％时，易发生大面积森林大火．

1．3风力的影响风力的大小与森林火灾的发生蔓延尤为密切．风能加速了地表可燃物水分蒸发，它不仅能把植被吹干、折断，有助燃烧，而且还在火灾发生后，能使火源得到充分的氧气供应，加速燃烧，同时使火花飞溅，影响火灾的形状，延伸火灾的外形，扩大火灾的面积，能使地面火变为树冠火，加速火势蔓延．风速大则空气乱流强，很容易发生火旋风和飞火，增加扑救难度，而突然改变的风向，则易将扑救人员置于危险境地，严重威胁人员安全．

1．4日照蒸发量的影响日照时间长会引起蒸发量增大，林下可燃物含水量减少，容易形成地表火．一般情况下，平均日照时间超过100h就容易发生森林火灾．蒸发量的大小取决于降水量，降水量减少相对湿度小可导致林下可燃物蒸发量增加；当蒸发量大于70％时，林下可燃物着火点就会增加．日照时间的变化，会通过影响可燃物的理化性质，如可燃物的燃点、热值及挥发油含量等，来影响森林的易燃性及燃烧性．土壤干旱会导致植物体内挥发油含量增加，挥发油含量大的植物燃点低、热值高，会加大林火的强度．

2森林火灾类型

森林火灾是指在森林燃烧中，失去人为控制，对森林产生破坏性作用的一种自由燃烧现象［10］．具有突发性强、破坏性大、处置救援困难的特性．根据《森林防火条例》规定，森林火灾分为4个等级：一级为森林火警，受害森林面积不足1hm2；二级为一般森林火灾，受害森林面积1hm2以上不足100hm2；三级是重大森林火灾，受害森林面积100hm2以上不足1000hm2；四级是特大森林火灾，受害森林面积在1000hm2以上．森林火灾的燃烧类型主要有：

2．1地表火火焰在地面蔓延，烧毁地被物，烧伤大树干基和树枝树叶以及露出地面的树根，此类火称为地表火．高强度（3500kW•m－1以上）的地表火，严重影响树木生长，能造成树木大面积枯死．地表火按其蔓延速度可分为急进地表火和稳进地表火．急进地表火的蔓延速度快，每小时可达几百米或上千米，这种火往往燃烧不均匀，常留下未燃烧的地块，火烧痕迹地呈长椭圆形；稳进地表火的蔓延速度较缓慢，一般每小时几十米，燃烧时间长，温度高，燃烧彻底，几乎能烧毁所有地被物，对森林危害较重．这种火往往燃烧不均匀，火烧痕迹地呈椭圆形．根据蔓延速度不同地表火还可分为慢速地表火、中速地表火、快速地表火．蔓延速度在2m•min－1以内的为慢速地表火；蔓延速度在2～20m•min－1为中速地表火；蔓延速度大于20m•min－1的为快速地表火．

2．2林冠火能引起林冠层燃烧的火称为林冠火．林冠火燃烧温度高，火势强度大，蔓延速度快，破坏性强，不易扑救．多发生在干旱的针叶幼龄林，中龄林或针叶异龄林内．林冠火按其蔓延速度可分为急进林冠火和稳进林冠火．急进林冠火又称狂燃火，火焰在树冠上跳跃前进，燃烧速度极快，顺风时每小时可达几百米或上千米，形成向前伸展的火舌，有时产生飞火．这种火往往能形成上下两股火，火沿林冠发展快．飞火又能引起火头前面的地被物燃烧，使林冠层预热，这样更加速了林冠火的蔓延速度．急进林冠火能烧毁针叶小枝，烧焦树枝．火烧痕迹地呈长椭圆形．稳进林冠火又称遍燃火，火的蔓延速度较慢，顺风每小时5～8km，燃烧彻底，能将针叶树枝和枯立树木完全烧尽，是危害最严重的一种火灾，其火烧痕迹地呈长椭圆形．

2．3地下火在泥炭和腐殖质层燃烧蔓延的火称为地下火．地下火在地面下燃烧，一般见不到火焰，只有少量的烟．这种火可一直燃烧到矿物质层和地下水的上部．地下火的蔓延速度缓慢，一般在4～5m•h－1，一昼夜可燃烧几十米或上百米，但不易扑救．地下火温度高，破坏力强，火灾后树木易枯死，会出现大量倒木．由于地下火受风的影响很小，火场一般呈圆形．地下火持续时间长，能燃烧几天、几个月甚至更长的时间．秋季发生的地下火可以越冬，直到来年春季还在继续燃烧，所以又称越冬火．这种越冬火多发生在高纬度地区，特别是干旱季节的针叶林内．

2．4树干火能引起树干燃烧的火称为树干火．最常见的有如下几种情况：1）地表火引燃附生于树干的地衣、苔藓、树皮，火沿着树干从基部向上蔓延；2）雷击直接引起树干的燃烧；3）是地表火引燃树干基部，将树烧倒．树干火多发生在特别干旱，地被物特别厚的针叶林内，破坏力极大．

3森林火灾中特殊火行为

火灾的发生、发展和熄灭是一个随时间变化的复杂物理化学过程，其中包含多种可燃物的燃烧、烟气流动及各种形式的传热传质．各种流动形式的存在［11］，不仅形成了各种特殊燃烧形式，而且加速了火灾蔓延．

3．1火旋风火旋风是一种像龙卷风一样，属强对流火灾中可燃物燃烧的一种特殊现象，尤其是森林火灾中经常出现．火旋风实质上是一种有化学反应的有旋运动，一旦发生将加大火灾的热释放速率，甚至引起轰然和回燃．有时在室外火灾［12］和中低强度计划烧除中，火旋风也时有发生．火旋风是产生飞火的主要原因．火旋风的出现，使林火运动方式发生改变，螺旋式的强烈上升运动能卷夹起大量的燃烧碎块，散布到火区以外很远的地方，从而形成新的火源，加速了火灾的蔓延和扩散．在森林火灾中，由于火旋风过程的火头和热流方向突变，会对扑火人员生命安全带来严重危害．火旋风作为一种特殊的森林火灾，以其狰狞的外表和巨大的破坏力，被称为“森林火魔”．火旋风尺寸变化范围很大，小的似尘卷，大的如龙卷．直径从不足1m到数百米，高度从1m到1000多米．火旋风从发现到消失多数在20min以内，也有少数能超过1h．在实际情况中，火旋风现象与燃烧能量释放、地形边界条件和环境大气情况等有着十分复杂的关系．一般情况下，强烈的火旋风都发生在燃烧条件好，有高强度火的情况下．火旋风的出现是受火区热对流诱发，使环境大气中原先就存在的水平涡流重新取向，由于环境风能使上升流发生倾斜和弯曲，同时因火区中心比外围浮力大，使涡管趋向集中在热流两侧从而变成旋转方向相反的涡旋对．

3．2火爆火爆是由于高强度林火向其前部未然的可燃物，通过辐射或对流输送大量的热能，使得某一空间集聚大量的可燃混合气，当达到一定温度时就形成轰燃，从而进行爆炸式燃烧的现象．当两个火头或多个火头相遇，地形条件合适时，由于辐射与对流的作用，会在火头所包围的局部空间形成大量的预混可燃混合气，从而引起爆炸式燃烧．由于能量释放过速，产生了强大的抬升力，使燃烧着的可燃物碎片四处飞溅．火爆现象一旦发生就可以产生火旋，即高速旋转的热气流，转速可达每分钟上万转之多，水平风速可达10m•s－1以上．火爆是高强度火的重要特征之一．火爆与移动的火头不同，前者相对后者是静止的，但是它的燃烧速度极快，在一个较大空间范围内形成一个强烈的内吸气流的巨浪，能席卷起重型可燃物，强烈燃烧．

3．3高温热流高温热流是大面积林火在风力作用下形成的高温气流．在一个地区，有多处火点就会发生大面积全面燃烧．火点之间互相影响，导致了它们以极快速度烧成一片，形成高温区，有时几百亩林区在几分钟内就会被大火全部烧毁．在陡峭的峡谷或盆状峡谷中，这种燃烧发生的可能性更大．这种高温气流，是看不到火光的，但它可以烧伤植被和人体，引燃可燃物，使其全面燃烧．

4森林火灾蔓延的影响

森林中火灾的蔓延主要是固体可燃物．森林是一个敞开的大空间，周围特殊的大环境对森林火灾发展蔓延影响巨大．

4．1山谷风的影响森林火灾的蔓延主要受山谷风所控制，具有间歇性．高山峡谷地带的风力作用主要来自于山风和谷风；在晴朗的天气里，也会有山谷风产生．谷风能加速火势蔓延．谷风一般多发生在上午10：00左右，随后逐渐增强，到下午15：00以后最大．山谷风还有阵风性质．受其控制，山火在一天中有盛期、中期、衰期．衰期一般在早上04：00—10：00之间，此时地表火停止发展，树冠火变冲冠火．有些冲冠火在烧掉树叶后，火焰会自行熄灭，多数地段变为无焰燃烧状态，是扑火的最好时机．俗话说，山火不过夜，如果头天的火到次日上午10：00还没有扑灭，就要做好打恶仗的准备．盛期一般出现两次，多在午后15：00—17：00和晚上20：00—22：00之间．这时，地表火和树冠火发展迅速，火灾温度高，风向变化大，人员已经疲惫，指挥难度加大．另外，主沟的山谷风还能够控制支沟的山谷风，主沟发生的山火容易向支沟方向发展．同时，火灾发展蔓延的水平方向也受山谷风的影响，当谷风猛烈时，火灾常在火场的上游一带扩展，当山风猛烈时，火势常在火场的下游一带扩展．

4．2地形的影响地形的变化在很大程度上制约着火势的蔓延，而与植物类型的作用不甚明显．在山势大转折，山坡大变化，窄谷和山脊上，多会出现自然终止现象．大的山势转折处，由于反山气流的作用，上山火到山顶时，火势常常衰落，会停止发展．当窄谷地段的风速加快，受“峡谷效应”的作用在下分流或上分流之处，火势通常暂时终止．

4．3其他的影响在山区由山脚向下蔓延的火要受一些缓坡、小平地、陡坡、峭壁等小地形影响，谷风经过各种小地形时会形成很小的涡流旋，对火灾的蔓延能起阻碍作用．缓坡及陡坡上的火蔓延较快，不易扑救，而山坳、小平地上的火蔓延速度缓慢，是高山地带扑火的好时机．昼夜变化，白天有日光照射，气温高，湿度小，风速大，可燃物干燥，林火蔓延快．夜间与白天则刚好相反，林火蔓延相对慢．所以，扑火人员应多在夜间趁着火势弱、蔓延慢、将火一举扑灭．

5森林火灾的扑救

扑灭任何一场火灾，遵循的灭火原理都是一样的，就是要控制住发生火灾3个条件中的任何一个［13］．

（1）降低可燃物温度．在燃烧的可燃物上洒水、喷洒化学药剂或湿土，来降低热量，使其低于燃点以下，使火熄灭．

（2）阻隔可燃物．使火与可燃物分离，让已燃烧的物质与未然的物质分隔．一般采取在可燃物上喷洒化学药剂、水等增加可燃物的耐火性或难燃性；或用人工扑打、机翻生土带、提前火烧、适度爆破等方法开设防火线（带）等，使火与可燃物分隔，停止燃烧．

（3）隔绝可燃物与空气．通过隔绝空气使空气中的含氧量低于14％～18％以下，而使火熄灭．一般采用机具扑打，用土覆盖，喷洒化学药剂，使用爆破，鼓强风灭火等手段使火熄灭．扑救森林火灾是一项紧急性任务．火场中可燃物有时能产生200℃以上的地面温度和1000℃以上的空气温度，而人体在高于120℃环境中就会丧失功能．扑火人员经常要面对高温烤、浓烟呛，身体时常精疲力竭．高温、浓烟、身体过分消耗是发生扑火人员伤亡的危险三角．因此，不管采取哪一种灭火措施，都必须坚持以人为本，安全第一，科学扑救．

参加灭火人员要注意：1）上火场要佩戴安全防护装备，包括头盔、防火服、手套、靴子、安全罩、眼镜、防毒面具等，以避免高温、烟熏造成晕迷、窒息、烧伤；2）要服从指挥，注意观察周围火环境和林火发展特点．灭火时不要在火区线内活动，要沿着火场外围边线前进．注意不要随意乱打硬拼，预防风向风速突然变化；3）要掌握灭火方法．灭上山火时，不要顺着火头爬山扑打，防止被火包围．灭地下火时，注意不要掉进腐质层中，以防被火烧伤．灭林内火时，注意不要被树木砸伤．灭大火时，要选择火势弱的地方为突破口，不要在火势强的地方强攻．对于一时攻不上去的大火，要回避火头，待机歼灭；4）在风大、火强撤退时，要沿着已扑灭火线撤离，避开顺风火，防止被火吞没．休息时，宿营地周围要打好安全防火线，以防被火包围．

6森林火场的逃生

发现火灾后，任何人都有报告火警的义务．同时，无关人员应掌握正确方法，尽快撤离着火地区．

6．1被火包围后的脱险森林火灾的发展蔓延是千变万化的，当被林火包围后，人员脱险方法如下：（1）在附近先烧出一片空地作为安全区，然后进入避火．（2）若来不及点火，要立即选择近处土坑、河滩或河沟，把衣服用水浸湿蒙在头上，卧倒避火．（3）用衣服把头包好，选择杂草矮小或好走的地方，一口气迎着火猛冲出去．

6．2居住森林中的逃生根据墨尔本大学火灾逃生专家凯文•托尔赫斯特提出的方法．居住在森林中的民众遇见山火进行逃生时可采用如下方法：（1）提早撤离或留在建筑物内与大火奋战到底．留在建筑内的人们必须调动身边一切可用资源，全力防止房屋被引燃．包括用水管浇湿房顶、及时踩灭火星等．（2）提早做好防火准备．提前将居住房屋周围的杂草及树木清除，使其四周没有可燃物燃烧．同时在选择逃生时千万不要躲进汽车里，因为“汽车会在大火中迅速升温且空间狭小”．（3）正确自我防护．着火后民众千万不要躲进地下室，因为地下室温度高且容易进入二氧化碳窒息．采取防护措施后，留在建筑内的民众应远离窗户，以防热浪烧伤．不要用水打湿衣服或身体，可用手绢或湿毛巾掩住口鼻防止中毒，同时要四处走动及时踩灭火星．（4）尽量躲在水池或水塘里．水池或水塘四周相对空旷，温度较低，利用手绢或随身物品捂住口鼻，将衣服或毛毯浸湿盖在头上，或者向头部及身体不停涂抹泥浆，也能躲过火神威胁．（5）关注风向变化．因为这可以查明大火蔓延的方向，决定你逃生的方向是否正确．在躲避烟尘威胁时，可用湿毛巾或衣服捂住口鼻迅速躲避．若躲避不及时，应选择附近没有可燃物的平地卧地避烟，切不可选择容易沉积烟尘的低洼地或坑、洞等地点．如果被大火包围在半山腰时，要快速的向山下跑，切忌向山上跑，因为火势向上蔓延的速度要比人快得多．一旦大火扑来的时候，如果你处在下风向，要做决死的拼搏，果断的迎风对火冲出包围圈，切忌顺风撤离．如果时间允许可以主动点火烧掉周围的可燃物，烧出一片空地，迅速进入空地卧倒避火．当顺利脱离火灾现场后，还应注意在灾害现场附近休息时，防止蚊虫、毒蛇、青蜂、野兽的侵袭．

总之，虽然干旱的自然环境是一时难以改变的，但森林火灾是能控能防的．只要我们认真研究火灾规律和特点，充分发挥人的主观能动性，借“清剿火患”战役之优势，就一定能降伏火魔，确保平安．