西方的地狱正在融化我们对火是如何运作的感觉
2018年7月26日，在刮风炎热的一天，加利福尼亚州萨克拉门托山谷北部的雷丁迎来了创纪录的113华氏度的高温，埃里克·纳普(Eric Knapp)在一间有空调的政府办公室里辛勤工作。下班后，他计划去见他的妻子和3岁的女儿，以及一些家庭朋友，共进晚餐。克纳普身材苗条，皮肤白皙，面带微笑，是美国林务局的研究生态学家。他很清楚，三天前，在小镇以西的沿海山区，一场野火已经开始，一辆拖车的轮胎爆了，金属轮缘刮到了沥青上，火花溅到了干燥的灌木丛中。
和绝大多数野火一样，这场名为卡尔大火(Carr Fire)的火灾最初是以一条宽阔但浅的火带缓慢推进的形式燃烧的，就像一营并肩行进的步兵，留下了烧焦的草地和轻微烧焦的树木。卡尔大火也是典型的，它根据风、地面坡度和易燃燃料的指示向东南绕湖移动，然后向上移动，部分原因是热量上升。在那个特别的清晨，大火已经达到了雷丁上空的顶峰，背上刮着西北风，爬下山坡朝镇上走去。
纳普当天快要结束时，他的朋友塔莉莎·德克森(Taltha Derksen)发来一条短信，说她所在的社区可能不得不疏散。德克森是一名野生生物学家，有一个与纳普自己的女儿年龄相仿的女儿。加州林业和消防部(又名CalFire)是负责这一判断的机构之一，它是世界上最大、最有效的荒野消防组织之一。CalFire的疏散建议是基于对火焰锋面下一步移动的位置和速度的预测。那天，大火似乎很可能到达萨克拉门托山谷的地面，位于德克森家西北约一英里处的一个名为陆地公园的分区。
纳普和其他人改变了计划：他们将在德克森见面，订披萨，并帮她做好离开的准备，以防万一。纳普在他家停下来拿诺梅克斯的防火衣物。当他前往德克森家时，他考虑再次去办公室取他的安全帽和紧急防火帐篷-一种防火的小狗帐篷-但他认为自己不太可能需要它们。
当他转向德克森的街道时，火焰面就在几英里外，被树遮住了，但纳普可以看到烟在直而高的烟柱中升起，把太阳变成了橙色。当他到达德克森家时，她已经在收拾行李了。克纳普为了确定他知道他们在对付什么，慢跑着走出了附近的萨克拉门托河步道(Sacramento River Trail)欣赏风景。在对岸的上游，他可以看到红色的火焰燃烧着灰色的松树和灌木丛生的橡树。
纳普正在拍摄照片时，他注意到了一些奇怪的事情：他所站的地方的风从南方吹来，吹进了火中，但火焰锋面仍然在后面的西北风的推动下向另一个方向移动。然后他看到了其他东西：部分烟柱向不同的方向旋转，就像开始旋转一样。
纳普知道，这可能预示着一种曾经罕见而危险的现象，即羽流驱动的火灾，在这种现象中，大火自身不断上升的热量对流柱变得足够热，足够大，可以改变风和天气的方向，使火势燃烧得更热，并且在没有任何警告的情况下，传播得足够快，足以在人们逃离时将他们困住。
当纳普沿着小径跑回去时，他经过了步行的邻居，并建议他们掉头。但即使是他也不知道他们都处于多么危险的境地。在德克森离开的时候，纳普和其他人冲洗了屋顶和雨水沟，清理了院子里的易燃材料，如纸箱和草坪家具。纳普是最后一个到那里的人，他在栅栏和院子上喷水。
就在纳普转动水龙头的时候，他看到的漩涡状烟雾正在迅速加速，将卡尔火灾(Carr Fire)巨大的下部羽流中的大部分变成了有史以来观察到的最大的火灾龙卷风，一个17000英尺高的旋转火焰旋涡，以每小时143英里的破坏力旋转，破坏力相当于EF-3龙卷风，这种龙卷风摧毁了俄克拉荷马州的整个城镇。
当纳普在德克森的房子周围轻快地喷水时，那场被空气中的浓烟遮住了他的火龙卷风跃过萨克拉门托河，登陆陆地公园，折断了高压电线，连根拔起树木，用钢管缠绕在电线杆周围，摧毁了数百座房屋，点燃并撕碎了它们，将燃烧的碎片抛向商用客机飞行的高度。
在距离纳普站的地方不远的地方，加州消防局队长肖恩·雷利(Shawn Raley)正在他的卡车上疏散一名妇女和她的女儿，突然所有的窗户都内爆了，碎玻璃洒在他们身上。在附近，37岁的消防督察J·J·斯托克(J.J.Stoke)在龙卷风将他的5000磅的福特F-150从沥青上卷起，并反复将其沿着布埃纳文图拉大道(BuenaVentura Boulevard)翻转下来，导致他死亡之前，用无线电通知了他。加州消防局的另外三名工人在同一条大道上驾驶推土机时，他们的窗户也被震碎了。其中一辆25吨重的车辆掉头落在一名退休警官驾驶的卡车上，这名警官随后跳下车，蹲在推土机刀片后面，他的卡车着火了。
大约就在那时，被吸入卡尔大火烟柱中的燃烧残骸从上升气流柱漂流到火灾气象学家所说的降落区，这正是它听起来的样子。纳普不可能看到这一切的发生；它就在他上方数万英尺的地方。他也看不到房屋和树木燃烧的残余物像燃烧弹一样飞奔而下，砸在屋顶上，点燃了数十座房屋。当抬头看着头顶上黑色旋转的黑暗时，纳普仍然认为卡尔大火正在以经典的浅火焰锋面的缓慢可预测性前进，他看着余烬落在他站着的树皮碎片上，点燃了它们。与此同时，随着脚下的地面熊熊燃烧，纳普感觉到了一股更强大的热量脉冲。
那场大火龙卷风，以及随后几周肆虐的大火，最终摧毁了1000多座房屋和建筑，造成8人死亡，近25万英亩土地被烧毁。然而，这既不是2018年加州最大的火灾，也不是最具破坏性的火灾，甚至也不是唯一一场行为异常得可怕的火灾。这场位于卡尔以南约100英里(约合100公里)的门多西诺建筑群大火，是在纳普无意中徘徊在龙卷风下方的第二天开始的，也是短暂的羽流驱动的，最终烧毁了近46万英亩的土地，这是当时加州有史以来最大的一场野火。11月初，马里布附近的伍尔西大火摧毁了1643座建筑，同时将树木和电线杆从地下掀起，其威力让人联想到又一场龙卷风。同样是在11月，臭名昭著的营地大火在24小时内烧毁了7万英亩土地--一秒钟大约一个足球场--并引发了一场城市大火，摧毁了1.8万多座建筑，导致85人死亡，其中大部分发生在天堂镇，产生了数十亿美元的保险索赔，并导致该州最大的公用事业公司PG&Amp；E破产。
到加州2018年火灾季节结束时，它已经烧毁了160多万英亩土地，成为有记录以来最具破坏性的地方-这个称号保持了不到20个月，当时它没有被2020年的火灾季节超越，而是在2020年夏末仅四周就被烧毁了，在此期间，估计有300万英亩的土地被烧毁。但这并不是真正令人担忧的部分。在理解西方野火的意义上，烧毁的总面积远没有我们最极端的大火日益反复无常的暴力那么重要。这就好像我们已经跨过了气候和火燃料的某个门槛，进入了一个无法控制的大火时代。
“不仅火灾的大小和严重程度在增加，而且火灾的性质也在改变，”Pyregence的负责人David Saah说。Pyregence是一个由火灾科学实验室和研究人员组成的团体，正在合作解决这个问题。更令人担忧的是，考虑到火灾的趋势比我们迄今所见的任何火灾都严重得多：大规模野火的物理学仍然知之甚少，以至于火灾建模软件往往无法有效地预测下一次发生火灾的地点，更不用说一旦发生了将如何展开。如果说有什么好消息的话，那就是，正如萨阿所说，“许多这类东西的科学研究正在进行中。”
卡尔大火发生大约一年后，在2019年6月一个晴朗的日子里，加州大学(University Of California)的大下巴火灾科学研究员布兰登·柯林斯(Brandon Collins)开着一辆白色皮卡沿着雪松香味的山路进入了4000英亩的布洛吉特实验森林(Blodgett实验性Forest)
然而，过去频繁发生的火灾大多在关键方面有所不同：像卡尔大火的早期阶段那样，它们用浅火焰锋面燃烧，撕裂了森林地面上的草地、松树灰尘和倒下的树枝-所谓的地面燃料-而不是像我们今天最大的火灾那样烧毁整棵树并从一个树冠跳到另一个树冠。这些定期的地面火灾通常将总燃料量保持在如此低的水平，以至于每一次随后的火灾都只能做同样的事情-烧焦林下植被，而不会伤害成熟的树木。随着时间的推移，这片由古老的针叶树、橡树和马德龙组成的森林广泛分布在草和灌木的地毯上，这反过来又成为鹿的绝佳饲料。土著人民几千年来在美国西部各地点燃野火，以管理土地以实现这一结果-取得了如此成功，以至于在19世纪末，英美牧场主甚至伐木工人都采用了这种做法。
柯林斯为了让我看看那是什么样子，他把卡车停在布洛吉特森林的一段地方，这段地方已经用旧的方式管理了16年，经常起火。我们都经历过对风景的不同反应，从对荒凉沙漠或黑暗洞穴的恐惧，到在热带海湾的平静。我可以报告说，一片森林，当允许它以进化的方式燃烧时，感觉很棒，一个阳光斑驳的画廊，上面有巨大的糖松、道格拉斯冷杉和黑橡树，立刻遮蔽了草甸般的地面，既不受天气影响，又足够开放，可以自由移动。
目前控制着加州约2000万英亩土地的林务局几乎从1905年该机构成立之初就善意地结束了这种土地管理。看到森林在近期的美元符号-木材，分水岭，游戏-并驳斥了野火起到任何积极的生态作用的想法，林业局学会了尽快扑灭每一片森林的每一场大火。到了20世纪40年代，这种方法的错误变得显而易见，当时该机构的研究人员开始意识到这样一个事实，即森林失火的时间越长，燃料堆积的时间就越长，大火就会越严重。
到了20世纪70年代，这种洞察力被纳入了林业局的官方政策，鼓励地区员工使用故意控制的燃烧作为保持低燃料量的一种手段。不幸的是，在这一点上，木材和造纸公司已经陷入了燃烧的糟糕境地，那些不喜欢烟雾缭绕的空气、享受国家森林娱乐、纯粹从破坏性角度看待火灾的平民也是如此。再加上法律责任问题-谁来赔偿公共土地上规定的烧伤对私人财产造成的损害？这一切都让林业局官员不愿执行任何特定的规定燃烧，这是可以理解的。控制着加州其他1300万英亩森林的私人业主过去(现在仍然)更没有动力点燃自己的土地，更不用说容忍邻居这样做了。与此同时，CalFire的任务是应对州界内3100万英亩非联邦土地上的每一场火灾，与林业局相比，它几乎没有燃料管理机构。CalFire的直截了当的任务是迅速扑灭每一场大火-它每年花费超过20亿美元，运营700多辆消防车和75架飞机-在每年大约6400场野火中做得非常好。
加州消防局局长布莱恩·埃斯蒂斯(Brian Estes)只指挥加州58个县中的3个县的消防行动，他说：“我们每年发生400到500起火灾。在炎炎夏日，一天五六个-而且大多数你永远看不到。每当我接到911急救，去处理植被火灾“--比如说，在某人的草坪上发生的草地火灾--”你就会有七辆车，一名营长，两台推土机，两辆加油机，一次空袭，还有两名工作人员。他们要把谷仓铺开。但是如果你这样做一百年，你不允许人们做规定的火，燃料只会变得越来越稠密。“。
柯林斯在我们的下一站向我展示了一个图形例子，那是一片100多年来没有被砍伐或焚烧的森林。在那些又大又老的树中间挤满了小树，里面堆满了很深的地面燃料，比如松树和树叶，还有所谓的梯子燃料，这种大的倒下的树枝和灌木帮助地面的火跳到树冠上，更快地蔓延到高处。那片森林直觉上也很可怕：黑暗、阴暗、迷宫般的洞穴，古老童话中的噩梦森林。
尽管看起来易燃，但即使是像那片土地一样管理不善的森林，直到最近才以历史的方式燃烧，沿着森林地面的烧毁程度很低。因此，野火科学的整个领域-包括消防员在火灾多发地区用来做出生死决策和社会结构的每一个建模工具-都是基于这种火灾行为的。这门科学的核心数学可以追溯到20世纪70年代初，当时一个雾
然而，早在1994年，芬尼就已经看到当代建模框架有更严重的局限性。那一年，在华盛顿州中部，一场名为泰溪大火(Tyee Creek Fire)的大火的行为完全超出了芬尼模型的范围。芬尼说，与跟随风和地形的浅火焰锋面燃烧不同的是，每天下午，大火基本上向三个方向蔓延，速度大致相同-就好像风以某种方式从火场中心向外吹了360度。
泰溪大火也使其巨大的中心区连续几天着火，这种有点投机的现象被称为大规模火灾。芬尼说：“它每天都会凸出，竖起一个巨大的羽毛，然后就会膨胀。”“我记得当时在想，‘哇，这远远超出了我们现在能做的模特儿，连试一试都是愚蠢的。’”
芬尼意识到，即使对罗瑟梅尔扩散方程进行再多的修改，也无法解释泰克里克这样的火灾。它们不仅是围绕实验室的小火开发的，而且20年的使用经验专注于浅层火焰锋面在轻燃料中快速移动，没有考虑沿途点燃的缓慢燃烧的重燃料，更不用说地面火和直接大气之间的反馈了。换句话说，正如芬尼回忆当时对一位同事说的那样，“事实是，我们不知道这些东西到底是如何运作的。”
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为了解决这个问题，从21世纪初开始，芬尼回到了第一原则，不做任何假设。他在蒙大拿州密苏拉的一个研究站点燃了新的实验火，并重新探讨了一些基本问题，比如野火是通过简单的热辐射传播-当时的传统看法-还是通过与火焰的直接接触传播。
“这是一个非常困难的问题，”芬尼说，“因为如果你曾经坐在篝火旁看过，让你目瞪口呆的是火焰总是在周围跳舞。你如何描述这种不稳定的现象，以便对其进行建模？“。芬尼了解到，轻型地面燃料完全是通过对流起火的，通常在大约1500度的温度下，30秒或更短的时间内就会消耗掉自己。像原木和倒下的树木这样的重质燃料会阴燃或与余烬一起燃烧几个小时或几天，一直在释放热量。在持续的风中，它们往往会爆发出熊熊燃烧，迅速释放储存的能量。就像你在篝火上吹气一样。
在进行这项基础研究时，芬尼偶然读到了一本名为“火力与空战”(Fire And The Air War)的书，书中讲述了二战期间盟军的轰炸行动。他了解到，英美指挥官在向德国人和日本人施压的同时，发现烧毁城市比炸毁它们更容易。诀窍在于先把建筑物推倒，然后放火焚烧。1945年，皇家空军就是这样对待德国城市德累斯顿的。军事情报官员研究了侦察照片，以识别主要由木头建造的旧区，然后用烈性炸药饱和轰炸它们。第二波飞机用200多万磅镁铝热盐燃烧炸弹袭击了这些地区。这达到了预期的点亮城市的效果，但也引发了一些意想不到的事情。在所有这些建筑着火后不久-30分钟后，碰巧的是-一股巨大的热量和烟雾。
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