林區的兩起雷擊火如何形成?專家一一解答

6月1日、2日,內蒙古大興安嶺重點國有林管理局汗馬自然保護區和北部原始林區奇乾林業局阿巴河林場相繼發生兩起森林火災,國家森林火災應急預案響應級別由Ⅳ級一路提升至Ⅱ級,目前這兩個火場已實現全線合圍,外線明火全部撲滅,火場得到全面控制,取得決定性勝利。

雷擊火發生機制極為複雜

許多森林火災是由於雷擊引起的,雷擊火是天然火源,其發生的時間和地點受大氣中雷電分佈、可燃物狀況和氣象條件所支配,常規的防火措施是無法減少雷擊火發生次數的。雷擊引起的森林火災通常發生在人跡罕至的地區,一旦釀成火災後,很難及時發現,往往會形成大面積的森林火災,造成無法彌補的損失。

雷擊引起森林火災的原因主要是雷暴,特別是乾雷暴,降水少、地面增溫、相對溼度減少、可燃物乾燥,一旦發生雷擊,就很容易著火併蔓延成災。閃電往往伴隨著強烈的降水,如果降雨量及雨強達到一定程度時,雷擊引發的火源則會自動熄滅,不會有森林火災發生。但是在暖而乾燥的天氣條件下,降水卻不能到達地面,或者只有少部分雨水到達地面,而雨量太小不能熄滅火源,這時由於雷擊引發的火源就會蔓延成災。雷電引發火災機理極為複雜,成為世界性的難題。

雷擊引發森林火災在各國頻繁發生

雷電被認為是引發森林火災最重要的自然原因之一,雷暴及雷電在世界各地非常頻繁。根據地球表面雷電風暴的分佈,由雷擊火引起森林火災最多的國家,主要是美國、加拿大、俄羅斯、中國和澳大利亞等國家。加拿大的雷擊火佔總數的76%,在澳大利亞的維多利亞州大約每年584場森林火災中,大約有26%的森林火災是由雷擊引起來的,而過火面積卻幾乎佔過火面積總數的50%,其餘歸於各種各樣的人為因素。美國每年平均有1-1.5萬次雷擊火,美國西部山區大約有68%的森林火災是由雷擊火引起的。俄羅斯每年的雷擊火佔森林火災總數的16%。

我國的雷擊火在少數地區也相當嚴重,其中以大興安嶺和呼盟林區尤為突出,大興安嶺地區幾乎每年都有雷擊火引起的林火,也是全國雷擊火發生最多最集中的區域。雷擊火發生次數最多的省份為內蒙古自治區和黑龍江省,統計1999-2007數據,這兩個省份雷擊火次數佔全國雷擊火總數的71.40%。受氣候變化影響,雷擊火1999-2016年有明顯增加的趨勢,雷擊火次數佔全國火災次數的1.14%,但近年來雷擊火次數增加明顯。

影響雷擊火發生的因素眾多

雷擊火是由雷暴形成的“連續電流”的閃電接觸地面具備燃燒條件的可燃物發生的火災。所有的正極放電均有連續電流,約20%的負極放電有連續電流。可燃物是否點燃依賴於電流持續的時間和閃電擊中可燃物的種類。對於較大的可燃物,雷擊引發火災比較依賴於可燃物的含水量,而對於細小可燃物則更依賴於半腐層深度。在各種狀況下,雷擊火的蔓延均與可燃物的含水率密切相關。

雷電是一種複雜的大氣放電現象,它是雷暴天氣的最基本特徵之一,它的變化一定程度上反映了雷暴天氣的活動規律,我國大部分地區年平均雷暴30年來有減少的趨勢,以東南沿海為最,東北地區上世紀80年代以來雷暴頻數居多,有明顯的相反變化。利用大氣環流模式對全球雷電活動進行模擬,表明在全球範圍內每分鐘有79次雷擊,陸海比為12.2,雷電活動多發生於北半球的夏季且具有明顯的季節性特徵。

雷擊火的分佈首先與雷暴系統的路徑有關,其次受植被狀況和地形的影響,溝塘、草甸、河谷草地最容易發生雷擊火。林火的空間分佈模式研究有助於林火發生預報和對火在景觀變化過程中的作用的理解。氣象因子、可燃物因子和地形因子構成了雷擊火發生的火環境,雷擊火主要與雷暴的活動密切相連。

雷暴有地方性雷暴和鋒面雷暴。地方性雷暴是由於地形作用,只侷限於一定的區域;鋒面雷暴是由於冷氣團的作用,暖氣團抬高形成的雷暴,能在鋒面上幾處同時發生。雷擊火的分佈首先與雷暴系統的路徑有關,其次與植被狀況和地形的特性分不開,降水、平均溫度對雷擊火發生起主導作用。

森林雷擊火與地面因子有關,雷擊火多分佈在高海拔地區,雷擊火發生與地形有關,平原地區突出地面高的物體易遭雷擊,山脈相連接地帶遭雷擊的次數明顯增多。溝塘、草甸、河谷高草地最容易發生雷擊火。降水量越大,越不易著火;降水量小於1mm時,對可燃物含水率幾乎沒有影響,大興安嶺林區雷擊火就多發生在降水量小於1mm的乾雷暴天氣;降水量大於5mm時,一般不易發生森林火災,就是已經發生的森林火災,有時也會被澆滅或大大減弱而易於撲救。海拔對雷擊火和人為火的分佈均有一定的影響,雷擊火分佈的海拔總體上比人為火分佈的海拔高,因此,雷擊火的預防與撲救難度要大。

雷擊火預防撲救難度極大

雷擊火常常引發地下火,對林木的根部危害極其嚴重,經濟損失十分慘重。目前世界各國對雷火的控制,多是採用著火後進行及時有效撲救。因此,雷擊火的預測、預報是防雷減災的主要措施。

大的森林的火災往往發生在氣候溫暖時期。變暖會引起雷擊火的發生次數增加,防火期延長。極端火險天氣增加,會導致大面積森林火災更加頻繁。厄爾尼諾事件期間乾雷暴和伴隨的閃電活動增強,由雷擊火引發的過火面積的比例大量增加。季節性降水量和溼度的減少對雷擊火的多發起到決定性的作用。尤其降水減少的月份與雷擊月份相一致。增多的雷擊火源和季節性水分的不均衡性可能在溼潤的氣候狀況下也會引發頻繁的火災。

由雷擊火引發的過火面積的比例大量增加。森林火災的空間分佈受火因、地形、人類活動、氣候變化、可燃物分佈等綜合因素的影響。隨著氣候變化的影響,雷擊火的發生比例有增大的趨勢,撲救困難。雷電發生具有時空隨機性、危險性、瞬時性,特別是不同地區之間閃電特徵的差異性,這些都增加了對閃電、放電引燃物理過程和活動規律認識的難度。雷擊火的發生與雷電發生、可燃物狀況、氣候條件、地形等因素密切相關,這些因素的共同作用,使得雷擊火的分佈具有複雜性,預防監測複雜。

目前對我國雷擊火活動規律的認識仍然不夠全面,雷擊火研究的突破性進展依賴於對雷電起電、放電過程以及與森林火環境之間相關性的充分認識,因此利用衛星、雷達和大氣電場測量系統、人工引雷和野外點燃實驗等手段,對我國雷擊火引燃特徵及其活動規律開展系統研究,加深對雷擊火發生發展特徵的認識和理解。全球變化對雷暴分佈的影響,以及在對可燃物狀況的綜合影響下對雷擊火的影響,以及我們所面臨的與之相適應的林火管理策略,目前對雷擊的發生發展過程認識不足,預防撲救技術顯得薄弱。


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