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山火冷知识介绍:威力强大的火积云

火积云的形成和威力 Source: Bureau of Meteorology

山火创造出的火积云,你知道是怎么回事吗?

墨尔本大学的森林生态学博士生蒋蕊竹在本台采访时解释说,我们可以把林火燃烧的过程看成一个能量、物质之间相互传递的过程,其中供给燃烧所需要能量的有:风能,空气中的热能,燃料(也就是植被)中所含的生物能。燃烧时蒸发植物还有土壤中所含的水分需要消耗一部分的热量。有这样一个能量交互传递的概念就可以方便理解,控制火快速燃烧的主要条件是风、水含量、温度、燃料,在森林中还要加上地形坡度。能量是相互传递的动态过程,所以林火的燃烧过程同样也可以反过来影响风速,温度,水。

燃烧过程是一个热传递的过程,它主要包括三种方式:辐射,传导还有对流。其中对林火蔓延最重要的还是对流,气体对流。在地表高温的情况下,空气对流使得大气上升到一定高度,温度会慢慢降低到稳定区域,形成厚密的火积云。这个时候我们来看这个形成的火积云不同的位置会发生什么情况:

山火在不同情况下燃烧的方向示意
山火在不同情况下燃烧的方向示意
James Schwab, 2005, researchgate.net

  1. 云柱下端:如果此刻有风,云柱就会被吹歪,与地面形成一个夹角,这个时候,云柱靠近地表的那端,也就是林火前进方向的那端,温度会更高,空气流动速度加快,进而在地表形成强风。如果地表是上坡,也是同理,云柱与地面的夹角会更小,速度就会更快。
  2. 云柱中间:会产生下沉气流,遇到冷空气对流,气流驱动飞起的未燃尽的屑块在主要火线以外能引发新的火源, 就叫飞火。当然也可能发生局部性的强下沉气流,到达地面后会产生一股直线型大风,越接近地面风速会越大。
  3. 云柱顶端:我们知道闪电的成因就是云层中水分子的摩擦分解产生静电。火积云顶端云层中的水分子有很大一部分就是在林火燃烧的过程中,植物和土壤中水分蒸发产生的水蒸气。云柱顶端闪电雷击落下后又形成了新的起火点。

另外对于急需一场及时雨浇灭山火的澳洲,能否在近期通过降雨的助力,尽快平息山火危机,墨尔本大学的蒋蕊竹也给出了她的判断,欢迎点击封面图片收听采访。

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