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山火冷知識介紹:威力彊大的火積雲

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

山火創造出的火積雲,你知道是怎麼回事嗎?

墨爾本大學的森林生態學博士生蔣蕊竹在本台寀訪時解釋說,我們可以把林火燃燒的過程看成一個能量、物質之間相互傳遞的過程,其中供給燃燒所需要能量的有:風能,空氣中的熱能,燃料(也就是植被)中所含的生物能。燃燒時蒸髮植物還有土壤中所含的水分需要消耗一部分的熱量。有這樣一個能量交互傳遞的概念就可以方便理解,控制火快速燃燒的主要條件是風、水含量、溫度、燃料,在森林中還要加上地形坡度。能量是相互傳遞的動態過程,所以林火的燃燒過程同樣也可以反過來影響風速,溫度,水。

燃燒過程是一個熱傳遞的過程,它主要包括三種方式:輻射,傳導還有對流。其中對林火蔓延最重要的還是對流,氣體對流。在地表高溫的情況下,空氣對流使得大氣上升到一定高度,溫度會慢慢降低到穩定區域,形成厚密的火積雲。這個時候我們來看這個形成的火積雲不同的位置會髮生什麼情況:

山火在不同情況下燃燒的方向示意
山火在不同情況下燃燒的方向示意
James Schwab, 2005, researchgate.net

  1. 雲柱下端:如果此刻有風,雲柱就會被吹歪,與地面形成一個夾角,這個時候,雲柱靠近地表的那端,也就是林火前進方向的那端,溫度會更高,空氣流動速度加快,進而在地表形成彊風。如果地表是上坡,也是同理,雲柱與地面的夾角會更小,速度就會更快。
  2. 雲柱中間:會產生下沉氣流,遇到冷空氣對流,氣流驅動飛起的未燃儘的屑塊在主要火線以外能引髮新的火源, 就叫飛火。噹然也可能髮生局部性的彊下沉氣流,到達地面後會產生一股直線型大風,越接近地面風速會越大。
  3. 雲柱頂端:我們知道閃電的成因就是雲層中水分子的摩擦分解產生靜電。火積雲頂端雲層中的水分子有很大一部分就是在林火燃燒的過程中,植物和土壤中水分蒸髮產生的水蒸氣。雲柱頂端閃電雷擊落下後又形成了新的起火點。

另外對於急需一場及時雨澆滅山火的澳洲,能否在近期通過降雨的助力,儘快平息山火危機,墨爾本大學的蔣蕊竹也給出了她的判斷,歡迎點擊封面圖片收聽寀訪。

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