全 文 ：森 林 火 旋 风 研 究 进 展*
赵凤君1,2 摇 王明玉1,2 摇 舒立福1,2**
( 1 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所, 北京 100091; 2 国家林业局森林保护学重点实验室, 北京 100091)
摘摇 要摇 火旋风是林火蔓延过程中的特殊火行为现象,与树冠火和飞火关系密切.火旋风的
发生机理在于旋转涡的生成和发展.构建室内火旋风模拟发生装置是当前火旋风研究的常用
方法.在室内模拟试验中,红外热像和热电偶可用于测量火焰温度,高速摄影、三维激光多普
勒和皮托管用于测量火旋风的转速.基于室内实验数据,可构建模拟火旋风发生发展的三维
模型.
关键词摇 森林火灾摇 火旋风摇 发生机理摇 特征摇 模型
文章编号摇 1001-9332(2010)04-1056-07摇 中图分类号摇 S762摇 文献标识码摇 A
Research progress on forest fire whirl. ZHAO Feng鄄jun1,2, WANG Ming鄄yu1,2, SHU Li鄄fu1,2
( 1Research Institute of Forest Ecology, Environment and Protection, Chinese Academy of Forestry,
Beijing 100091, China; 2State Forestry Administration Key Open Laboratory of Forest Protection,
Beijing 100091, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21(4): 1056-1062.
Abstract: Fire whirl is a special fire behaviour that occurs in forest fire, and closely linked with
crown fire and spot fire. Its generation mechanisms lie in the generation and development of rotating
vortex. Establishing fire whirl simulation devices is one of the common research methods. In labora鄄
tory simulation tests, infrared thermography and thermocouple are adopted to measure flame temper鄄
ature, while high鄄speed photography, three鄄dimensional laser Doppler, and Pitot tubes are used to
measure fire whirl rotating speed. On the basis of experimental data, three鄄dimensional fire whirl
models can be constructed.
Key words: forest fire; fire whirl; generation mechanism; characteristics; model.
*国家自然科学基金项目(30872037)、中央级公益性科研院所基本
科研业务费专项(CAFRIFEEP200809)和国家林业局重点项目(2006鄄
84)资助.
**通讯作者. E鄄mail: shulf@ caf. ac. cn
2009鄄12鄄03 收稿,2010鄄01鄄09 接受.
摇 摇 林火快速旋转式向前蔓延的现象,称为火旋风.
火旋风是林火蔓延过程中常见的特殊火行为现象,
其实质为火场区的大气涡旋运动. 火旋风的出现使
林火运动的方式发生改变,螺旋式的强烈上升运动
能卷挟起大量的燃烧屑块,并散布到火区以外很远
的地方,从而形成新的火源;同时,由于火旋风的存
在,火头和热流方向会发生突变,给扑火人员的生命
安全带来极大的威胁. 除在林火蔓延过程中可观察
到火施风外,在过火林地也很容易发现其痕迹. 例
如,金晓钟等[1]1994 年 4 月在内蒙古红花尔基樟子
松过火林地上发现,被树冠火烧黑的树冠中夹杂着
未烧的林木,呈多圈圆弧形分布.这就是火旋风过后
留下的痕迹.
火旋风波及的面积和强度的变化范围较广,有
直径小于 1 m的小火旋风,也有面积和强度与小型
龙卷风相似(地面直径达数百米)的大火旋风.即使
小火旋风也有高速旋转运动和上升气流,足以抬升
一定大小的可燃物. 火旋风是高能量火的主要特征
之一,在林火蔓延中通常表现为大型旋转火焰,不仅
能加速燃烧,还可以产生巨大的吸力和抬升力,把燃
烧的碎片、原木,甚至建筑物运送到火场以外数千米
远的地方[2] . 1871 年 10 月芝加哥发生的使 300 人
丧生的大火灾中,燃烧着的木板被火旋风抛到离主
火区 600 m远的地方 郾 Musham[3]认为,这次火灾中
毁坏的建筑物绝大部分是被火旋风挟带的燃烧物引
燃所致.在芝加哥大火发生的同一天,另一场更大的
火灾毁灭了 Peshtigo[4] .火灾中有 2500 人丧生,火场
烧焦面积达 1郾 5伊106 hm2 .目击者称,火旋风样的火
球冲入城镇,把一所房子抬升至半空中. 据专家估
计,此次火旋风的能量相当于 F5 级(最强)龙卷风.
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 4 月摇 第 21 卷摇 第 4 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Apr. 2010,21(4): 1056-1062
Graham[5-6]曾详细记录了 1950—1953 年间发生在
西北太平洋地区森林火灾中的 28 次火旋风现象.火
旋风使胸径为 102 cm 的花旗松(Pscudotsuga menz鄄
iesii)树干扭曲,并从离地 20 英尺的地方断裂;火旋
风还把一根直径为 1 m、长 10 m的圆木拖离原地约
几十米.火旋风是一种速度极快的旋涡状热气流,它
的理论转速可达 23000 ~ 24000 r·min-1,水平分速
在 8郾 9 ~ 11郾 2 m·s-1,气流的上升速度达 12郾 2 ~
15郾 2 m·s-1,可使可燃物的燃烧速度增加 3 倍,甚
至更多[7-8] .
火旋风是一种会带来灾难性后果的特殊火行
为,因此,火旋风现象在林火研究和实际林火管理中
受到较多的关注[9-10] .本文从火旋风的发生机理、研
究方法、国内外研究现状及火旋风与特殊火行为的
关系几个方面出发,对当前火旋风的研究文献进行
了综述,以加深对火旋风的认识和理解,并为林火扑
救和火旋风的模拟研究提供参考资料.
1摇 火旋风发生的机理
2005 年 6 月 30 日下午,在美国堪萨斯州,为了
清除田地里的麦茬而进行的计划性烧除引发了一场
大的火旋风(宽 300 m,高 200 m,持续 20 min). Um鄄
scheid等[11]将雷达、卫星及地面观察得到的影像进
行了综合分析后,得出结论:虽然火旋风与龙卷风在
形式上不同,但它们的发生机理是相似的,都需要一
个垂直涡的存在. McRae等[12]对加拿大安大略省计
划性烧除中出现的火旋风进行了详细的汇总分析,
把火旋风分为两类:第一类火旋风较小,且成对出现
于对流柱的背风面,因为这些地方总是有涡旋气流
存在;第二类火旋风是在整个对流柱开始旋转后生
成,且总是同时伴随着高强度的火暴出现.由此可以
看出,火旋风现象是与旋转运动相联系的.这些旋转
运动有的属于环境气流中的涡旋对火区热流的作
用;有的是火区热流引发而产生的涡旋;或者是二者
的相互作用.
作为自由大气中的一种涡旋现象,火旋风的产
生主要是由于流体的斜压性,即流体的密度不仅是
压力的函数,它还与其他参数如温度、湿度等有关.
此时,流体的等压面与等容面不再重合,而是相互交
叉形成压容力管;压容力管决定着垂直涡的产生,垂
直涡是火旋风形成的必要条件[13] .环境大气中的垂
直涡,一方面可由水平涡旋因涡轴转向而形成,更多
的由大气运动受到地形作用而产生[1] .
Emmons等[14]认为,火旋风的形成需同时具备
3 个条件:环境中的旋涡源、涡旋浓缩机制和一个能
让火旋风稳定旋转和成长的外部环境. 环境中的旋
涡源可由近地边界层水平风的垂直切变、地球自转
及空气越过山脊或山坡形成的风切变而产生. 涡旋
的浓缩则源于火场对流柱中空气的上升. 在燃烧初
始,火焰上空形成一个炽热的燃烧气团,并在火焰所
包围的加热面内不断扩展.当热气团扩展后,浮力克
服了表面吸引力,热气团破裂,并以涡流环流的形式
离地上升.由于其基面不断被火焰加热,涡流环流不
断上升,与此同时,在基部吸入周围大量的新鲜空
气,形成了对流柱. 对流柱上升过程中,其内部扰动
和混合的涡流环流有两种形式:单线涡流环流和双
线涡流环流.涡流环流的形式取决于着火后与达到
最大燃烧速度之间的时间长短、燃烧的状态,以及火
场的地形等方面因素. 缓慢燃烧的火有利于形成单
线涡流环流,单线涡流环流在风的水平力和向上浮
力的共同作用下,容易发展成火旋风[2] . Mayle[15]研
究认为,对流柱浓缩机制使水平涡旋转入垂直方向,
并拉伸涡管.根据角动量守恒,被拉伸的涡管会产生
更快速的旋转,并产生较低的轴向压力,随之会卷吸
入更多涡丰富的空气.同时,涡管旋转结构产生的离
心力抑制了涡管核心附近的湍流,减少了火旋风柱
从涡管核心向外扩散.
在物理化学本质上,火旋风是一种包含化学反
应的有旋流动,可以看作是有一定圆形截面的直线
涡.一般可以简化为由两个部分组成:一是火旋风的
中心高温区,也称核区;二是核区外围的涡旋区. 目
前对于核区的流动情况了解得还很少,但是从一些
外场的观测和模拟试验可以假定,核区有类似于刚
体的转动,它具有相同的角速度(但角速度随高度
增加而减少);此外,还有很强的上升运动. 金晓钟
等[1]根据核区热气流和核外冷态空气的平均密度
比,计算出热涡底部贴近核外围的周向速度,结果表
明,对于高度 500 m、核内外气体密度相对变化 5%
的热涡,其周向速度可以达到 15郾 5 m·s-1(7 级大
风).可见,强火旋风具有更大的毁坏能力.
研究火旋风的产生机理,关键在于研究旋转涡
的生成和发展规律,所以试验模拟和理论分析工作
都是围绕这个重点进行的[16] . 按照旋转涡轴的走
向,可将火旋风分为两种类型:立轴式火旋风和水平
轴式火旋风.立轴式火旋风的旋转涡轴在近地层是
垂直向上的,当前实验室内通过模拟装置产生的火
旋风大多属于这种类型[17];水平轴式火旋风的旋转
涡轴在近地层是水平向前的,火旋风多呈螺旋形向
75014 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 赵凤君等: 森林火旋风研究进展摇 摇 摇 摇 摇 摇
前发展.通常认为,水平轴式火旋风的形成是水平管
状涡的作用.水平管状涡除自然生成外,也可由环境
风的作用下垂直管状涡涡管方向改变而产生[1] . 在
美国和加拿大发生的几场森林火灾中已经观察到了
水平轴式火旋风现象.一般认为,水平轴式火旋风与
树冠火有密切关系,针叶林容易发生树冠火.因为这
类林木的油脂含量多,热解、气化后产生的挥发性可
燃物气体的量大,可以在树木的上方形成较浓的可
燃气,从而导致树冠火[18] .
2摇 研究火旋风的方法
在林火蔓延过程中,气象、地形、可燃物分布,以
及气流结构的多变性使林火行为和伴随产生的涡旋
表现出随机性和复杂性,使得人们不能及时地观察
和了解火行为的整个过程和涡旋特性. 目前针对火
旋风的研究工作许多都是在实验室内完成的,可分
为两大类:一是实验模拟,通过一定的装备设置在室
内模拟火旋风的发生;二是理论分析,利用计算机对
火旋风的形成进行大量的数值模拟. 实验模拟工作
又分为两种情况:一是采用强制的方法,先使火焰旋
转起来,然后再研究旋转的条件和各个参数之间的
相互关系,对火旋风的形成、发展过程进行研究;二
是采用改变各种参数的大小、变化的先后顺序等,研
究火焰旋转的条件及变化过程.
2郾 1摇 火旋风模拟发生装置
在火旋风的实验模拟中,燃烧羽流会因自然对
流而上升,如果有边缘侧向气流的作用,便会产生力
矩使上升气流发生旋转,由于离心作用, 低密度的
气体必然会集中到中心区域,从而加强了上升气流,
由此形成火旋风.根据火旋风的发生机理,不同的研
究人员设计出不同的火旋风发生装置.
最早的火旋风模拟装置是由 Emmons 等[14]设
计的.在燃烧的小油池的外面放一个上下开口的有
机玻璃圆桶,然后旋转有机玻璃圆桶获得一个旋转
火焰.这种发生装置的优点是可以有效控制旋转速
度,缺点是不方便进行观测. 范维澄等[18]的实验装
置则是用一块 50 目的金属网,制成一个直径为 30
cm、高 85 cm 的圆筒,下端用一个直径为 6 cm 的电
炉加热,实验时使圆筒绕其轴线旋转,研究旋转速度
与加热量之间的关系. 随着旋转速度的增加,高温、
低密度的气流向中央轴线处集中,使上升气流变细、
变长,之后,平均密度变小,浮力作用增加,上升气流
的速度增大,下端的电炉改为火焰,就会形成旋转的
火焰(火旋风).秦俊等[19]在油盘上罩上一旋转的、
带有对称竖直槽的圆管,槽的一边管壁沿截面圆展
开,在空气中加入超细水雾作为示踪粒子,使其切向
进入旋转发生桶,驱动桶内流场旋转,受浮力作用中
心羽流竖直会向上流出,从而产生火旋风. Satoh
等[20]则利用 4 块垂直壁面形成导流板,气流由边角
的缝隙卷吸而入,底部中心放置火源,燃烧后,空气
由四侧进入,产生旋转形成火旋风.该装置可通过改
变进风缝隙大小来改变火旋风的环境剪切流场. 张
林鹤等[17]将 Satoh等设计的火旋风发生装置进行了
改进,设计了一个在边角对称开有缝隙的六棱柱体
火旋风发生装置.与四边形装置相比,水平截面更加
趋近于圆,从而减少了剪切流的能量损耗,加强了火
旋风的稳定性.
Kuwana等[21]和 Emori等[22]的火旋风模拟实验
是在大型风洞中进行的,分别以 1 / 1000 和 1 / 2500
的比例对野外环境进行模拟.在风洞实验中,通过改
变外来气流流速的大小以寻求火旋风的诱发条
件[23] .关胜晓等[23]通过在热风洞中模拟森林火灾
发生的环境条件,对森林火灾旋涡机理进行了研究,
其全部实验装置固定于热风洞中,并设置圆柱用于
简化模拟森林环境中突出的障碍物(如巨石、粗大
的树干和房屋等);燃料床宽度为 60 cm,长度可变;
燃料为马尾松针,燃料厚度和密度可以控制,以达到
改变火线强度的目的.
夏云春等[24]认为,对于燃料来说,由于燃烧过
程中火焰内部燃烧的不完全性,必然会产生一定数
量的离子、离子团和烟尘粒子.这些粒子都是带有电
荷的极性分子.在外加旋转磁场的作用下,这些带有
电荷的极性分子会改变其原有的运动状态,由原来
的无序运动变为有序运动. 同时,由于磁场的旋转,
这些带有电荷的极性分子也会跟随磁场以某一角速
度作旋转运动.这时,由于带电粒子的旋转,首先在
火焰的磁边界层内形成一定的涡度,同时,由于流体
的运动,涡量向流体的核心传递,使火焰的燃烧条件
得到改善,火焰的卷吸作用也得到加强.当火焰中带
电粒子的数量足够多,并且其旋转的强度达到一定
程度时,由于带电粒子和燃料燃烧的气体产物,以及
未燃烧的气体共同组成的气体混合物之间的摩擦作
用和卷吸作用,克服了火焰本身的惯性作用,就会引
起整个火焰的旋转,形成旋转火焰. 基于以上机理,
夏云春等[24]设计的火旋风发生装置为通过磁场的
旋转激发一个旋转火焰.实验装置由旋转系统、燃烧
系统、控制系统及相应的测量装置等 4 个部分组成,
旋转系统采用直流电机. 火旋风模拟装置中所用的
8501 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
燃料主要有:酒精、丙醇、正庚烷、汽油、柴油和地表
枯落物等[17,23-25] .
2郾 2摇 火旋风特征参数的测量
2郾 2郾 1 火焰温度测量摇 火旋风过程中火焰的温度是
研究者最关心的参数,主要测量方法有两种:红外热
像[26]和热电偶[17,23] .利用红外热像仪能获取红外不
透明物体(固体或液体)表面的瞬时红外热图像.当
固体或液体表面的反射率(辐射发射率)已知时,很
容易测试目标表面的温度分布. 该方法属于非接触
式测量,不会对流场造成干扰. 但在火旋风实验中,
由于要避免对火旋风周边的剪切流造成影响,红外
热像仪只能隔着玻璃进行测量,势必影响测量结果
的准确性.这种测量方法还受着燃料条件的限制,常
用的汽油和柴油在燃烧中会产生大量的烟气,也会
对测量准确度造成较大的影响.因此,现在有很多研
究人员通过布设热电偶得到火旋风火焰的温度分
布.
2郾 2郾 2 转速测量摇 用于测量火旋风转速的方法主要
有 3 种:高速摄影[123]、三维激光多普勒[27]和皮托
管[17] .高速摄影通过分析质点在不同帧画面的位移
量得出运动速度值,其精确性依赖于画面质点的相
关性和软件计算方法;三维激光多普勒利用运动微
粒散射光与入射光之间的频移来获取速度信息,其
所测流速并不是流体质点的真实速度,而是悬浮于
流体内的对入射光起散射作用的微粒(示踪粒子)
的运动速度.火旋风的粒子场密度较低,不同区域的
气体组分也不相同,给示踪粒子的选取带来了较大
困难;实验中产生的大量烟气同样影响上述两种测
量方法.与皮托静压管相比,皮托管开口较大,能在
尘土颗粒较多的气流中测量,特别是在燃烧烟气环
境下能正常工作(工作温度可达 1500 K).
2郾 3摇 火旋风的数值模拟
由于室外火旋风再现过程比较困难,因此在实
验室模拟得到火旋风发生物理模型的基础上,对其
进行数值模拟具有重大的理论和现实意义. 火旋风
是一个多相的燃烧过程,有一系列的组分、能量以及
质量的交换,主要可以归结为一组偏微分方程的控
制方程组,其中包括连续方程、动量方程和能量方
程,通过对控制方程以及边界条件的一些合理处理,
研究火旋风内部的温度场分布,以及不同进气速度
对火旋风内部温度场的影响,进而分析其对火旋风
的影响[28-30] .三维模型可较好地模拟室内诱发火旋
风的发生和发展[31-33] .
3摇 火旋风研究现状
3郾 1摇 火旋风的基本特征
秦俊等[27]采用三维激光多普勒测速计 LDV
(Laser Doppler Velocimeter)对火旋风的研究发现,
火旋风的正视截面形状类似于长方形,比较规则,而
且在稳定燃烧时,火焰的形状和面积基本保持不变;
火焰的形状类似于圆柱体,且火焰高度与直径比约
为 8 颐 1,这种长宽比比一般火焰大得多. 火焰的高
度直径比大的原因在于火旋风的轴向速度比径向速
度大,这是火旋风特有的物理现象[34] .张林鹤等[17]
研究发现,大燃料盘条件下(直径 26 cm),火旋风的
火焰温度基本上保持在 700 益 ~ 900 益;火焰温度
和热值没有关系,热值最低的酒精,其火焰温度反而
相当高;火旋风状态下的燃料燃烧时间基本上都显
著降低,表明火旋风的诱发使得燃烧速率大大增强,
汽油和柴油在火旋风状态的燃烧比自由状态燃烧所
需时间大约减少了一半.秦俊等[34]的研究也得出了
相同的结论,即火旋风燃烧的最高温度和燃烧速率
都比油池火高.这说明火旋风的旋转效应增强了燃
料的燃烧,其燃烧比池火充分. 周建军等[35]的研究
还发现,火旋风水平截面的温度分布并非中心温度
最高.在测量截面上,燃气没有全部燃烧,旋涡中心
缺乏足够的氧气,最外部由于对流传热,均未能达到
最高温度,而稍偏离中心的地方有更多机会得到较
多的空气,所以温度最高.
3郾 2摇 来流变化对火旋风的影响
在火旋风的实验模拟中,外来气流的变化对火
旋风会产生显著影响.张孝华等[28]在火旋风三维数
值模拟中发现,随着切向速度的增大,火旋风外形发
生紧缩,其中心地带有着很高的温度梯度,各向的温
度差异也很大.外来气流能改变火旋风的燃烧结构,
由此改变火旋风内部各区域的温度分布;在来流速
度达到 1郾 0 m·s-1后,火焰面外移,形成中心的空心
区域,中心温度急剧降低,外层区域温度迅速升高;
在来流速度为 2郾 0 m·s-1时,这种现象达到峰值,此
时的火旋风中心区域温度最低. 随着来流速度进一
步增大,中心区域温度缓慢回升,外层温度和次外层
温度缓慢降低,趋于稳定的值;在来流速度使得空心
燃烧现象最明显时,火旋风的存在时间最长;来流使
得火旋风旋转速度增加,火旋风整体的旋转增强;而
各层旋转速度增幅是有差异的:越靠近火旋风底部,
95014 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 赵凤君等: 森林火旋风研究进展摇 摇 摇 摇 摇 摇
转速增幅越大;越靠近火旋风顶部,转速增幅越小.
这种差异增加了各层之间的相对运动,使火旋风螺
旋状上升运动进一步加剧[36] . Zhou 等[37]研究中发
现,转速对火焰高度产生显著影响,随转速的降低,
火焰高度首先降低到最低值,这是因为转速降低使
流入边界层的风的初始垂直速度变小,同时卷吸作
用减弱,减少了火焰上升的时间;随后,火焰高度又
开始增加,这是因为转速降低使旋转中心的压力减
少的缘故.
3郾 3摇 火旋风的旋转方向
夏云春等[38]研究发现,对于羽流驱动的旋转火
焰(plume鄄driven fire whirl),由于火焰的斜压性和
Coriolis力离心力的共同作用,火焰发生旋转. 其旋
转的强度与等压线和等容线的交角有关,亦和旋转
火焰的燃烧强度有关;同时,在 Coriolis力的作用下,
火焰旋转方向受地球自身旋转惯性的影响,在地球
上任意一点,其火焰旋转角速度的方向都与地球自
转的旋转角速度的方向相同. 在无外界其他干扰情
况下,地球的北半球易使旋转火焰沿逆时针方向旋
转;而在地球的南半球,则多发生顺时针方向旋转的
旋转火焰.
4摇 火旋风与特殊火行为
火旋风属于一种特殊的火行为现象,与其他特
殊火行为,如飞火、树冠火等的发生也密切相关.
4郾 1摇 火旋风与飞火
飞火是一种特殊的林火传播形式,当火焰强度
足够大时,火区强烈的气流可使未燃尽的屑块飞起,
降落到火线以外,从而引发新的火源.飞火距离常常
达几公里,有时可达几十公里或更远.由于飞火的形
成,实际林火过程中的火焰传播速度常常大于由经
验预测的林火蔓延速度,飞火在火线前部形成的火
源会使消防人员陷入火海之中,给扑救决策造成困
难.
火旋风与飞火的发生密切相关.钟钊新等[39]对
着火物在火焰旋涡流场中运动规律研究发现,在火
旋流场作用下,离火场中心较远的物体,可被卷入火
场,并绕中心旋转,从而可能在火场中被点燃和燃
烧;离火场中心较近的物体,可被火旋流场搬运到较
远的地方,有利于形成飞火传播;在火焰旋涡流场作
用下,着火物沿流线运动并被带到高空,其上升形式
有辐散扩展上升和辐合卷吸上升两种形式,如果着
火物在高空中遇到横向风,则将被横向风带离原地,
形成飞火物而使火灾蔓延;初始为静止的着火物,在
火旋流场中被加速后,速度可达到每秒几十米,为形
成飞火传播提供了一定的速度条件. 火旋流场之所
以能把物体卷入火场,是因为在火旋流场的上空存
在着一个负压区,由于负压的作用,可燃物被吸入旋
涡,在风的作用下,将其吹至别处,引起新的火
源[35] .
4郾 2摇 火旋风与树冠火
树冠火是指在树冠层内蔓延的林火,其火强度
远大于地表火,针叶林比阔叶林更易发生树冠
火[2] .树冠火与火旋风关系密切,火旋风易引发树
冠火,树冠火也易导致火旋风,二者相互作用,使林
火的蔓延速度显著增加. 1994 年 4 月,内蒙古红花
尔基“4·16冶特大森林火灾中,树冠火导致大面积
林木被烧毁,在过火迹地上发现了火旋风留下的痕
迹,即被烧焦的树冠中夹有未过火树冠,呈一圈圈的
圆弧状[40] .
4摇 展摇 摇 望
目前的火旋风研究主要集中在室内火旋风的模
拟.火旋风的诱发机制及不同诱发条件对火旋风特
征参数的影响,在室内模拟和理论分析方面都取得
了一定的成果.但野外开放条件下火旋风的发生机
制,不同的可燃物、气象、地形、大气等耦合条件下的
火旋风动力学机制则少有文献涉及;树冠火引发火
旋风这一高强度特殊火行为现象的机制尚未见报
道,火旋风与树冠火、飞火之间的耦合机制尚不清
楚.
今后火旋风的研究重点为以下几个方面:
1)火旋风诱发机制研究:勘查野外火旋风发生
地的环境条件,收集相应的气象资料、可燃物资料
等,在实验室中模拟野外森林火灾典型燃烧条件,研
究野外火旋风的诱发机制.
2)火旋风实验模拟研究:在实验室内通过改变
诱发条件,确定不同诱发条件下火旋风的特征参数
及火旋风的结构特征.
3)火旋风数值模拟研究:在实验室模拟研究得
到火旋风诱发条件和火旋风特征参数的基础上,通
过计算机进行大量理论分析和模型构建工作.
4)火旋风与树冠火、飞火耦合机制的研究:开
展三者间耦合发生机制的研究,即树冠火如何诱发
0601 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
火旋风,火旋风如何诱发飞火等.
参考文献
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作者简介 摇 赵凤君,女,1971 年生,博士,助理研究员. 主要
从事火干扰与火生态研究. E鄄mail: zhaofengjun1219@ 163.
com
责任编辑摇 李凤琴
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