炎が上がり始めます。 マイク・ヘックが跳ね返ります。 巻きひげは風に揺れながら上向きになめ、炎の渦に合体し、白熱の竜巻がオレンジと赤で身もだえする。 「そこに行く！」とある見物人は言います。 別の驚きのhist。
しかし、誰も心配していません。 ヘックは意図的に火をつけ、コンクリートのブロックが並んだ部屋の床にある液体の鍋に火をつけて、炎を閉じ込めました。 頭上に吸引フードがあり、煙が近くの教室に押し寄せるのを防ぎます。
ヘックの上司であるカレッジパークのメリーランド大学の火災科学者マイケル・ゴルナーは、彼の研究室で火の旋風として知られるそのような燃え上がる柱を定期的に思い起こさせます。 （Gollnerと同僚は、2018年の流体力学の年次レビューでこれらの現象の科学を調査しています。）それらから、および他の燃えるような実験から、彼は都市や風景が燃えるにつれて炎がどのように激化して広がるかを学ぶことを目指しています。 ゴルナーの目標は、家から家へ、そして木から木へと、火がどのように飛躍するかをよりよく理解することです。
特に北米西部では、山火事がより過激になっているため、火災行動に関する新しい洞察を集めることがますます緊急になっています。 1980年代半ばから、米国西部の森林、特にロッキー山脈北部で大きな山火事が突然より一般的になりました。 最近では、太平洋岸北西部の森林で山火事の規模が最大に増加し、2003年から2012年にかけて1973年から1982年の平均と比較して、約5, 000パーセントの火傷面積が増加しました。 全国的に、2000年以降の年間の平均焼却面積は、1990年代の年間平均のほぼ2倍です。
そして、この2年間で、いくつかの致命的な地獄がカリフォルニアの一部を焼却しました。 2017年10月にサンタローザとその周辺で5, 600を超える建物が焼失しました。昨年7月のレディングでは、ゴルナーの研究室のような回転する「ファイアナド」が噴出しました。消防士を殺すために。 同じ月、メンドシノと他の3つの郡で火事が広大な面積を燃やしました。 4ヵ月後、パラダイスのキャンプファイヤーで85人が亡くなりました。その多くは車の炎から逃れようとして焼却されました。
記録破りの破壊
州の最近の火災は、カリフォルニア州で最大かつ致命的で最も破壊的な山火事の記録を打ち立てました。 コロラド州ボールダーの国立大気研究センターで山火事を研究している大気科学者のジャニス・コーエンは、「自然は驚くべき一連の出来事をもたらし、それぞれが以前のものを上回っています」と述べています。 彼女と他の人たちは、「これは過去と違うのですか？ 何が起きてる？"
米国のすべての山火事の総数は、過去数十年で全体的に増加していますが、年々変動しています。 それらの山火事で燃やされた総エーカーは、少し劇的ではあるが、同様の上昇傾向を示しています。 米国西部の山火事に焦点を合わせた研究は、近年、大規模な火事の数が明らかに増加していることを示しています。 （National Interagency Coordination Center / Knowable Magazine） 多くの要因が、この前例のない野火による荒廃の拡大を促進しました。 何十年にもわたって火が反射して消火し、火が燃える低木や樹木が未燃地域に蓄積するのを許可しました。 気候変動により、気温が上がり、雨や雪が少なくなり、燃料が枯渇して燃える可能性が高くなります。 （1984年以来、米国西部で焼かれた森林面積がほぼ2倍になったため、人為的な気候変動が非難されています。）一方、より多くの人々が野生地帯に移動し、成長し始めます。
コーエンと他の科学者は、通常の炎が壮大な大火にエスカレートする原因を明らかにするために物理学を利用しています。 これを行うために、何人かの研究者は山火事の端まで走り、渦巻く煙雲を通して見ることができるレーザーとレーダー装置で彼らの秘密を探ります。 他の研究者は、燃料と地形だけでなく、火と大気が相互にフィードバックする方法によって駆動される、炎が風景を横切る様子を記述する最先端のモデルを開発しました。 また、ゴルナーのような他の研究者は、ある家が発火する可能性がある理由を解明するために実験室の実験を考案しています。
このような調査結果は、人々がより激しい山火事で将来に向けてどのように準備できるか、そしておそらく消防士がより効果的にそれらと戦うことができることを示すかもしれません。
火の天気
火事との戦いについては、「過去に火災が発生したことを多くの人が見ていることに大きく依存しています」と、ネバダ大学リノ校の気象学者であるニール・ラローは言います。 「個人的な深い経験は本当に価値がありますが、雰囲気が私が外れ値モードと呼ぶものになると、つまり、あなたが今まで見たことのない何かを目撃するとき、それは崩壊します。」
そのため、Lareauは、火災が発生したときに火災に関する情報を収集し、いつか消防士が炎と戦うときに特定の警告を発することを望んでいます。 彼は多くの学術研究者よりも危険を理解しています。カリフォルニアのサンノゼ州立大学のクレイグクレメンツが率いる有名な火災気象研究チームの一員として、できる限り山火事に近づこうとして3つの夏を過ごしました。
中西部の平野で竜巻を追いかけるストームチェイサーのように、ファイアチェイサーは何にでも備える必要があります。 彼らは消防士の訓練を受け、消防隊がどこに移動するかを予測する方法と、緊急時に防火シェルターを配備する方法を学びます。 彼らは連邦政府の緊急事態管理システムに登録しているため、一般の人々が立ち入ることができない地域に公式に招待することができます。 そして、彼らは、アクティブな火災から上昇する灰と煙の煙を貫通するために、トラックの1台の後ろにある洗練されたレーザースキャン機で移動します。
「レーザーを物事に向けるだけで、過去に文書化されていないものを見始めました」とラローは言います。 初期の発見には、スモーキーな空気が外側に押し出され、澄んだ空気が内側に折り畳まれている間に火のプルームが広がる理由と、回転する空気柱がプルーム内でどのように形成されるかが含まれます。 「火と大気のプロセスが相互作用するこの魅力的な環境があります」と彼は言います。
火炎雲雲は、山火事または火山噴火から発生する熱を形成し、放出します。 煙のプルームが上昇すると、それは冷却されて膨張し、大気中の水分が凝縮して雲になり、稲妻や火災を引き起こす可能性があります。これは、本質的に火から生まれる雷雨です。 （オーストラリア気象局、Knowable Magazine） 「火の天気」の最も劇的な例の1つは、雷雨のような雲が火の上に見える場合があります。 パイロ積乱雲と呼ばれ、大気中の湿度が比較的高い場合に形成されます。 灰と熱い空気のプルームが火から急速に上昇し、上昇するにつれて膨張して冷却します。 通常、約15, 000フィートの高さのある時点で、空気中の水蒸気が凝縮して雲になるまで十分に冷却されます。 結露はプルームにより多くの熱を放出し、プルームを再活性化し、高さ40, 000フィートまで上昇する明るい白い雲を生成します。
サンノゼ州のチームは、雲底の下で、プルーム内の対流によって空気が時速130マイルに近づく速度で上昇する可能性があることを発見しました。 火が大きくなればなるほど、上昇気流に引き込まれる空気が多くなり、全体の燃焼が激しくなります。 また、まれに、下に炎の竜巻が発生することもあります。
激しい竜巻の誕生
Lareauは、2018年7月のレディング近郊のCarrの火災中に、ほぼリアルタイムで火の形を見ました。この場合、彼はトラックにレーザーを持っているのではなく、レーダーデータを見ているコンピューターに座っていました。 ローカル予報に使用されるような気象レーダーは、空中を移動する灰などの小さな粒子の速度を追跡できます。 カー火災が発生すると、Lareauは成長中の火災から約90マイルの軍事基地からレーダーデータを引き出しました。 大気中の異なるレベルで灰が反対方向にどのように移動するかを観察することにより、彼はプルーム内の大気の回転がどのように縮小し、激化しているかを見ることができました。 回転中に腕を引っ張るフィギュアスケート選手のように、回転は収縮して速度を上げ、まとまった渦、つまり大きな灰プルームに埋め込まれた竜巻を形成しました。
ラロウと同僚は、オーストラリアの2003年の暴風雨の後、ピロ積乱雲のために竜巻が形成された2番目の既知の例にすぎないことを12月にGeophysical Research Lettersに書きました。 火は雲を生成する最初の熱を提供し、その後、竜巻を生成します。 「回転の崩壊につながるダイナミクスは、火によって駆動されるだけでなく、クラウド自体によっても駆動されます」とラローは言います。 「これは実際、この場合の違いは、あなたのより庭のような火の渦と比較されます。」
大火の最中にツイスターを想像してみてください。Carrの火がなぜ壊滅的だったのかは簡単にわかります。 風速が時速140マイルを超えると、竜巻は電気塔を倒し、電柱に鋼管を巻きつけて4人を殺しました。
このパイロ積乱雲は、2004年にアリゾナ州ペイソンの近くのウィロー火災でro音を立てて存在しました。以下は暗い煙の噴煙です。 上記は驚くほど白い凝縮した水滴の雲です。 （Eric Neitzel /ウィキメディアコモンズ） 炎の次の動きを予測する
Coenが山火事をモデル化する原動力は、この種の破壊です。 彼女は消防士の娘であるピッツバーグのすぐ外側で育ち、後に風、渦、その他の大気循環が炎の広がりを促進する方法に夢中になりました。 風景を横切る空気の流れに応じて、火災は移動する場所に移動します。おそらく、2つの部分に分かれてから再び合流するか、火のラインに沿って小さな渦や渦を吹き飛ばします。 「森林官は、火災を燃料および地形と考えています」とコーエンは言います。 「気象学者として、私たちは多くの現象を認識しています。」
1980年代と1990年代に、気象学者は、複雑な地形上での空気の流れを説明する気象モデルと、火災の挙動を予測する気象モデルをリンクし始めました。 そのようなシステムの1つである、モンタナ州の米国森林局のミズーラ火災科学研究所で開発されたコンピューターモデルは、現在、連邦政府機関で定期的に使用され、火災の拡大を予測しています。
Coenはさらに一歩進んで、気流を取り入れた大気と火災の共同モデルを開発しました。 たとえば、急な地形でのピークの周りの風のうねりや崩れ方をよりよくシミュレートできます。
彼女のモデルは、2018年11月8日にスタンフォード大学で「山火事の理解と予測」という講演を予定していたときに、驚くほどリアルになりました。 前夜、プレゼンテーションに取り組んでいる間、彼女は、パシフィックガスアンドエレクトリックカンパニーが、強風が予測されるため、シエラネバダの丘陵地帯の一部の機器をシャットダウンすることを検討しているという報告を見ました。
翌朝、彼女はシンポジウムに行ったが、後ろに座ってインターネットを検索し、緊急ラジオ放送を聞いた。 同僚が話したとき、彼女はスキャナーのトラフィックを追跡し、北カリフォルニアで火災が発火し、パラダイスの町に向かって急速に広がったと聞いた。 「そのとき、プレゼンテーションを開始する必要がありました」と彼女は言います。 「風で、避難がどれほどひどかったのか、恐ろしい出来事になるだろうと言うことができた。 しかし、その時点では、カリフォルニア史上最も致命的なものになるとは知りませんでした。」
彼女が聞いたこれらの強風は、火がどのように広がり、パラダイスを飲み込んだかを決定づける重要なものとなった。 強い下り坂の風が炎を激しく森林に覆われた町に押し込みました。 モデルの物理学によれば、それは完全に予測可能でした、とCoen氏は言います。「これらの微細な循環を見ると、多くの奇妙なことが理にかなっています」
もう1つの例は、2017年10月にサンタローザを壊滅させ、わずか3時間で12マイルにわたってro音を立てたタブスの火災です。 Coenのモデルは、ディアブロ風と呼ばれる気流がどのように景観を横切るかを探ります。 安定した空気の層が、サンタローザの上の複雑な地形の上を素早く滑ったことがわかりました。 山の尾根に当たった場所では、高速風の爆発が発生しました。 驚いたことに、風の破裂は最高峰からではなく、風下にあるより小さなピークのセットから外れました。 彼女のモデルによると、時速90マイルに達するこれらの風の爆発のいくつかの場所は、おそらく電気機器の故障が原因で、火災が発火した場所に対応しています。 Coenは、12月に米国地球物理学連合の会議でワシントンDCでの作業について説明しました。
Coenのモデルは、Tubbsの火災と同じ暴風で始まったRedwood Valleyの火災の説明にも役立ちます。 （48時間の間に北カリフォルニアで14の個別の火災が発生しました。これは、内陸の高圧気象システムがディアブロの風を沖に押し上げたためです。）しかし、この場合、山には7マイルの幅のギャップがありました急いで、圧縮し、スピードアップすることができます。 Coenによれば、それは風の狭い川のようなもので、伝統的な天気予報や火災予報では見つけるのは難しいでしょう。 「気象データを見て、この状況が他の状況と比べて異常であるとわかった場合、あなたの心はそれを却下する傾向があります」と彼女は言います。
しかし、予報官は、これらの高速風速測定値に注意を払う必要があります。 彼らは、非常にローカライズされた、そして非常に危険な何かが起こっていることを示している可能性があります。
スパークから燃焼まで
Coenのような研究者は、火の周囲の広がりを追跡して、アクティブなファイアラインがどこに移動するかを予測します。 しかし、物理学は、科学者が別のタイプの火の広がりをよりよく理解するのにも役立ちます。風が残り火を捕らえて火の前線の何マイルも先にロフトするとどうなりますか。 それらが上陸すると、これらの残り火は、葉の山、デッキ、または他の可燃性のものに点火する前に数時間くすぶることがあります。 これは、主要な消防ラインに留まるか、スポット火災が発火する可能性があると考える場所を追跡するかどうかにかかわらず、リソースをどこに展開するかを把握しようとする消防士にとって大きな問題です。
この質問に答えるために、メリーランド大学でゴルナーは、残り火に点火するために必要なものの小規模な物理学を研究してきました。 彼の研究室は防火工学科にあり、一部に見えます。 ブタンライターは引き出しを満たします。 松strawの箱が棚の上にあります。 厚い防火手袋はスツールの上にあります。 空気は、消火したばかりの火のように、少し刺激臭がします。
ラボの1つの壁に沿って、大きな換気フードの下にあるゴルナーは、靴箱よりも少し平らで広い金属製の仕掛けを見せています。 これは、彼がコルク型の木片に点火して箱の中に入れることによって残り火を作成する場所です。 ファンはくすぶっている火のブランドに絶え間なく風を吹き付け、箱の下の器具は座っている表面の温度と熱の流れを測定します。 このデバイスを使用すると、ゴルナーは、残り火が建物の火災を開始するのに十分な熱を生成するために必要なものを研究できます。 「多くの研究は、草と良質のもののベッドで行われました」と彼は言います。 「私たちは理解したかったのですが、それはあなたのデッキ、屋根、または構造にどのように火をつけますか？」
それがデッキや屋根などの材料に着地した場合、単一の残り火、または残り火のほんの一握りはそれほど多くの熱を蓄積することができないことがわかります。 しかし、ゴルナーのデバイスに1、2ダースの残り火を入れると、熱流束が劇的に上がります、彼と彼の同僚は、3月の火災安全ジャーナルで報告します。 「あなたはそれらの間で再放射を始めます」と彼は言います。 「それは風の下で光ります。ただ美しいです。」
メリーランド大学の火災科学者Michael Gollnerは、さまざまな角度で火災がどのように広がるかをテストするデバイスをデモンストレーションします。 彼が着火面を水平から傾斜に上げると、炎の反応が異なります。これは、成長する火と戦うときに消防士が使用できる情報です。 （アレクサンドラ・ウィッツェ） 残り火のほんの小さな山は、暑い日に太陽から感じる熱の約40倍の熱を発生させることができます。 それは、火そのものから来るのと同じくらいの加熱であり、時にはそれ以上です。 また、デッキの木材など、ほとんどの素材に点火するのに十分です。
したがって、火の前にたくさんの残り火が飛んでいるが、それらの残り火が比較的遠くに着地している場合、それらは残り火を生成するために必要な放射熱を蓄積しないかもしれません。 しかし、残り火が山に積み上げられ、おそらく風によってデッキの隙間に吹き込まれた場合、彼らは一緒にくすぶり、点火を引き起こすことができます、とゴルナーは言います。 野原と都市の境界で燃えているほとんどの家は、しばしば火の前線が過ぎてから数時間後にこれらの残り火から発火します。
これらの小さなスケールでの熱流束を理解すると、一部の家が燃えているのにそうでない家がある理由を明らかにすることができます。 Tubbsの火災の際、一部の道路の片側の家屋は破壊されたが、反対側の家屋はほとんど損傷を受けなかった。 それは、最初に点火した家が隣人にエネルギーを放射し、放射熱のためにドミノのような隣の家を燃やしたためかもしれません。 家が密集している場合、家の周りのブラシや可燃性物質を取り除くことで危険を軽減するためにできるのは、住宅所有者だけです。
獣をコントロールする
ゴルナーは、山火事から避難して育ったカリフォルニア出身で、現在は火の広がりの他の側面に取り組んでいます。例えば、炎のような植物が強風で壊れて風下の他の低木に火をつけるのに必要なことです。 彼は火の渦を研究して、渦が非回転式の火よりも速くきれいに油を燃やすので、それらが海の油膜を燃やすのに使用できるかどうかを調べています。 そして彼は、山火事の煙を吸い込むことの健康への影響に関するプロジェクトを始めています。
今のところ、彼は自分の研究が活発な火災の際に家と命を救うのに役立つことを望んでいます。 「耐火性のものを作ることは決してありません」と彼は言います。 「しかし、良くすれば大きな違いが生まれます。」屋根裏部屋の開口部から入ってくる残り火に対するシールドで建てられた家や、木製の鉄片の代わりにアスファルトなどの耐火性材料を使用した家は、建てられていない家よりも発火しにくい可能性がありますそれらの標準。 火事の嵐の間に1, 000軒ではなく10軒の家しか発火しなかった場合、消防士は次の大きな火災をよりうまく管理できるかもしれません、とゴルナーは言います。
気候が温暖化し、火事がさらに激化するにつれて、消防科学者は彼らの仕事がこれまで以上に関連性があることを知っています。 彼らは、緊急事態管理担当者との最前線で、重要な場所で研究課題を作成しようとしています。 たとえばCoenは、次の大規模な火災が発生したときに、風やその他の大気条件が与えられた場合にどこに行くかをすばやく予測できるように、リアルタイムよりも高速で山火事モデルを実行するように取り組んでいます。 また、Lareauは、火災の広がりをほぼリアルタイムで追跡する方法を開発しています。
彼は、Carr firenadoを追跡するために使用した地上レーダーのような気象情報と、地面から流れる熱を調べることによって火災境界をマッピングできる衛星を使用します。 最終的に、彼は、雷雨、竜巻、ハリケーン、およびその他の気象事象のために現在存在する野火のようなリアルタイムの予測システムを見たいと思っています。
「警告は火災を止めることはありません」とラローは言います。 「しかし、それはそれらの決定をどこで行うかを決定するのに役立つかもしれません。 これらは、分が重要な環境です。」
Knowable Magazineは、Annual Reviewsの独立したジャーナリスティックな取り組みです。 Alexandra Witze（@alexwitze）は、コロラド州ボルダーの上の荒地と都市の境界に住んでいる科学ジャーナリストで、近くの火事から煙がときどき見られます。
