【转】野火烧不尽

为什么说有些森林火灾其实并不需要去扑灭?计算机科学家在森林火灾的模拟中发现了什么?如果你是一名系统的维护人员,系统的偶尔崩溃可能会让你感到烦躁。不过读完这篇文章你可能会觉得偶尔的崩溃或许也有它的价值。我在这篇文章中读到一个道理,那就是“世界是复杂的”……

注:本文转自方舟子发表在《中青在线》上的同名文章《野火烧不尽》


原本湛蓝的洛杉矶天空,变成了灰和红的混杂。远处安吉利斯国家森林冒着浓烟。这是洛杉矶郡历史上最大的一场森林大火,从8月26日烧到现在火势才得到部分控制,已烧掉了约6万公顷的林地,占整片森林的20%以上。

美国森林服务局认定这场大火的起因是有人纵火。这个认定并不意外。除了被闪电点燃,90%以上的野火都是人为引起的,不管是有意还是无意。人类与森林的接触日益紧密,森林野火发生的频率也就越高。就在同一时间,全美各地还有十几处森林大火在烧着。但是为什么只有安吉利斯的大火严重到成了新闻?

一场火灾要能发生和维持,取决于热、燃料和氧气三要素。这三要素只要缺了一个,温度不够高、燃料匮乏或氧气有限,火就无法传播,会慢慢熄灭。在这些要素中,影响野火大小的主要是燃料:树木的湿度、形状、大小、多少、彼此之间的距离以及在地面上的排列状况等等都影响着火势的传播,而树木的情况又与树的种类和年龄有关。还有许多环境因素也能影响火势:风能把火吹旺,雨能把火浇灭,河流能阻碍火的传播……有没有什么一般规律能让我们预测一场野火的规模(即森林被焚面积)呢?比如说,哪种规模的野火最为典型?

1998年,美国康奈尔大学的研究人员用计算机模型对森林野火进行模拟。他们在网格上种虚拟的树,每一步骤在某个格子上种一棵,种在哪一个格子上是随机的,每个格子只能种一棵。随着时间的推移,网格上的树就逐渐地多起来。然后,每隔一定数量的步骤之后,程序就往网格上扔下一根虚拟的火柴,扔在哪里也是随机的。如果扔的那个格子上有树,树就被点燃了。如果这棵树相邻的四个格子上有树,火就传了过去。

他们反复地运行这个程序,统计每次虚拟野火的规模,并没有找到典型的野火规模,却发现野火的发生遵循幂律,野火的规模越大,发生的频率就越低。

我们以前介绍过,地震、沙堆崩塌的规模大小与发生的频率关系都遵循幂律(参见《像沙堆一样崩塌》,本版2008年6月4日)。幂律表明,大事件和小事件都是由相同的因素引起的,并没有特别的“大”因素。地壳或沙堆处于自组织的临界状态(自身逐渐形成的高度敏感的不稳定状态),在这种情况下任何规模的地震或坍塌都可能发生。大规模地震或坍塌的出现纯属偶然,并无其他的特殊因素,是不可预测的。

看来发生野火的虚拟森林处于自组织的临界状态,那么真实的森林野火是否也如此呢?康奈尔大学的研究人员统计了发生在美国和澳大利亚的森林野火,同样没有找到典型的野火规模,并且它们也遵循幂律。看来森林的确是处于自组织的临界状态。这一发现不仅不能用来预测野火的规模,反而表明大规模野火的发生是不可预测的。

不过,研究人员通过计算机模拟发现的另一个现象,却对如何控制野火的规模很有启发。他们用不同的点火频率进行模拟。有的模拟每种125棵树扔一根火柴,有的每种500棵树扔一根火柴,有的则每种2000棵树才扔火柴。点火的频率越低,发生大火的频率就越高。在频率低到每种2000棵树才扔火柴时,这时网格上已密密麻麻布满了树,扔下的火柴通常点燃大量的树木,在许多情况下甚至烧光了所有的树。

他们把这称为“黄石公园效应”。在1972年之前,美国黄石公园对野火采取零容忍政策,一旦发现野火就尽量将其扑灭。这就像是模拟程序中超低的点火频率,也出现了类似的后果:1988年黄石公园突发大火,烧掉了32万公顷的森林,占公园面积的36%左右。

对任何野火都强行扑灭,这样做让森林不再处于临界状态,反而处于更不稳定的超临界状态:森林里充满了老树、死树、矮树和野草,地面堆满了树枝、树皮和枯叶,这些全都是上好的燃料,只要有了火源,就会熊熊燃烧起来,不可抑制地蔓延开去。野火是不可能完全制止的,只会推迟其爆发,推迟得越久,后果就可能越严重。

美国林业部门后来意识到了野火也是森林自然生态一个不可或缺的部分,对自然因素引起的野火不再扑灭,任其燃烧(除非威胁到生命、财产的安全);林务员还时不时地在严格控制下有选择地放火烧掉一部分森林。

但是要让森林恢复被破坏了近百年的自然平衡还需要时间。如果美国林业部门早一点放弃对野火零容忍的政策,也许1988年的黄石公园大火就可以避免,安吉利斯国家森林所在的加州也不至于近年来连连发生森林大火了。