摘要：雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。森林火灾，是指失去人为控制，在林地内自由蔓延和扩展，对森林、森林生态系统和人类带来一定危害和损失的林火行为。

雷电是伴有闪电和雷鸣的一种雄伟壮观而又有点令人生畏的放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷风。森林火灾，是指失去人为控制，在林地内自由蔓延和扩展，对森林、森林生态系统和人类带来一定危害和损失的林火行为。森林火灾本质上是森林可燃物的燃烧，是火。雷电产生降雨，“水火不相容”，雷电是如何引发森林火灾的呢？

与雷击火发生相关的基本概念

雷。雷是伴随闪电而产生的声波辐射。雷电发生时，闪电的能量是在瞬间释放的，因而具有极其强大的闪电功率。闪电通道内的空气在巨大能量作用下，瞬间被挤压和加热，产生爆炸，形成冲击波，在传播过程中迅速衰减为声波，形成雷。云地闪电通常产生最响的雷。紧接强烈雷鸣之后，常有倾盆大雨。

闪电。闪电是一个在空气中长达公里级的瞬态大电流(通常是数以千安培)放电现象，是云与云之间、云与地之间或者云体内各部位之间的强烈放电现象，一般发生在积雨云（雷暴云）中。云与云之间或云体内各部位之间的放电称为云闪（电），云与地之间的放电称为云地闪（电），云地闪电约占总闪电的六分之一。

正闪和负闪。云中正电荷对地的放电称为正闪电，云中负电荷对地的放电称为负闪电。在云地闪电中，绝大多数是负闪电，负地闪电约占总云地闪电的90%以上。负闪电其电流峰值以20-50千安培，而正闪电比负闪电猛烈，其电流幅值往往在100千安培以上。

连续电流。闪电发生时，在千安培级规模的回击脉冲电流之后，通常会伴随着数百至千安培的连续电流，持续时间长达数百毫秒。持续时间超过40毫秒的连续电流称为“长连续电流”，经常发生在继后回击中，30%至50%的负地闪包含长连续电流。获得每次闪电产生的“连续电流”的大小，对于雷击火的精准预报具有非常重要的实用价值。但“连续电流”是雷电研究的世界性难题，目前常用的闪电监测仪器尚不能提供此项参数。

干雷暴。干雷暴是一种形成于大气对流层的特殊天气过程，它可以在没有明显降雨的情况下产生云地闪电，即“光打雷不下雨”。干雷暴是一种在防火期内极易造成森林火灾的天气过程。干雷暴的降雨量阈值并没有统一明确的计算方法，多根据具体地区雷击火发生情况和降雨量的关系进行统计划分。一般把降雨量小于2~2.5毫米 的雷暴过程定义为干雷暴。干雷暴的提前预警和监测是雷击火精准预报非常重要的一个方面，但当前干雷暴预警仍是世界性难题。

沤燃。“沤”是长时间浸泡的意思。林区的雷击火发生初期多数在地表枯落物或腐殖层中隐蔽燃烧发展，主要呈阴燃状态，很少有明火，称之为沤燃。因沤燃没有明火，也没有大的烟柱，不易被瞭望塔和护林飞机发现，导致雷击火的早期发现非常困难。

图1 不同沤燃时间雷击火的百分比

对2019年至2021年大兴安岭林区194起雷击火沤燃时间的统计分析表明，沤燃1小时内被发现的雷击火占比25%，6小时内被发现的雷击火占41%，12小时内发现的雷击火占49%，24小时内被发现的雷击火占73%，2天内被发现的雷击火占86%，仍有14%的火灾不能被两天内发现（图1）。甚至有研究指出从雷电发生到发现明火，沤燃最长时间可达1个月或更长。

探秘雷电引发森林火灾的秘密

雷击火发生机理非常复杂，到目前为止尚有很多科学家们无法解开的谜团。要探秘雷电引发森林火灾的秘密，可以从“雷击火”这个词入手。首先，必须有“雷”，“雷”是动作的主体；然后，“雷”作出动作“击”；最后形成的结果是“火”，也就是森林火灾。其实，这里面还缺少了接受“雷”和“击”的受体，也就是可燃物。从“雷”这个主体开始，一直到最终形成“火”这个结果，包含了多个不确定性的阶段，是一个非常神奇的过程。

1.雷不是引发森林火灾的主体

雷是闪电通道内空气爆炸的冲击波在传播过程中衰减为声波而形成的。因此雷电中，引发森林火灾的主体是闪电，而不是雷。

2.只有云地闪电才能引发森林火灾

云闪是云与云之间或云体内各部位之间的放电，因此云闪不具备和森林可燃物接触的条件，只有云地闪才有引发森林火灾的可能。

3.连续电流是雷击火发生的必要条件

雷电电流平均约为20千安培甚至更大，雷电电压大约是1010伏特，一次雷电的时间大约为万分之一秒，平均一次雷电发出的功率达200亿千瓦。雷电的电功率虽然很大，但由于放电时间短，所以闪电电流的电功并不算大，一次约为5555度，可供560个100瓦的灯泡用100小时。

尽管雷电功率惊人的大，但是这些能量大部分消耗在闪电通道上。雷电不但耗费大量的能量开辟闪电通道，还要耗散大量的能量使闪电分叉，加热空气，使其爆炸产生雷，因此到达地面的能量只是一次闪电能量的数万分之一的量级。

虽然传导到可燃物时能量仅是闪电全部能量的万分之一，但对于森林植被来说长的电弧仍足以引燃林内可燃物，这是因为森林可燃物的燃点都较低，大兴安岭林区主要树种针叶和小枝的燃点约268.7℃~278.7℃（表1）。

表1 大兴安岭林区主要针叶树种叶子和小枝的燃点

森林可燃物燃烧属于固体可燃物的燃烧，要保证燃烧的持续，必须形成一个闭合的链条，即“森林可燃物的受热-热解-燃烧-释放热量-引发更多可燃物的燃烧”。也就是说在最初的引燃阶段，须有一个持续一定时间的连续热（火源），让可燃物可以完成从“受热-热解-燃烧-释放热量”的一个循环。因此，虽然每次闪电释放的能量很大，但放电时间很短，若不能形成连续电流，则不能形成一个氧化还原的链条，也就是说可燃物可能被雷电击成焦碳，但却不能被引燃。

4.雷电发生后较少的降雨量是引发森林火灾的关键

雷电发生后若有较多的降雨，即使雷电已引燃了可燃物，也会被浇灭，无法蔓延成灾。但雷电发生时的少量降雨，或可有助于空气被击穿，使云地闪更易到达地面，击中森林可燃物。因此，雷击火较易发生在干雷暴天气以及雷雨区的边缘，这些情况下不仅有能量巨大的雷击火源，而且可燃物被引燃后也不会被雨水浇灭，而存在蔓延成灾的可能性。

5.可燃物是雷击火发生的物质基础

可燃物是燃烧的物质基础，但目前云地闪选择可燃物目标的机理还不清楚。对大兴安岭地区雷击木的研究发现，遭受雷击并被引燃的主要是枯立木、病腐木、老龄木、树根和伐根等。加拿大3000多次雷击火灾数据的统计分析表明，34%的雷击火由残枝引燃，30%由枯落物引燃，11%由立木引燃。

图2 大兴安岭偃松林内的阶梯可燃物、地表枯落物、腐殖质层可燃物

大兴安岭林区（特别是原始林区），林内枯立木、病腐木、老龄木较多，且地表枯落物丰富，腐殖质层深厚。如偃松林内腐殖质层平均深度30厘米，很多地方超过50厘米（图2），丰富的地表枯落物和厚厚的腐殖质为“沤燃”提供了物质条件。同时林内可燃物立体分布，一旦发生火灾，极易烧至树冠，扑救困难。

可燃物含水率是林火引燃的先决条件，其对引燃的影响大于闪电极性、回击次数和最大电流强度等参数。对美国黄石公园300多次雷击火发生时1000小时时滞可燃物含水率观测统计发现，当其低于13%时，引燃的雷击火会快速转化为难以控制的森林大火。

长期干旱不仅导致地表枯落物含水率非常低，还会使腐殖质层可燃物含水率大幅降低，一旦被雷电击中，可燃物易被引燃，且能快速在地表枯落物和腐殖质层中燃烧蔓延，不仅沤燃时间短，还极易出现多点爆发的状况，火场面积迅速扩大，火强度快速增加，酿成大灾。

综上，本文从雷击火发生的过程，以及雷电、降水和可燃物三个因子，初步探索了雷电引发森林火灾的秘密，并认为雷击火是由雷电形成“连续电流”的闪电接触地面具备燃烧条件的可燃物而引发的火灾。①“连续电流”的闪电、②具备燃烧条件的可燃物、③以及二者的接触，三者必须同时存在，缺一都不能发生雷击火。同时，干雷暴因降雨量少，非常有助于可燃物被雷击后的引燃和蔓延。但雷击火发生机理是非常复杂的，所有影响雷电、降水和可燃物的因子都会间接影响雷击火的发生，研究的道路还很漫长。

探秘雷电引发森林火灾的秘密，对于雷击火的防控非常重要。基于雷电的准确定位、雷电后降雨量多少、可燃物特征及含水率等，可以较精准地预判雷击火可能发生的区域、集中多点爆发的可能性、潜在火强度等，为雷击火防控措施的制定和实施提供理论依据和科学数据支撑。

来源：京津冀消息通