近年来，由于气候变化、人口增长以及荒地的大量开发，全球发生高强度火灾的频率不断上升。其中，森林与城镇交界域（林-城交界域 WUI）的火灾具有极强的破坏力，对人类和社区安全带来巨大的威胁和挑战。飞火颗粒是林-城交界域火灾传播的主要途径，主要是风驱动飞起的火花或余烬，可在主火线以外引发新的火点（见前文“”）。
在欧美的林-城交界域中，地膜覆盖物（mulch）常被用作住宅周围和社区公园的地表景观材料，以改善土壤的肥力和地表的美观等。然而，当地膜覆盖物被意外点燃，其可能通过直接火焰接触、强辐射、甚至是飞火颗粒的形式引燃周边建筑物，进而引起大规模的林-城交界域火灾。因此，学界仍需要更多的研究来提高对地膜覆盖物火灾特性的理解，以丰富对应的预防和灭火策略。
在现实的火灾中，飞火颗粒极易聚集在可燃物的表面并形成飞火颗粒堆（firebrand pile），提升其引燃其他可燃物的能力[3]。当飞火颗粒在可燃物表面聚集，颗粒之间的相互加热作用可加速其反应速率，进而增强对其他可燃物的加热作用。同时，当可燃物为离散型燃料时，其表面的凹陷使得飞火颗粒更容易聚集和嵌入，进一步增加其火灾风险。由于地膜覆盖物常常是由离散的有机物颗粒（如碎木块）组成，因此需要进一步研究飞火颗粒的汇聚效应对其点火过程的影响。
针对这一问题，美国加州大学伯克利分校和香港理工大学开展合作，探索了飞火颗粒的聚集效应及其对常见地膜覆盖物的引燃特性[4]。首先，实验发现了作用在可燃物上的峰值热通量、加热时长和加热面积都随着飞火颗粒堆质量的增加而增加。然而，随着风速的增加，峰值热通量首先由于氧气供应的增加而增加，但随后因对流冷却的增强而减少。
进一步研究发现，飞火颗粒堆在引燃地膜覆盖物时，其质量需要超过一个最小值。随后，其触发阴燃点火所需的风速通常会随着质量的增加而降低。阴燃点火后，当风速超过临界值时，可以观察到阴燃到明火的转换（见前文“”），且这一临界值不受初始点火过程的影响。
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相关文献
[1] Caton et al., Review of Pathways for Building Fire Spread in the Wildland Urban Interface Part I: Exposure Conditions, Fire Technol 53 (2017) 429–473.
[2] Manzello et al., Ignition of mulch and grasses by firebrands in wildland–urban interface fires, Int J Wildland Fire 15(3) (2006) 427–431.
[3] Tao et al., Effect of firebrand size and geometry on heating from a smoldering pile under wind, Fire Saf J 120 (2021) 103031.
[4] S. Lin, C. Li, M. Conkling, X. Huang, S.L. Quarles, M.J. Gollner, Smoldering ignition and transition to flaming in wooden mulch beds exposed to firebrands under wind, Fire Saf J 148 (2024). https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2024.104226.
主要作者简介
黄鑫炎 博士：香港理工大学副教授、博士生导师，研究领域包括基础燃烧科学和火灾安全应用。
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图文 | 林少润
编辑 | 谢伟康
审核 | 黄鑫炎
