繼2020年上半年破紀錄高燒不退的北半球（盧孟明，2020），八月中旬美國加州死谷地區出現的高溫54.4℃，是地表有史以來最熱的紀錄。九月初嚴重熱浪吹襲洛杉磯，超過49℃的氣溫再度打破該區的歷史紀錄，既焚熱又乾旱的天氣條件助長了加州的大火，造成美國西部創歷史高峰的經濟損失。

各地火場出現的節奏

地球上總有正在燃燒的東西，火是大自然的一部分。森林野火可以由閃電引起，或是火山噴發時噴出的熔岩點燃火源。大火清除死亡和垂死的灌木叢，有助於使生態系統恢復健康。生態系統包括森林和草原，植物與野火一向互伴共生，森林燃燒之後，土地裡的種子得以萌芽獲取陽光，新的物種出現生態系隨之變化，也有助於不同物種繁殖演化。自然界的大火也可能是人為觸發的，人類用火燒來管理農田和牧場，作為砍伐和焚燒的工具，以加快將有害植被分解為土壤的過程，也用來清除自然植被或是將舊有的森林做為道路或田地開發，為了騰出土地空間來種植農作物。

在全球每年至少出現10,000起活躍的大火，有70％發生在乾燥的非洲。12月和1月，非洲大陸北部爆發出大量烈焰(圖一(A))，隨著季節遷移在半年之後火燒地區轉移到南部(圖一(C))。尤其在每年四、五月間，北半球因農民清理及維護農地，於是火場散佈在整個歐亞大陸、北美和東南亞(圖一(B))。南美和赤道亞洲的熱帶森林中，由於人們利用乾旱季節清理雨林和熱帶稀樹草原，為了阻止樹木和灌木叢再度侵占他們已經清理過的土地，大火會在8月、9月和10月爆發。北美地區和歐亞大陸的寒帶和溫帶森林，在夏季也常因偏遠地區的閃電等自然因素點燃而引發大火。


圖一 . 影像中顯示的是不同月份正在燃燒的火場，顏色顯示火點的計量，與火勢面積、大小無關。這些影像是根據Terra衛星上的MODIS觀測而來。資料來源

美國加州屬於典型的地中海型氣候，夏季乾燥，冬季溫和，一年中大部分時候都相對乾燥、陽光充足，素有「陽光加州」之稱。加州也有廣闊的森林綠地，森林覆蓋率高達全州面積18%。歷史上加州在秋季是 「野火季節」，因聖塔安娜風(Santa Ana winds)乾燥猛烈而易於起火，聖塔安娜風來自洛磯山脈東側的高氣壓，在越過山後下沉，為加州海岸地區帶來高溫且全年度相對濕度最低的空氣，這股乾燥的沉降熱風有時非常強勁，是促發大火的關鍵條件。

二十世紀後半期，美國西岸包括加州地區的山林大火，其出現頻率和燃燒規模有逐年擴大的趨勢。Salguero 等(2020)根據大地衛星(Landsat)影像分析1984-2017年間美國不同區域燃燒面積超過1000英畝的大規模野火，不論是燃燒總面積（圖二(a)-(c))或是將燃燒總面積/頻率求得的平均燃燒面積（圖二(d)-(f)）均出現顯著的上升趨勢。他們同時發現：地表氣溫與火點出現的區域有最密切的關係; 這是因爲高溫會增強蒸發作用，使得著火機率上升且有助延長燃燒時間，因而擴大燃燒面積。


圖二.近34 年來美國西北地區和加州的大範圍野火燃燒面積都有增加趨勢(Salguero, Li, Farahmand and Reager，2020） 。

在全球暖化的大背景下，許多氣候趨勢研究指出：美西的春天將更早來臨，積雪較早融化，空氣與植物乾燥時間拉長，而降雨較晚、降雨量不穩定，降水量減少，一旦森林地區格外乾燥，不單容易發生火花，火季也將隨著氣候變暖而延長了。學者早已預料加州的大火會愈頻繁且更加持久、規模擴大且更為嚴厲。至於影響大火的因素，Westerling等人(2006)在科學(Science)期刊上發表的研究結論：春夏季的高溫以及春季融雪提早1-2週，使森林大火發生的頻率增加四倍，野火蔓延時間（從發現火點到控制）也從平均一週延長到超過五週（針對1986年到2003年大於400公頃的大火和之前的16 年相比）。他們發現：如果冬季降水減少、氣溫升高，春天融雪又提前出現，早春和持久的炎熱夏季，會導致森林等植栽更為乾燥是大火頻率增加主要的變因（圖三）。他們也針對大火分布的區域，比較人類改變土地利用的方式和氣候變遷的影響，以洛磯山脈為例說明氣候變遷的影響比土地利用的改變更為劇烈，認為僅就森林燃料的管理研擬策略，也難以逆轉野火增強的趨勢。


圖三 .Westerling, Hidalgo & Swetnam(2006)以1986-2003和1970-1986年比較，春夏季的氣溫增加(A)以及融雪提早(B、C)都使森林大火發生頻率增加(Science, V.313, P.940-943)

2020年加州多重極端天氣與失控大火

二十一世紀以來，異常且極端的氣象條件，包括不斷打破高溫的紀錄、持續乾燥的空氣，以及強勁的暴風，使加州這個地區面對野火威脅顯得更加脆弱; 以致從2000年以來，其滅火經費每年都超過十億美元(Barbero等，2015)。2018 年十一月「營溪大火(Camp fire)」是一致命的野火，燃燒面積超過15萬英畝（比兩個台北市還大），其中的「天堂鎮」，是以風景優美空氣清新為名的度假與退休勝地，在一天中全鎮幾乎全毀，兩萬六千多位居民被迫遷移到附近其他地方尋覓住處。當時認為這次大火是加州有史以來，最具破壞性、毀滅性的野火。

2019年末，創紀錄的乾旱天氣襲擊了美國西部（圖四），並一直持續到2020年，引起州政府和媒體的嚴重關切，加州州長Gavin Newsom三月即率先宣布進入緊急狀態。不幸的是劇烈天氣超常且嚇人，氣溫屢屢創下新的紀錄。在今(2020)年8月14日至16日北加州遭遇史上未曾有的熱浪肆虐，竟然出現超過攝氏45度的高溫（圖五），8 月16日「死谷」也觀測到130℉ (54.4℃)成為紀錄上最高的溫度。不尋常乾燥的空氣時段以及猛烈的強風，導致難以控制的大火席捲燒毀整片山林，天空若非艷紅如火星表面，就是暗霧籠罩，同時散發出濃郁的煙羽，並衝到對流層頂的罕見高度（圖六）。


圖四.土壤濕度條件和頻繁大火次數的關係。上圖為2019年九月到2020年八月透過Terra/Aqua衛星技術所得的北加州大火發生次數，下圖為同一時段該地區由衛星資訊推算的土壤濕度與平均值的差異。Credit: NASA GSFC Hydrological Sciences Lab, John Bolten, Nazmus Sazib


圖五.2020年9月6日美國西南部的氣溫，當時西南部的大部分地區被劇烈的熱浪烘烤，此圖根據NASA NOAA衛星影像經由GEOS模式整合Goddard Earth Observing System，代表在離地表2公尺高處的氣溫，最暗的紅色區域氣溫度超過113°F（45°C）
https://earthobservatory.nasa.gov/images/147256/california-heatwave-fits-a-trend


圖六.9月7日衛星觀察到來自加州的creek大火爆炸性火積雲的煙霧，衝破對流層頂的高度。

2020年9月上旬，破紀錄的熱浪以及「惡魔風(Diablo wind)」和「聖安娜風」為虎添翼，高溫造成的劇烈對流，數天內超過萬次的連續閃電，多重極端天氣的風暴狂舞，共同引發更多大火。爆炸性的活躍大火爆炸，即『八月綜合大火』，竟從八月中旬延燒到十月，成為加州有記錄以來最大的野火。9月7日，北加州一場狂風又導致80起大火促發歷史性大火，一天燃燒了近30萬英畝（12萬公頃）。到9月8日晚上，冷泉峽谷和鄰近的珍珠山大火已燒毀超過337,000英畝（136,000公頃），且其中所含燃料都不超過10％。截至本文截稿的10 月8日，加州消防局的官網顯示加州今年共有八千多件大火案例，燃燒範圍比去年同時期多了26倍，在全國消防中心的官方報告上，光是『八月綜合大火（不含8月16~17日的DOE案例)』燒毀面積則達884,139英畝（357,800公頃，相當于13個台北市的範圍）（表一）。

表一：2020年至今美國大火最嚴重的案例，今年初至10/9全國燃燒面積總計12,925,420英畝，受損建物16,607棟，滅火經費3,082,891,713美元。資料來源：美國國消防中心 National Large Incident Report


受到加州大火的影響，八月舊金山的空氣品質創下全球最差的紀錄，9月8日煙霧籠罩了西雅圖地區，並在整個海灣地區呈現極度不健康的環境。近年來研究指出野火造成的顆粒污染，遠比以前知道的還要嚴重。這是因為大火污染物，含有煙灰和其他對人體健康有害的細小顆粒; 大氣研究人員透過飛機追蹤燃燒的木材和野火產生的微粒與有害氣體，發現大火釋放危險顆粒到空氣中的速率，比美國環保署(EPA)公告數值高出三倍。研究還得知野火不僅釋出過去已知的有害氣體，同時噴出包含甲醇，苯，臭氧和其他更多樣的有害化學物質(Liu等, 2017)。聞到煙霧或空氣中有霧霾的居民，必須採取防範措施，以防吸入過多煙氣，並應密切注意當地的空氣品質資訊。

大規模野火燃燒時，熊熊火舌加上多變強風，蔓延的速度迅猛，有時候再好的消防設備也難靠近去滅火，因而從發現大火到全面控制火勢，有些必須歷經好幾週的時間（表一）。野火非但破壞自然資源與人類建築設施結構，產生大量煙霧污染，也釋放溫室氣體。在地球的碳循環中起著重要作用，它不但燒毀樹林，阻斷原本空氣中的碳經由光合作用被植物吸收的機會，大火也會釋放碳到空氣中，因而更多的溫室氣體釋放到大氣中，讓全球暖化與極端天氣更為雪上加霜！

 結語

山林野火是人類需要面對的課題，因為森林管理在未來的氣候變遷課題上，可能嚴峻的未來變得更加困難。例如：起火點可能是自然現象如閃電或火山噴出的熔岩，也可能來自人為的引火。遺憾的是人為因素造成的點火，變得越來越嚴重，Balch 等人(2017) 整理美國森林局從1992到2012年間大約一百六十萬筆紀錄，扣除未有明確調查結果的少數資料，得知在研究資料的21年期間，人為因素起火的事件有84%，且佔燃燒總面積的44%，且使得大火燃燒季節比閃電因素引起的時間長達三倍。

人為引火可能是放煙火、未熄滅的煙蒂、沒有完全澆熄的營火、電線電纜走火、汽車輪胎爆胎。加州今年九月初在El Dorado的大火，其起因竟然是舉行宣佈嬰兒性別的派對煙火；當時在加州已有多場失控的火勢，同時九月是加州嚴峻的野火季，民眾還是沒有意識到乾燥炎熱空氣中點煙火的危險，這場火從9月5日起火直到 10月11日才控制住，燃燒面積達兩萬兩千英畝，損失38萬美元。

美國的民主制度崇尚個人自由，總有人不願面對氣候變遷的事實，今年不僅加州大火，美西其他州如奧勒岡州在今年有超過五十萬居民被撤離，Lionshed大火（表一）從八月中起火，至少有三場不同地區的大火起初是因閃電引起，但無法及時撲滅而合併延燒，到本文截稿之前仍未受到控制。華盛頓州今年各別火災的次數也比往年多，州長Jay Inslee說『這不是野火，是氣候大火』！正如加州州長Gavin Newsom說的『爭辯已經終結！』，他們都強烈表態大火問題不能忽視氣候變遷的影響了！