2011年6月27日，一位名叫马克（MARK）的担忧的房主 站在自家门廊上，用望远镜指向几英里外洛斯阿拉莫斯附近森林里熊熊燃烧的野火。这场大火在12小时前开始，当时一阵强风将一棵白杨吹倒在电线上。火势始于拉斯孔查斯，那是沿着一个名为巴列斯格兰德（Valles Grande）的13英里宽的破火山口的一条徒步小径。此时，大火已经吞噬了约7000英亩土地，蔓延速度惊人，但考虑到强风和大火季节的到来（将持续到7月的季风最终浸湿这片火药桶），这也在意料之中。
在这片干旱、饱受干旱折磨的新墨西哥州地区，居民们在20年内已经经历了三次大野火，因此他们知道这次火情很危险。然而，当时已是凌晨1点30分，这个时段大多数火情都会因为空气凉爽而平静下来。当温克尔将望远镜对准从破火山口像辐条一样向外辐射的八个峡谷之一时，他看到了一些意想不到的景象：一道黄橙色的火墙正沿着环绕巴列斯格兰德破火山口的赫梅斯山脉（Jemez Mountains）南坡向下蔓延。
野火通常不会顺坡而下。它们会向上燃烧，火焰会烘干并点燃上方的植被。而这场火却在夜间，直接冲向温克尔，沿着斜坡飞驰。他担心地爬上山坡以获得更好的视野。在山顶附近，一股热风吹过他的胸膛，他向西北望去，看到火焰 front 像滚动的木桶一样，高达35英尺。他以前从未见过这种景象——很少有人见过。温克尔正在目睹一场“喷发”（blowup），一种强大而突然的力量，其威力仅次于核爆炸，能够煮沸溪水、熔化泥土、烧裂巨石。这场火喷发将产生一个高达45,000英尺的恐怖烟尘炼炉，卷起400英尺高的火龙卷，产生强大的上升和下降气流，并在烟柱中形成高空闪电，还将余烬吹散到近25英里外。
火行为专家曾预测拉斯孔查斯将在一夜之间扩大到12,000英亩。然而，当太阳升起时，它已经将43,000英亩的土地化为白色的灰烬。此时，大火正逼近白岩镇（White Rock）和洛斯阿拉莫斯镇。出于对火势蔓延烧毁房屋的担忧，当局命令约18,000名居民撤离。一些专家在电视上表示担忧，称逼近的火焰可能会到达洛斯阿拉莫斯国家实验室，该实验室储存有数吨核废料。来自州、地方和联邦机构的消防员涌入该地区，试图阻止或至少减缓火势。他们花了数周时间才阻止了火势的蔓延。
如今，东部的破火山口仍然是一片焦黑的月球般景象。距离洛斯阿拉莫斯实验室六英里，当4号公路陡峭地爬升进破火山口时，古老的黄松林突然让位于大片枯死的树木，这片土地如此贫瘠，以至于很难找到一根比4英寸还细的树枝。即使是在大火范围之外的松树，也被烘烤致死，它们的针叶像窑里烧干一样。最终，拉斯孔查斯被证明是近代历史上最猛烈的喷发之一。但究竟是什么触发了它？
极端天气驱动极端火灾。 在干燥地区，强大而持续的风可以将即使是阴燃的垃圾变成一场失控的大火。拉斯孔查斯大火发生在茂密的森林中，当时正值千年来最严重的干旱，风速高达每小时40英里，离地面20英尺，推动着火焰前进。
反过来，极端野火会产生自己的天气。当强烈的高温将烟雾推向空中时，它会形成一个对流柱，产生强大的上升气流。它携带燃烧植被产生的富含燃料的碳氢化合物，这些碳氢化合物可以像汽油蒸气一样点燃。高温还会将水分推向空中，凝结成积雨云。这些砧状雷雨云耸立在烟柱之上，产生极端的湍流、下降气流，甚至冰雹，这些冰雹并不能冷却火焰，反而会通过搅动出更混乱的风来助长火焰。
22年来，罗德·林恩（Rod Linn）一直在研究野火，他开发了计算工具来解开野火行为的奥秘。林恩是洛斯阿拉莫斯国家实验室火灾和大气研究的负责人。“有些领域存在如此大的理解空白，”林恩说，他用拇指和食指捏合在一起。这是一个四月中旬的下午，我们坐在实验室宽敞的研究图书馆里。“而对于火，”他说，把双手张得很大，“这些空白就像这么大。”
每年，美国有高达10万起野火，燃烧面积在100万到1100万英亩之间，其中大部分发生在饱受干旱之苦的西部和西南部（尽管东部和东南部的火灾比例更高）。它们夺走了几十人的生命——包括平民和消防员——并摧毁了价值数十亿美元的财产。联邦政府每年花费高达22亿美元来扑灭野火——大约是25年前的四倍。专家们列出了这一趋势不断加剧的三个原因：气候变暖和干燥，将森林变成了易燃物；不加区分地扑灭自然森林稀疏火灾的做法，导致日后更多火灾的发生；以及1.4亿美国人居住在易受灾害的地区。大约150年前，这个数字接近于零，随着城市和城镇向野外扩张，这个数字每年都在增长。“火灾可能一直存在喷发，”林恩说。“但在人口稀少的地区，而且消防员不必与之搏斗时，后果并不严重。”
有时似乎野火越来越频繁。它们并非如此。但它们变得越来越强烈，催生了一个时代，巨型火灾吞噬城镇、夺走生命并吸引摄影记者。2013年加州的“边缘大火”（Rim Fire）烧毁了402平方英里。2013年亚利桑那州的“亚纳尔山火”（Yarnell Hill Fire）摧毁了一个城镇，并导致19名精锐消防员被困在峡谷中丧生。这些大火是极端个例，是加剧美国人对火焰恐惧的“怪物”。但它们都以同样的方式开始，最初只是微小、不起眼的火苗，由于科学尚未解释的原因，在几秒钟内变成了毁灭性的喷发。
拉斯孔查斯大火发生约四个月后，林恩和几位来自西南部各地的科学家参观了现场。他们看到的一切都表明了一个极为罕见的现象——烟柱坍塌（column collapse）；专家们长期以来认为，当烟尘塔变得过于沉重，以至于塌回地面，产生一股强大的风，像风箱一样吹拂周围的火焰时，就会发生这种事件。
林恩对此很感兴趣。无论喷发的具体原因是什么，他现在有机会在他“后院”研究野火科学中最罕见的事件之一。而且他获得了几乎其他科学家都没有的资源：洛斯阿拉莫斯国家实验室提供的超级计算能力。他迅速组建了一个专家团队，并获得了实验室赞助的为期三年的研究资助。这与林恩二十多年前开始研究时获得的资助类型相同。当时，他的任务是危机预测。他使用超级计算机试图预测下一次大火将在何时何地燃烧。现在，他将探索产生它们的强大力量。
四月的一个星期五，我见到了林恩在拉斯孔查斯项目中的两位顶尖研究员：杰西·坎菲尔德（Jesse Canfield），一位说话缓慢、来自芝加哥的流体力学专家，穿着磨损的卡哈特工装裤和登山靴；以及杰里米·绍尔（Jeremy Sauer），一位说话快速的地球物理学家，来自蒙大拿州。我们围坐在图书馆的会议桌旁。对面街上，有一排储物柜，实验室员工在那里存放手机以防黑客攻击，一个消防站的无线电里传来非紧急通话的噼啪声。
绍尔站在白板前，画着赫梅斯山脉的草图，火焰从山顶向下蔓延。他解释说，随着火势燃烧，它释放出能量，将烟尘和碳氢化合物气体推入大气层。如果它失去燃料——例如遇到水或岩石——它的能量就会突然消失。所有上升的物质，现在比周围的空气重，就会落回自身，产生一股强大的风，引发大火。
这种风的技术术语是“密度流”（density current），即重空气挤压轻空气。“在这种情况下，这是一层浓密的空气，在流向下坡时产生了风，”绍尔说。坎菲尔德仔细研究了野火科学文献，发现了其他喷发事件，包括1871年的一场大火，在几天内烧毁了100万英亩土地。密度流很可能导致了那场火灾。然而，专家们只将一场火灾归咎于可能的烟柱坍塌。那是1990年亚利桑那州佩森的“恶劣大火”（Dude Fire），造成六名消防员死亡。与拉斯孔查斯一样，它也是顺坡而下。
为了检验烟柱坍塌可能助长了拉斯孔查斯大火的假设，研究人员开始了超级计算机的模拟。六个月来，坎菲尔德编写了火灾的模拟程序，绘制了地形和烟柱。他们想知道，理论上，塌陷的烟柱会产生多大的风。在他的模拟中，可以看到一个墨水紫色的云团在拉斯孔查斯的地形上方升起，但如果没有下方的火焰，云团就会塌陷。当烟柱触及地面时，就像一座被炸毁的建筑物扬起的尘土，密度流产生的风向四面八方涌出，产生了高达每秒131英尺的地面风速，足以引发喷发。
“这是概念验证，”坎菲尔德说。
问题是，结果具有误导性。坎菲尔德知道这一点。他拿出一本写满数学符号的笔记本。“我称之为‘书呆子的象形文字’，”他说。计算显示，在峰值强度下，拉斯孔查斯每秒向大气中排放约2.3吨烟尘。“这相当于在两个半小时内将约9000辆本田雅阁的重量发射到空中，”绍尔惊叹于这场火灾的巨大威力。但这些本田雅阁实际上否定了这一假设。要使所有这些重量同时落下，烟柱必须比其失去的重量更快地失去热量。物理学规定，这个过程几乎是不可能的。因此，要使烟柱如此突然地塌陷，火势必须像关灯一样熄灭。但拉斯孔查斯并没有那样熄灭。喷发之前和之后都没有。事实上，它又燃烧了五个星期。
坎菲尔德的模拟不仅否定了烟柱坍塌引发了拉斯孔查斯喷发，而且这一教训很可能也适用于1990年的“恶劣大火”——以及任何其他归因于烟柱坍塌的喷发。“消防员长期以来一直认为烟柱坍塌确实存在，因为目击者的陈述就是这么说的，”林恩说。“但目击者的陈述是出了名的不可靠。科学并没有证实人们在地面上看到的东西。”
所以，该团队的主要——也是最引人注目的——嫌疑人最终变成了一个“鬼怪”。经过一年的工作，林恩的团队感到失望是可以理解的。但他们并没有。“这就是科学，”坎菲尔德耸耸肩说。“你提出一个假设，然后去证伪它。”随着消防领域最持久的迷思之一被破解，他们继续前进。
此时，团队已经确定了拉斯孔查斯大火的一些主要特征。 其中包括绍尔从他家门廊上看到的一个景象：一对逆向旋转的涡旋，沿着45,000英尺高的烟尘和火焰柱的整个轴线向内搅动。“我惊呆了；看到那个烟柱就像亲眼目睹我所有的理论科学活生生地呈现在眼前，”绍尔说。
这是一个星期六的早晨，我和他一起站在门廊上，他向西眺望着巴列斯格兰德燃烧的树木，这个距离大约12英里远的破火山口曾耸立着烟柱。他看到的涡旋产生了真空，很可能吸入了火焰，并产生了400英尺高的火龙卷。绍尔称，同样的“巨大的垂直速度”将松果从树枝上撕扯下来，点燃它们，并将它们射入空中，那里的风将它们吹到了2英里外，在主火线前方引发了更小的火灾。较轻的残骸，如松针，上升到烟柱的最高处，并在更远的地方落下。一位目击者报告说，灰烬落到了25英里外的西部。
在烟柱顶部，从树木和灌木中吸取的水分凝结成水和冰。当这些东西坠落到地面时，它们会产生一个巨大的下降气流，将烟柱推向地面。“这就是人们认为他们看到了烟柱坍塌的原因，”绍尔说。“但实际上只是那些向下吹的强风。”
绍尔谈论起逆向旋转的涡旋，就像一个处于中年危机中的人谈论他的古董劳力士。我们进入他的家庭办公室：一个黑暗的房间，有三个电脑显示器，飞盘堆放在厚重的物理学书籍旁边。绍尔知道这些涡旋可能不是导致喷发的原因。他白天也看到过它们，而火灾是在晚上10点到凌晨3点之间爆发的。“我们开始问自己，”他说，“什么样的气象现象会在夜间产生增强的风？”
在他们研究的早期，团队考虑了许多可能的因素，但为了追寻烟柱坍塌的假设而搁置了它们。现在，他们回到了“天气研究和预报模型”（Weather Research and Forecasting Model）。该模型使用中尺度（mesoscale）——范围从3到60英里，大约相当于海风和海洋风暴的大小——的大气数据集，帮助气象学家创建日常天气预报。利用实验室的超级计算机，绍尔和团队输入了6月26日和27日附近气象塔的风和当地温度测量数据，以及地形，如山脉和峡谷，并将预报规模调整到火灾的大小。
计算机输出的图像看起来像一个地形图，但却是描绘大气的，显示了不同高度的压力、风速和风向。对于6月26日晚间，绍尔注意到一个奇怪的模式。在火场上方400到600英尺处，在两个大气层之间的一个边界上，代表振荡压力的正弦波从赫梅斯山脉的山 Crest 开始，并以与拉斯孔查斯大火喷发方向完全相同的方向滚动和断裂：这是一个强风向下坡吹的信号。
当他查看图表时，绍尔意识到巴列斯格兰德和弗里霍洛斯峡谷（Frijolos Canyon）之间的山口是塑造山地波的典型地形。这些风在山峰的背风面形成，当低密度空气在山峰和其上方的空气质量之间挤压时。随着压力的增加，空气加速——就像水在被挤压的水管里一样——并形成一股强大的风。山顶上方的高度湍流空气曾导致飞机失事。但几乎没有研究过山地波产生的地表气流。
一个山地波能否产生导致拉斯孔查斯大火喷发的密度流？绍尔认为这是可能的。所以他深入研究。他花了一年时间开发了一个模拟空气从破火山口向下坡流动的模型。他调出了生成的动画。它看起来像彩虹和熔岩灯的混合体。“看看这里，”他说，指着一条数字化空气穿过山口的河流。
在他手指停留的地方，一股风流沿着赫梅斯山坡向下冲去。靠近火场，空气像海浪拍打后的泡沫一样翻腾。这正如马克·温克尔，唯一已知的喷发目击者，当晚报告看到的景象一样：空气像燃烧的木桶一样滚动。
终于，所有碎片都紧密地契合在一起。除了一个。他们的模型输出的风速高达每秒114.8英尺。但喷发当晚，当地气象塔测得的风速阵风最高只有每秒26英尺——这对于山地波来说太低了。“我们真的认为这就是机制，”绍尔说。他关闭了动画。“但现在我们知道肯定还有别的原因。”
一天下午，我和坎菲尔德、绍尔和林恩一起去了洛斯阿拉莫斯唯一一家不错的酒吧“浴缸巷”（Bathtub Row），这是一家微型啤酒厂，挤满了接受了与拉斯孔查斯大火留下的月球般景象为伴生活的科学家们。啤酒有帮助。
从赫梅斯山脉的某个地方，一股凉爽的风吹向我们。“夏天，每晚大约晚上9点，我们都能听到风在树林里呼啸，”坎菲尔德说。“任何住在这里的人都会告诉你这件事。”
在确定喷发不是由烟柱坍塌、逆向旋转涡旋或山地波引起的之后，团队再次回到了第一步，这次他们转向了内部。他们调查了一个在这样的夜晚观察到的现象，当时他们在自家后院讨论火灾并喝啤酒。有一天晚上，实验室的大气化学家姬莉·科斯蒂根（Keeley Costigan）偶然听到了他们沮丧地发泄。她一直在研究拉斯孔查斯大火烟尘颗粒的分子构成。她一直在提取一个位于喷发点以北一处未着火峡谷中150英尺高的研究塔的数据。团队没有将其纳入他们的中尺度建模。
他们被吸引了，调出了塔的数据。再次，一个令人信服的模式出现了。在6月26日之前的五个晚上中的三个晚上，精确地在晚上10点到凌晨3点之间，一股峡谷风以他们惊奇地识别出的速度吹拂着：大约每秒26英尺。“指纹吻合了，”绍尔说。
在喷发前九个小时，时速40英里的狂风将拉斯孔查斯大火拉伸成一个狭长的足迹，长度约6英里，宽度约1英里。太阳落到11000英尺高的红ondo峰（Redondo Peak）之后，温度下降，风力减弱，火势——正如预期的那样——开始平静下来。
但随后，随着夜间空气冷却并变得更浓密，它开始像水一样在破火山口中积聚，就像一个13英里长的浴缸在注水。大约晚上10点，这池浓密、富含氧气的空气溢出，产生了每秒26英尺的风，这些风沿着峡谷倾泻而下。它们以与火线垂直的方向击中火焰。就在那一刻，曾经是6英里长的、闷烧着的南侧火线，犹如巨龙喷出的气息一样苏醒了。
事实证明，罪魁祸首可能比任何人预想的都要狡猾和安静。当团队弄清楚这一点时，他们的资助几乎用完了。他们无法追究其他嫌疑人，但对他们来说，“浴缸假设”仍然是最可信的。它也可能是最有用的。“大多数火灾喷发可能最好解释的不是罕见或不可预测的，”绍尔说，“而是相对常见的局部气象效应。”
这意味着未来的喷发可能可以预测。这可能为我们如何扑灭野火提供信息。“我们无法预测火灾何时会喷发，甚至是否会喷发，精确到小时或分钟，”林恩说。“但是了解当地天气模式可以告知消防员，当火灾在特定时间、特定地点燃烧时，喷发是可能的。”
因此，消防员——以及有时与他们并肩工作的气象学家——可以部署更复杂的模型来预测野火是否会“核爆”，从而危及生命和财产。
林恩喝着啤酒。在他身后，夕阳将无数被烧焦的树木投射成剪影。如果拉斯孔查斯大火有什么“一线希望”，那也是一个悲惨的希望。另一场喷发袭击洛斯阿拉莫斯的风险很小。因为没有东西可烧了。
凯尔·迪克曼（Kyle Dickman）是一位前野地消防员，也是《燃烧边缘》（On the Burning Edge）一书的作者，该书讲述了2013年导致19名精锐消防员丧生的亚纳尔山火。
本文最初发表于《大众科学》2017年7月/8月极端天气特刊。
