Cháy rừng là gì? Các bài báo nghiên cứu khoa học liên quan

Định nghĩa cháy rừng

Cháy rừng (wildfire) là hiện tượng đám cháy không kiểm soát lan rộng trong hệ sinh thái rừng, đốt cháy vật liệu thực vật khô như lá, cành, thân cây và thảm thực bì. Nhiệt độ cao và độ ẩm thấp tạo điều kiện thuận lợi để ngọn lửa lan nhanh, có thể bùng phát từ một điểm cháy nhỏ trở thành đám cháy lớn.

Ba dạng chính của cháy rừng phân biệt theo vị trí ngọn lửa trong thảm thực vật:

• Cháy bề mặt (surface fire): Lan trên mặt đất, đốt lá rụng và lớp thảm thực bì.
• Cháy ngầm (ground fire): Cháy dưới lớp mặt đất, tiêu thụ vật chất hữu cơ ẩm ướt như than bùn và rễ cây.
• Cháy ngọn (crown fire): Ngọn lửa lan lên tán cây, di chuyển giữa các tán tạo thành “vành đai lửa” cao và dữ dội.

Cháy ngọn thường nguy hiểm nhất vì cường độ mạnh, khó kiểm soát và có thể lan sang khu vực rộng lớn chỉ trong thời gian ngắn.

Nguyên nhân gây cháy rừng

Nguyên nhân cháy rừng được chia làm hai nhóm chính: tự nhiên và nhân sinh. Nguyên nhân tự nhiên bao gồm sét đánh khô vào mùa khô hoặc tự sinh do phân hủy vật chất hữu cơ sinh nhiệt. Tuy nhiên, phần lớn đám cháy rừng (>90%) xuất phát từ các hoạt động của con người.

• Đốt dọn thực bì: Nông dân và chủ rừng thường đốt lá, cành để làm sạch đất trồng, nhưng khi kiểm soát không chặt có thể gây cháy lan.
• Săn bắn và du lịch sinh thái: Lửa trại, thuốc lá không dập tắt hoàn toàn, tia lửa máy móc đều có thể khơi mào.
• Tai nạn công nghiệp: Hồ quang điện, tia lửa hàn xì, đốt chất thải dễ cháy gần khu vực rừng.

Tình trạng khô hạn kéo dài và gió mạnh càng khiến đám cháy bùng lên nhanh hơn, lan xa hơn, đồng thời làm giảm độ ẩm của nhiên liệu thực vật.

Phân loại cháy rừng

Các đám cháy rừng thường được phân loại theo quy mô và mức độ kiểm soát, giúp xác định chiến lược ứng phó phù hợp:

Phân loại theo cấp độ cháy (I–IV) dựa trên độ dễ lan và mức độ nguy hiểm cũng thường được sử dụng trong quy trình cảnh báo cháy rừng quốc gia.

Hành vi cháy và mô hình lan truyền

Hành vi cháy rừng được xác định bởi tốc độ lan truyền, cường độ ngọn lửa, chiều cao và khả năng sinh nhiệt. Các yếu tố ảnh hưởng bao gồm:

• Loại nhiên liệu: Độ ẩm, kích thước hạt, mật độ vật liệu thực vật.
• Điều kiện khí hậu: Nhiệt độ, độ ẩm không khí, tốc độ và hướng gió.
• Địa hình: Độ dốc, hướng sườn đồi, có thể làm tăng tốc độ cháy khi lan lên dốc.

Mô hình Rothermel mô tả tốc độ lan truyền đám cháy \(R\) theo công thức:

$R = \frac{I_r\,\xi}{\rho_b\,\epsilon\,Q_{ig}}$

Trong đó:

• \(I_r\): cường độ quả lửa (flame intensity)
• \(\rho_b\): mật độ nhiên liệu (bulk density)
• \(\epsilon\): hiệu suất đốt cháy (propagating flux ratio)
• \(Q_{ig}\): năng lượng kích cháy (heat of ignition)
• \(\xi\): hệ số hiệu chỉnh gió và độ dốc

Nhờ mô hình này, chuyên gia có thể dự báo chiều lan và tốc độ cháy, từ đó thiết kế băng cản lửa và bố trí lực lượng chữa cháy hợp lý.

Tác động sinh thái và kinh tế

Cháy rừng gây thiệt hại nghiêm trọng đối với hệ sinh thái thông qua việc tiêu hủy tầng thực vật, làm thay đổi cấu trúc rừng và giảm đa dạng sinh học. Lá rụng, cành cây và lớp mùn bị đốt cháy hoàn toàn, khiến đất trống exp được tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, dẫn đến xói mòn và suy giảm chất hữu cơ trong đất.

Một số loài thực vật và động vật chịu ảnh hưởng nặng nề, đặc biệt là các loài có khả năng di chuyển hạn chế hoặc sống trong tầng thảm thực bì. Tuy nhiên, trong một số hệ sinh thái thích nghi với cháy như rừng cây lá kim ở Bắc Mỹ, cháy rừng còn kích thích tái sinh hạt ưa nhiệt và duy trì chu kỳ sinh thái tự nhiên.

Về khía cạnh kinh tế, chi phí chữa cháy bao gồm nhân lực, thiết bị, máy bay trực thăng và máy bay tiếp nước, có thể lên đến hàng triệu đô la cho mỗi đám cháy lớn. Mất mát về gỗ thương phẩm, thiệt hại hạ tầng và gián đoạn du lịch sinh thái cũng làm giảm thu nhập của cộng đồng địa phương và ngân sách chính phủ.

Phát hiện và giám sát cháy rừng

Công nghệ viễn thám sử dụng dữ liệu MODIS và VIIRS từ vệ tinh để phát hiện điểm nóng (hotspot) và giám sát tiến trình cháy theo thời gian thực. Hệ thống NASA FIRMS cung cấp bản đồ nóng mỗi 15 phút, giúp cơ quan quản lý chủ động ứng phó (NASA FIRMS).

Thiết bị cảm biến mặt đất ghi nhận nhiệt độ, độ ẩm và khói, kết nối qua mạng IoT để cảnh báo cháy sớm. Dữ liệu này tích hợp với Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) để lập bản đồ rủi ro và theo dõi lan truyền của đám cháy.

• Cảnh báo sớm dựa trên thuật toán học máy (machine learning) phân tích dữ liệu vệ tinh.
• Drone trang bị camera nhiệt hỗ trợ khảo sát khu vực địa hình phức tạp.
• Ứng dụng di động cho người dân báo cháy và cung cấp tọa độ chính xác.

Quản lý và phòng chống cháy rừng

Phòng cháy chủ động bao gồm đốt có kiểm soát (prescribed burn) để loại bỏ lớp mùn dễ cháy, tạo băng cản lửa (firebreak) bằng cách khai hoang hoặc cày xới dải đất trống. Biện pháp này giúp giảm nguồn nhiên liệu và ngăn cháy lan.

Lực lượng chữa cháy chuyên nghiệp trang bị xe chữa cháy rừng, máy bay tiếp nước và máy ủi, phối hợp với cộng đồng dân cư thông qua tình nguyện viên và lực lượng Quân đội khi cần thiết. Đào tạo thường xuyên về tiêu chuẩn an toàn, kỹ thuật phun nước và phối hợp vận hành đa đội.

Chính sách quản lý đất rừng quy định duy trì trạng thái rừng hỗn hợp, xen kẽ các khoảng trống sinh học, giảm mật độ thực bì. Chương trình REDD+ (Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation) hỗ trợ tài chính cho cộng đồng thực hiện biện pháp phòng cháy (UN-REDD).

Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu

Biến đổi khí hậu làm tăng nhiệt độ trung bình, kéo dài mùa khô và giảm độ ẩm đất, tạo điều kiện thuận lợi cho cháy rừng bùng phát. Số liệu IPCC ghi nhận tần suất cháy rừng ở nhiều khu vực đã tăng 10–20% trong 30 năm qua (IPCC AR6 WG2).

Gió mạnh và các đợt nắng nóng cực điểm (heatwave) làm đám cháy lan nhanh, bùng phát đột biến. Dự báo cho thấy vùng chịu rủi ro cháy tại bán cầu Bắc có thể mở rộng thêm 15% vào năm 2050 nếu không có biện pháp giảm phát thải khí nhà kính.

• Tăng thời gian mùa cháy: kéo dài thêm 10–20 ngày mỗi năm.
• Duy trì điều kiện khô hạn quanh năm ở vùng Địa Trung Hải, Tây Bắc Hoa Kỳ, Úc.

Hướng nghiên cứu và triển vọng tương lai

Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và phương pháp học sâu (deep learning) để dự báo nguy cơ cháy dựa trên dữ liệu lịch sử, khí hậu và địa hình. Mô hình dự báo tích hợp FEM (finte element method) mô phỏng lan truyền nhiệt và gió.

Công nghệ drone và vệ tinh thế hệ mới (Sentinel-2, Landsat 9) cung cấp độ phân giải cao, cho phép phát hiện cháy nhỏ (<1 ha) ngay từ khi mới phát sinh. Hợp tác liên ngành giữa cơ quan khí tượng, lâm nghiệp và ngành công nghệ thông tin để xây dựng nền tảng cảnh báo đồng bộ.

Phát triển vật liệu chống cháy sinh học (bio-based fire retardant) phun tạo lớp bảo vệ cho cây cối và công trình trong rừng. Nghiên cứu gen chọn tạo giống cây chịu khô hạn và kháng cháy để trồng rừng phục hồi bền vững.

Tài liệu tham khảo

• Food and Agriculture Organization. “Forest Fires: Prevention and Sustainability.” FAO. Accessed June 2025. fao.org.
• US Forest Service. “Wildland Fire Science.” Accessed June 2025. fs.usda.gov.
• NASA FIRMS. “Fire Information for Resource Management System.” Accessed June 2025. earthdata.nasa.gov.
• Intergovernmental Panel on Climate Change. “Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability.” IPCC. Accessed June 2025. ipcc.ch.
• Rothermel RC. “A Mathematical Model for Predicting Fire Spread in Wildland Fuels.” USDA Forest Service Research Paper INT-115. 1972.
• UN-REDD Programme. “Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation.” UN-REDD. Accessed June 2025. un-redd.org.