森林是地球上最大的陆地生态系统，是地球上的基因库、碳贮库、蓄水库和能源库，对维系整个地球的生态平衡起着至关重要的作用。随着全球气温的逐渐升高，空气的干燥度越来越高，加上人为活动增多，林区可燃物逐渐增加，森林火灾猛发、频发的特点更为明显。2019年和2020年，四川凉山发生了两起森林火灾，夺去了46位消防员的生命。四川省政府公告显示，是预测不及时、风力陡增，风向突变等原因造成悲剧的发生。那么为了避免悲剧重蹈覆辙，如何才能及时、实时、准确地监测森林火灾呢？

图1 熊熊燃烧的森林

森林火灾发生时，烟是最显著、最及时的信号，而风对火势蔓延起决定性影响。为响应“科技引领、创新驱动”森林草原防灭火的工作要求，加快装备转型升级，有效提高森林草原防灭火效率，森林防火激光雷达应运而生，它能探测火灾早期的烟、实时精确反演风场信息，完善现有森林火灾监测体系。

图2 多普勒原理示意图

激光雷达通过发射一束激光进行探测，当这束光碰到烟粒子时会被散射回来，并携带回烟的颗粒和速度信息。当探测风场时，会利用多普勒原理，如图2所示，激光雷达发出的光碰到正在移动的气溶胶，它散射回来的光的频率会随之发生变化，这样就能知道它移动的最新信息。此外，激光雷达还可以对粒子的形状进行识别，如图3所示，雾粒子是圆乎乎的球形粒子，烟粒子则是细长的形状，通过探测得到目标物的退偏比，退偏比越大，表明粒子越狭长，越小，其越圆润。

图3 烟雾粒子识别图

激光雷达是个名副其实的千里眼，10km以内的早期烟雾，它看得清清楚楚；而且它转动脑袋，就能实现三维空间的探测。它发射的光，也大有讲究，因为发射的不是普通的光线，而是波长为1.5μm 的红外光，对云雾有很强的穿透力。激光雷达是不折不扣的时间管理能手，因为它一秒钟发射一万束光，能快速洞悉烟和风的发展趋势。它兢兢业业，能全天候24小时不间断工作。

激光雷达喜欢登高望远，日常工作地点是在森林防火瞭望塔上，或者是高的居民楼顶等，只要视野开阔，能提供持续充足的电，它就能不间断稳定地运行。它一般身披厚厚的铝板，内部装有水冷系统，能应对日常风吹日晒等情况。

作者所在的南京信息工程大学智能遥感工程研究院研制的森林防火激光雷达，在森林防火监测中，发现一起由秸秆燃烧引起的森林火灾，茫茫大雾能见度不足500m，视频监测仪无动于衷。而它仍能在5km外 ，看清火势的一举一动。它可以将探测的结果结合地图实时呈现，并向消防工作人员汇报。它还赴四川西昌市进行功能验证和性能测试，西昌市应急管理局邀请专家考察其的各项功能。现场进行了烧除计划的监测和试点现场的应急调度指挥，完成了5分钟内发现早期着火点、火场风速风向监测、烟雾和火势扩散方向和范围的预报。它为西昌市提高森林防火效率、精准研判森林火情和科学指挥火灾扑救提供有力保障，为后期的综合调度和实施决策赋予精准参照。

森林防灭火工作是事关人民群众生命财产安全和国家生态安全的大事。一群气象科研人员潜心向学、埋头苦干、迎难而上、攻坚克难才将森林防火激光研制出来，并筑造起森林火灾监测钢铁长城。森林防火激光雷达的诞生，助力实现“打早、打小、打了”的目标，为消防员平安归来提供保障，为祖国绿水青山贡献科技力量。

来源: 气象e新