森林火災，是指失去人為控制，在林地內自由蔓延和擴展，對森林、森林生態系統和人類帶來一定危害和損失的林火行為。森林火災是一種突發性強、破壞性大、處置救助較為困難的自然災害。目前，林火監測的手段主要是衛星監測、視頻監控、人工巡護、航空巡護等，近年來無人機技術迅速發展，也被應用到林火監測中。
衛星監測林火的原理是利用紅外熱敏感的原理，林火等火情產生的地面溫度變化，在紅外通道會有比較明顯的變化，從而判斷地面的林火情況。它最大的優點是監控範圍大，缺點也很明顯，每天經過同一區域的衛星監測次數為17次，間隔時間長，易受地形、雲層厚度等影響監測效果，衛星監測解析度較粗，連續60米長的火線在衛星監測圖上產生一個像素熱點，兩個熱點以上屬比較大的火情。
視頻監控的優點是可以實時不間斷監控，但是監控範圍非常有限，只能針對重點林區，而且受能見度的影響大，後期維護成本高；
人工巡護需要耗費大量的人力物力，效果不理想；航空巡護成本高，需要費用高昂的基礎設施條件；無人機監測一般用於火災發生後的現場指揮。
除了以上監測手段，天氣雷達是探測的「千裡眼」，它能做些什麼呢？天氣雷達的主要監測目標是空中的降水，當然也會探測到對空中的其他目標，比如由於林火產生的而升到空中的煙塵。所以據此，天氣雷達也能間接探測到林火。天氣雷達探測林火的研究和業務應用是雷達探測和森林防火監測的結合應用，是天氣雷達和其它部門合作應用領域的重要擴展，是現有林火各種監測手段的一個重要補充。
天氣雷達能間接探測到林火，它的原理是：
1、升騰到空中的煙塵顆粒對雷達電磁波的散射；（主要作用）
2、上升的熱對流柱的混亂氣流對雷達電磁波的散射。（次要作用，回波弱）
圖1 熱對流柱帶來的煙塵和氣流混亂是雷達能間接探測林火的原因
天氣雷達探測到煙塵回波（林火），能獲得的信息有：
1、起火點
2、起火時間（失去控制）、火勢控制時間
3、火勢演變（煙塵在空中的擴散判斷）
4、多點同時跟蹤
雷達6分鐘一個體掃，以最早出現煙塵回波的位置作為起火點，最早出現煙塵回波的時間為起火時間，雖有誤差但是誤差較小。6分鐘間隔的不間斷掃描可以形成回波序列，根據回波的強度和面積判斷火勢情況及煙塵擴散方向。雷達有效探測林火的半徑約為100公裡，在此範圍內可以多點同時跟蹤。
圖2 雷達多點跟蹤煙塵回波（紅圈內都是煙塵回波）
天氣雷達探測煙塵回波是林火監測手段的一個補充，它也有它的優勢和缺陷。
它的優點是：
1、時間密度高，每6分鐘（CINRAD/SA）立體掃描；
2、靈敏度高，可探測早期的林火，不受非降水雲的影響；
3、多點同時跟蹤，回波強度、回波面積等跟蹤信息；
4、多部雷達同時監測，互相補充和印證；
它的缺陷是：
1、雷達探測的高度越遠越高，遠距離不能有效探測，目前最遠個例144公裡，一般探測範圍100公裡以內。
2、受迎風坡弱降水、工廠等影響，有空報；
3、夜間降溫對流抑制影響，較難探測到林火；
4、受雷達遮擋情況的影響，被遮擋的地方探測不到林火。
看一下煙塵回波的動畫，這是某次林火回波的7小時動畫顯示。
圖3 某次煙塵回波的動畫（7小時）
通過大量的統計得出林火回波的特點是：單次探測來講，林火回波初始弱、範圍小、高度矮；
回波動畫來看，回波的位置不動、強度向下風方擴散。
因為火勢由小到大，煙塵一開始少，所以林火回波初始比較弱，但是有時候發展迅猛回波強度迅速加強，煙塵的範圍初始也比較有限，後面隨著擴散面積會有所加大，但還是有限。煙塵由地面受熱對流柱上升，上升的高度有限，一般上升的高度在4公裡以下。所以煙塵回波（林火）就會有以上幾個特點。
圖4 林火回波特點「初始弱、範圍小、高度矮」「不動、擴散」
天氣雷達探測是有一定仰角的而且還疊加地球曲率的影響，所以離雷達越遠，高度越高；另外，距離雷達越遠，波束越寬，解析度和靈敏度都變差，所以遠距離探測效果不理想。圖5中，同樣的林火煙塵規模和高度，近距離可以看到整個熱對流柱的中上部，在中距離只能探測到上部，更遠距離就探測不到了。所以，探測高度對雷達監測林火煙塵影響很大。
圖5 探測高度對林火煙塵回波探測的影響
衛星和雷達監測林火各有特點，可以互相補充。圖6，是一個雷達探測和衛星的探測對比。可以發現雷達在探測時效性和連續跟蹤方面優於衛星監測。
圖6 林火雷達監測和衛星監測對比
國內外對天氣雷達監測火災進行了一些研究，Banta等分析了雷射都卜勒雷達與X波段都卜勒天氣雷達對森林火災產生的煙柱運動特徵；Rogers等對比分析了S波段、X波段雷達以及風廓儀對發生在加拿大蒙特婁一個油漆廠的火災造成的回波差異；Hufford等綜合應用WSR-88D都卜勒雷達和多個極軌衛星實時數據，分析出1996年6月發生在美國阿拉斯加中南部的Miller's Reach森林火災的著火點、強度、演變過程及煙幕等精確信息；上海陳永林等對上海一次重大火災的發生、升騰、擴展和撲滅過程中雷達回波特徵進行了研究；浙江溫州黃克慧等對森林火災的雷達回波特徵進行了分析和研究，發現火災引起的回波具有水平尺度小、回波頂高度低、回波強度強等和地物回波相類似的特徵，徑向速度圖上一般有輻散速度對的出現，並開發了基於「雜波過濾法」的自動識別林火回波的方法和軟體；羅輝等基於風暴識別算法對林火回波進行識別，對「雜波過濾法」識別林火進行了改進；福建龍巖張深壽等介紹了林火回波的特徵及鑑別原理，並提出了識別林火回波業務化應用的流程，同時提出林火回波判別的主要指標有：回波頂高、尺度範圍、水平平滑度、垂直高差、回波紋理結構、回波體掃間變化率等。廣東佛山市氣象局李兆明等分析了X波段對林火探測的一次典型個例。張深壽等進一步利用林火特點，開發了「塊回波跟蹤分析法」自動識別預警煙塵回波（林火），並進行了業務化應用（圖7）。
圖7 新一代天氣雷達（CINRAD/SA）煙塵回波自動監測系統
之後張深壽等根據多年的經驗總結，開發了全省8部雷達的組網監測，自動監測預警福建省境內的林火情況，並不斷地開發完善中。雷達組網監測擴展了雷達監測煙塵回波的範圍，並可以進行多部雷達相互補充和印證。圖8，圖9。
圖8 福建省全省8部雷達組網監測煙塵回波
圖9 福建省全省8部雷達組網監測煙塵回波系統和自動預警簡訊
多部雷達組網監測，提升了雷達監測煙塵回波的能力，對於林業局、電業局、自然保護區、旅遊景區等部門，應用雷達監測林火技術，能夠有以下作用：
1、實時掌握全市林火發生動態；
2、研判火場發生發展態勢，為指揮撲救林火提供技術支撐；
3、還原山火發生發展過程，為重大森林火災調查提供科學數據；
4、節省預警監測經費，也為電力部門為避免林火影響而主動拉閘斷電提供信息和依據。
雙偏振雷達的應用可以更好地提升監測林火的效果，因為相關係數這個雙偏參數可以直觀地指示回波是否為降水，這就排除了地形弱降水對林火回波判斷的影響。
其他波段的雷達探測煙塵回波原理一樣，可能效果更好，但還需更多實例驗證。例如，X波段探測距離100公裡左右，解析度75米，它不是業務雷達，實驗雷達體掃可以根據需要設置在1分鐘以內，所以X波段雷達可以發展為很好的測煙塵雷達，圖10、11。
圖10 佛山X波段雷達林火和廣州雷達CINARD/SA對比（佛山市氣象局 李兆明等）
圖11 佛山X波段雷達林火個例雙偏參數（佛山市氣象局 李兆明等）
但是，需要指出的是，雷達監測林火還有很多不完善的地方，需要繼續努力和開發。天氣雷達能監測到林火，但也是需要一定規模，林火必須產生了熱對流柱升到空中並持續一段時間才能被探測和識別。由於雷達探測的複雜性，雷達監測煙塵回波的自動識別，也會受到弱降水、工廠煙囪、幹擾、地物殘留、晴空回波等的影響有不少空報。雷達監測煙塵回波，準確率和敏感性也存在不可調和的矛盾，要儘早報警則準確率就低，要準確率高則需要較長時間的探測判斷。爆炸和城市大火的回波也有類似林火的特點。爆炸的回波相比林火，初始強度更強、回波高度更高，但是擴散的快回波維持時間較短。
總之，天氣雷達監測林火是林火監測手段的有效和重要的補充，也是天氣雷達應用領域的拓展。天氣雷達監測林火有優勢也有不足，識別煙塵回波需要林火達到一定規模，也會受到許多因素的影響有不準確。雙偏振的參數加入能更好監測煙塵回波，X波段是比較理想的監測工具。