高温、洪水、火灾：急流是气候灾害的关键环节
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图片来源：CC0公共领域。配图克制
高温、洪水、火灾：急流是气候灾害的关键环节
作者：劳拉·米兰·隆布拉纳、海莉·沃伦和布赖恩·K·沙利文
2021 年 7 月 23 日
毁灭性的洪水摧毁了德国和比利时的城镇。一场无情的热浪席卷了美国西部和加拿大。暴雨使一个拥有 1000 万人口的中国工业中心城市瘫痪。气候变化正在加剧这些最近的天气现象。
但是，这些遥远的极端之间的联系不仅仅是全球气温变暖。所有这些事件都受到急流的影响，急流是从地球表面吹来的强而窄的西风带。当来自极地的冷空气与来自热带的热空气发生冲突时，就会产生洋流，从而产生风暴和其他现象，例如降雨和干旱。
“急流，是它们创造和控制的天气，”伍德韦尔气候研究中心的高级科学家詹妮弗弗朗西斯说。“有时急流会呈现出一种非常复杂的模式。当我们看到它向北大幅摆动并向南大幅下降时，我们知道我们将看到一些不寻常的天气条件。”
每当这些波动和下降形成看起来像波浪的欧米茄形曲线时，气象学家就会担心。当这种情况发生时，暖空气向北移动，冷空气向南渗透。结果是沿同一纬度出现了一系列异常炎热和寒冷的天气系统。在这些条件下，风通常会减弱，危险的天气可能会在同一地点停留数天或数周——而不仅仅是几个小时或一天，这很可能导致长时间的降雨和热浪。
澳大利亚墨尔本莫纳什大学 ARC 极端气候卓越中心的研究员苔丝·帕克 说：“这就像海洋中的波浪到达海滩，冲击和拍打一样。” “这也可能发生在大气中，如果发生这种情况，你往往会发现高压或低压系统会变得静止。”
这就是本月早些时候德国部分地区遭受洪水的原因，因为一个低压系统被固定在该国西部地区的上方。前两天大雨浸透了土地，随后几个小时的更强烈的降水导致河流泛滥。水和泥石流淹没了房屋和道路，造成 170 多人死亡，数百人失踪。大雨还淹没了卢森堡、比利时和荷兰的部分地区。
“当然，德国发生的事件与急流的位置有关，”莱比锡大学的气象学家兼教授约翰内斯·夸斯说。同时，他说，有证据表明，地球每变暖一度，大气中的水分就会增加 7%。全球平均气温已经比工业化前水平高出约 1.2 摄氏度。
“我们感到非常震惊，”北莱茵-威斯特法伦州的德国武装部队发言人斯特凡·海德 (Stefan Heydt) 说，该州在最近的洪水中遭受了严重破坏。他的家乡莱茵兰-普法尔茨也受到了严重影响。Heydt 说他的堂兄仍然住在那里，现在必须开车 60 公里才能用电。
“整个存在从一个时刻到下一个时刻都被摧毁了，”海德说。
欧洲洪水对经济的影响仍在显现，很明显，许多行业都将受到打击。德国停止了由 RWE AG 运营的露天褐煤矿的运营，从而限制了相连的魏斯韦勒电站的产量。该公司在该国西部的大部分水电大坝和荷兰的一个发电站也停止运营。
当美国轰炸机在二战期间飞往日本执行任务时首次记录到喷射流的运动与气候驱动的极端事件（高温、干旱、强降雨）同时发生时，后果可能是灾难性的。
这可能就是本周在中国发生的事情。一场创纪录的暴雨在三天内为郑州带来了一年的降雨量，郑州是世界上最大的 iPhone 制造基地，也是中国中部的主要食品生产中心。至少有 33 人死亡，多达 380,000 人不得不撤离。
中国气象局的科学家将这场风暴归因于强大而持续的高压块，随着从东南方逼近的台风 In-fa 将水蒸气从海中推入。那股浓重的空气撞击郑州所在的河南省周边的群山，汇聚后向上喷射，在那里冷却形成毁灭性的降雨。
宾夕法尼亚州立大学大气科学教授迈克尔曼说，大气中的情况可能是由急流减弱引起的，“但需要额外的分析来确认。”急流是对气候变暖的有力预测，使这些系统能够在同一地点持续更长的时间，促成我们在欧洲和欧亚大陆看到的许多创纪录的降雨总量，”他说。
科学家们的问题是气候变化在多大程度上影响了急流中的这些扰动。做这种分析需要时间。由德国气象局牵头的欧洲洪水快速归因研究已经开始，预计将在 8 月中旬取得结果。
6 月下旬袭击美国西部和加拿大的热浪史无前例，以至于研究人员能够在 7 月初得出结论，气候变化使它们的可能性增加了至少 150 倍。一个通常与炎热干燥天气相关的高压系统由于其下方的土地极其干燥而变得更糟。
通常，地面上的水分会吸收大部分太阳热量，并在蒸发时冷却空气。但北美西北部的极端干旱意味着气温只会上升，在大气中形成暖空气泡。从那以后，第二次热浪袭击了该地区，野火现在在美国西部和加拿大部分地区燃烧。
随着数百万人打开空调，极端高温帮助推动了天然气期货和电力价格的上涨。干旱迫使加州的杏仁种植者拔除树木。在北美高原，蚱蜢在已经减少的草地和麦田上繁衍生息。随着 COVID-19 疫情爆发造成食品通胀飙升，未来几个月的天气可能会使农作物和肉类的价格保持高位。
与此同时，尽管高温和野火袭击了东西伯利亚，但俄罗斯西部和中部很冷。由于德国和比利时经历了大雨，高温促使英国气象局发布了有史以来的第一个极端高温警告。牛津大学物理气候科学教授蒂姆·伍林斯 (Tim Woollings) 说：“急流正在一个接一个地绕过这些天气系统，将不同地区的天气联系起来。”
大多数科学家都同意气候变化正在使由急流驱动的事件变得更糟，但关于全球变暖对洋流的直接影响程度存在争议。在过去的两年里，研究人员已经将急流与几次自然灾害联系起来。
例如，科学家们已经确定，卡在东西伯利亚上空的高压系统会产生热量，如果没有气候变化，这几乎是不可能的。在澳大利亚，两年的干旱加上新南威尔士州的高压系统导致 2020 年创下了数十年的温度记录，并助长了该国有史以来最严重的火灾季节。将气候变化的差异放在地图上
伍德韦尔气候研究中心的弗朗西斯研究北极变暖如何影响地球上其他地方的天气。她认为一个后果是急流减弱。由于北极比更南部的地区变暖得更快，温差变小，削弱了风，使其路径更弯曲，一个地区的极端事件更加持久。
“在这一点上，我们处于假设和理论之间，”弗朗西斯说。“有很多支持证据，因为这是一个如此复杂的大气层，真的很难非常清楚地确定是什么让任何一个天气事件变得更加极端。”
其他研究人员没有得出如此明确的联系，但看到了其他气候驱动变化的迹象。根据伍林斯的说法，有很好的证据表明喷射流越来越接近两极。这种转变正在使北半球的北部和南半球的南部的风暴进一步转移，并有助于解释澳大利亚南部和智利中部目前正在经历的多年干旱。
今天，研究人员正致力于预测急流的波动。这是一项复杂的任务，大部分研究都集中在北半球。对南部，尤其是南美洲和非洲南端的影响，人们不太了解，因为来自世界该地区的研究和原始数据较少。
一些极端天气可能与急流完全无关。周二，巴西咖啡产区的气温连续数小时低于零摄氏度，对豆类作物和橙园造成破坏。在拉尼娜天气模式导致的严重干旱导致田地干旱和灌溉所需的水库枯竭之后，霜冻对种植者造成了第二次打击。
尽管如此，随着气温升高导致极端天气事件更加频繁，了解急流变得越来越紧迫。莫纳什大学的帕克说：“我们需要更多地考虑天气系统如何随着气候变化而变化，而不仅仅是气候将如何变化。” “气候和天气之间的这种划分在很大程度上是人为的。”
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注：急流（jet）是指风速30m/s 以上的狭窄强风带。是大气环流中的一个重要特征。在天气图上观察到的急流带环绕地球自西向东弯曲延伸达几千千米，水平宽度约上千千米，垂直厚度达几千米到十几千米。根据急流的形成区域和结构不同可分为极锋急流、副热带急流、热带东风急流和极夜急流。按急流出现的高度不同，一般可分为高空急流和低空急流。
由于急流同大气热量和角动量的输送有关，是全球大气环流的重要环节。急流又往往同锋区相联系，因此和天气系统的发生、发展有着密切的关系。急流是天气学中重要的研究课题之一。
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