你聽說過大氣河嗎?
小據帶你漲姿勢~
河流是水在同一方向聚集和移動的地方。在陸地上,雨水匯集在溝壑和峽谷中,與周圍的徑流匯合,形成大大小小的江河,最終匯入大海。大氣中的水也有類似的行為,它們在天空中交匯形成河流。
上世紀90年代,科學家們利用微波衛星上的濕度傳感器和計算機模擬,發現了天空之河——大氣河的存在。那么,它是如何聚集和輸送水汽的呢?為啥大氣河在中國“露臉”比較少?小據帶您一起來看“懸在空中”的河流的奧秘。
什么是大氣河? 強水汽輸送的瞬變通道
大氣河,由紐威爾(Newell) 和華裔科學家朱勇于上個世紀90年代提出,迄今已有近30年的歷史。他們利用歐洲中期天氣 預 報 中 心模擬的全球風場與相對濕度數據,計算得到垂直積分的水汽通量值,發現在中高緯度有一些帶狀的水汽輸送結構,其長度是寬度的數倍,從低緯度延伸至中高緯度地區。在中高緯度,這些結構所輸送的水汽占所有南北向水汽輸送的90%以上??膳c陸地上最大的河流——亞馬遜河的流量相匹敵。于是,他們給這種帶狀的水汽輸送結構取名為AtmosphericRivers,意為大氣中的河流,簡稱大氣河。
大氣河這一名稱由于直觀地表達了其輸送水汽的強度之大,因此得到了媒體、氣象學家以及水文學家廣泛使用,但同時也引起了一些爭議。爭議的原因主要有兩點,一是大氣河是定義在歐拉場上的瞬變結構,不同于陸地河具有較為固定的河床,因此冠之“河流”之名實為不妥;二是在氣象領域,已有與之相近的概念,如溫暖水汽帶、熱帶水汽出口等。
為解決這些爭議,《氣象術語》委員會組織專家小組數次舉辦研討會,專門辨析大氣河與其相近概念之間的區別與聯系,最終將其定義為大氣中強水汽輸送的瞬變通道,結構狹長,通常與溫帶氣旋冷鋒前的低空急流有關。
大氣河在南北半球均有分布,主要位于中高緯度。在北半球多為西南-東北走向,在南半球則多為西北-東南走向,南北半球呈準對稱分布。在同一時間,空中可出現多條大氣河。出現在不同地方的大氣河,往往有著不同的名字。有一條最為典型的大氣河,從美國的夏威夷群島延伸至北美西海岸,被稱為“夏威夷消防水龍帶”,因為它帶來的水汽常常能夠緩解美國加利福尼亞州 (以下簡稱“加州”)等地的干旱。例如,在2012年至2017年,美國加州經歷了長達5年的旱災,而2017年2月份的大氣河活動則為當地帶來了充沛的雨水,結束了這場史詩級的旱情。
此外,由于夏威夷盛產菠蘿,這條大氣河也被稱為“菠蘿快車 ”,常常出現在美國的新聞播報里。在美國中部,大氣河則有另外一個名 字 ——“ 瑪 雅 快 車”。雖然這些名稱都比較夸張,但也形象地刻畫了大氣河狹長、強度大且攜帶大量水汽的主要特點。
中國也有大氣河嗎?
中國有沒有大氣河的活動呢?人們曾經對此爭論不休。有人認為,大氣河只是影響北美西海岸的一個天氣系統,與中國甚至東亞地區無關;而且根據以往研究,大氣河多出現在冬季,而我國冬季天氣主要受來自西伯利亞的偏北風控制,并沒有強水汽輸送帶的蹤影。更何況在北半球,大氣河多是從西南向東北方向輸送水汽,而我國西部是廣闊的亞歐大陸,何談大氣河登陸一說?
但隨著近些年相關研究的開展,學者們發現在中國和東亞地區也有大氣河活動。夏季,位于北太平洋的大氣河會隨著西太平洋副熱帶高壓西移到東亞地區,從而影響中國東部以及日本、韓國等地。有研究發現,大氣河對于東亞地區極端降水的貢獻可達30%-90%,大氣河與東亞地區年降水的30%-60%有關。根據香港科技大學學者的研究,夏季位于東亞地區的大氣河將來自于阿拉伯海、孟加拉灣和南海的水汽輸送至我國華南地區和長江流域,從而影響我國長江流域的降水,有時造成嚴重的洪澇災害。
2020年,我國江淮地區遭遇長達62天的梅雨,持續性的暴雨襲擊長江中下游地區,給湖北、浙江、安徽等地帶來嚴重影響。有媒體形象地將其稱為“超長待機的暴力梅”,該“暴力梅”背后就有大氣河在推波助瀾。在此期間,大氣河源源不斷地將水汽從孟加拉灣和南海輸送至長江中下游,然后東折入海,途經日本南部,延展至西北太平洋廣闊的洋面上。不同于一般的降水過程,與大氣河相關的降水往往有著顯著的特征,如降水落區呈帶狀,分布在大氣河的北側,空間尺度較大,且降水中心強度多在24小時降水量50毫米的暴雨級別。有研究表明,在我國江淮地區,梅雨期與大氣河相關的降水占總降水的70%-80%,與大氣河相關的降水強度是與大氣河無關的降水強度的8-10倍。
盡管大氣河對我國梅雨期降水有著如此重要的影響,但大氣河如何與梅雨系統相耦合,二者之間有何影響以及互相影響的機制是什么,仍是一個未解之謎。此外在全球變暖的背景下,大氣河對我國降水的影響有何新的特征,有待于更多的科研工作予以揭示。