罕見風暴的自然因素和地域因素

摘自《環球科學》

地球的大氣就像不斷起伏的斗篷,只不過是有氣體構成的。白天時太陽投來的能量會在地表聚集;晚上時,溫暖的地表又會將能量返還給太空,空氣就是在這個迴圈中不斷被加熱和冷卻。如果加熱不均勻,就會在區域性地區產生風。當水不斷從陸地和海洋中蒸發,也會天空中凝結成雨水或雪花,然後再次降落到地面。

罕見風暴的自然因素和地域因素

即便大氣系統看起來混亂而龐雜,但在很多因素的限制下,還是存在很高可預測性。這些影響因素包括緯度、地球自轉、山脈、海洋環流等。在大西洋,類似“佛羅倫薩”的颶風一般行成於東部熱帶地區,隨後向西移動。在太平洋,熱帶風暴也會向西移動。南北半球還分別存在一支極地急流。其中一支自西向東環繞整個北半球,所在位置相當於美國和加拿大邊境;另一隻則橫跨南美洲和非洲的南端。與海溫度波動有關的大型風系統也有很強的週期性,比如厄爾尼諾的和拉尼娜。它們一般以3到8年為週期,影響全球的風能和降水。從不同海底提取的沉積物資訊顯示,這類可預測的氣候變化已經存在了數十萬年。

隨著海水不斷被加熱、冷卻和流動,海洋也在更長的週期中保留了混亂性和規律性。太平洋年代際振盪是東太平洋和西太平洋之間冷暖溫度交替的效應,就像蹺蹺板一樣來回擺動,只不過每個階段可維持10年左右。大西洋經向翻轉環流是一種緩慢的暖流,其中溫暖高鹽度的表面水水會向北流動,進入大西洋西部,在那裡耗散熱量後潛到水底,再向南迴流到南極洲。完整的環流一次,大約需要1000年。

大氣和海洋的相互作用形成了多變的氣候現。在某些地區,年與年人之間的氣候特徵也可能明顯不同,有時更熱更溼,有時則更冷更幹。但沉積證據顯示,在過去幾年中,這種變化也是有限的,氣候的差異基本保持在一定範圍內。而現在,這種情況已經被改變了。

在2018年冬春交際之時,我就親身經歷了一次極端天氣。自然母親帶來了一場殘暴的東北風暴,風暴席捲過大西洋後,又猛烈的襲擊了東海岸。那三大引發極端天氣的因素(全球變暖和水蒸氣增加、區域性效應、自然變化與區域效應之間的複雜互動)或許正在加速這場風暴的演變。

我焦急地關注著最新的氣象預報。結果顯示,在北太平洋上空的急流中出現了一個看似無害的擾動。但是,很多預報都認為這個擾動會移向大西沿岸,在馬薩諸賽州東西南的沿海城鎮引發一場巨大的暴風雪。預報描述的這場風暴(準確地說是炸彈氣旋)發展迅猛,在我居住的社群附近帶來的大量降雪,而這已經是這個冬天第三場強冬北風暴了,這很不尋常。

自然因素與區域因素的相互作用一直在其中扮演了重要角色。比如,2013年末,太平洋年代震盪從負位相轉向正位相,與原本的自然週期一致。這使北美西海岸的水溫超過了平均值,而海水吸收的額外熱量又流向了大氣。整個過程都會促使美國西北部上空的急流向北膨脹(也稱為脊)。研伸至阿拉斯加。

透過分析具體案例,我們還能看到區域性影響因素在其中扮演的角。目前,北極的氣溫升高非常明顯,比其他地方快兩到三倍,尤其是在冬季。北極的海冰也在短短40年內減少了75%,這也就是北極溫度快速升高的主要原因。太平洋上空的“脊”則會進一步利用這些額外的熱量,使自身的形態能夠維持得更久。在很大程度上,就是這個“詭異的彈性脊”在美國西海岸引發了乾旱和熱浪,並進一步造成了嚴重的森林火災。

脊的東側一般會伴隨著一個向南向下沉的凹陷(也稱為槽)。這裡的草出現在北美東部。很明顯的縱深,能使北極的冷空氣南下,與大西洋東海岸的暖水帶來的暖空氣。形成強烈的溫差對比。強烈的溫差會形成風暴,從而混合冷暖空氣,抹平溫差。炸彈氣旋就是在這類氣象過程中產生的,只不過是一種比較激烈的例子。“槽-脊”機制的存在,使北美東部很容易形成東北風暴,而在近幾年的冬天,這種現象越來越明顯了。

美國氣象局整理的資料還可以為我們描繪生產生炸彈氣旋的完整場景:當氣壓在24小時內下降超過24毫巴,就會使風暴在尺度和能量兩個方面快速擴張,達到“爆炸”的級別。

3月2日的黃昏臨近時,狂躁的東北風如期而至,暴雨、大雪、巨浪、風暴接踵而來,很多地方的電力都被切斷了。直到格林蘭島附近的阻塞高壓中心改變了風暴的移動方向,這場駭人的風暴踩在橫掃美國6個州後“心滿意足”地離開。這次封北風暴中,至少有9人死亡,200多萬人被切斷電源,同時大片沿海社群被淹。