" 大氣河 " 就像橫亙?cè)诳罩械暮恿?，它們攜帶著大量水汽，很有可能會(huì)引發(fā)洪澇災(zāi)害，但是受多種因素的影響，它們總是變化莫測(cè)。值得關(guān)注的是，如今有科學(xué)家開發(fā)出了一套新的預(yù)測(cè)工具。這套工具可以追蹤監(jiān)測(cè) " 大氣河 " 發(fā)展過(guò)程中的位置、強(qiáng)勁程度和持續(xù)時(shí)間，并據(jù)此分析它的強(qiáng)度等級(jí)。在現(xiàn)實(shí)世界中，這樣一套預(yù)測(cè)系統(tǒng)真的可以起效，降低潛在災(zāi)害的威脅么？

撰文｜F. 馬丁 · 拉爾夫（F. Martin Ralph）

翻譯｜雍陽(yáng)陽(yáng)

某個(gè)星期一的早上，我在美國(guó)舊金山市中心的西爾斯美食（Sears Fine Food）餐廳一邊吃早餐，一邊漫不經(jīng)心地看著柜臺(tái)后面的電視屏幕，上面正在播放當(dāng)?shù)匚磥?lái) 5 天的天氣預(yù)報(bào)。屏幕底部的一個(gè)小符號(hào)顯示著一個(gè)帶著笑臉的太陽(yáng)，這表明當(dāng)天余下的時(shí)間里將是陽(yáng)光燦爛。到了星期三，天氣符號(hào)就變成了一朵友好的云彩與幾點(diǎn)雨滴，星期四則是烏云密布并伴有更多的雨滴。我知道星期四的天氣狀況將會(huì)比這個(gè)符號(hào)所傳達(dá)的更為惡劣。因?yàn)槲乙恢痹谘芯?a class="external" href="http://www.ci5987.com/tag/weixing" title="查看與 衛(wèi)星 相關(guān)的文章" target="_blank">衛(wèi)星數(shù)據(jù)和天氣模型，相關(guān)跡象表明一條 " 浩浩蕩蕩 " 的 " 大氣河 "（atmosphericriver，AR）將會(huì)襲擊這座城市。而天氣預(yù)報(bào)上的符號(hào)不足以傳達(dá)即將來(lái)臨的風(fēng)暴會(huì)帶來(lái)的威脅。

" 大氣河 " 在本質(zhì)上是由懸在空中的水汽形成的 " 河流 "，它們會(huì)被低緯度的強(qiáng)風(fēng)向前推進(jìn)，有時(shí)可達(dá)颶風(fēng)級(jí)速度。直到 21 世紀(jì) 10 年代，美國(guó)氣象學(xué)會(huì)才在氣象學(xué)術(shù)語(yǔ)表（Glossaryof Meteorology）中公布了 " 大氣河 " 的標(biāo)準(zhǔn)定義，在此之前，多虧了先進(jìn)的衛(wèi)星成像等科學(xué)技術(shù)，氣象學(xué)家了解了 " 大氣河 " 風(fēng)暴是如何在遙遠(yuǎn)的海洋上空形成的。等到 " 大氣河 " 襲擊美國(guó)西海岸時(shí)，它們可能已經(jīng)伸展到約 3200 千米長(zhǎng)，寬度和厚度分別演變成約 800 千米和 3 千米。在世界上的一些地區(qū)，一次 " 大氣河 " 帶來(lái)的平均降雨量遠(yuǎn)大于一場(chǎng)典型降雨或雷暴，它輸送的水汽量相當(dāng)于密西西比河注入墨西哥灣的流量的 25 倍。

這些風(fēng)暴會(huì)帶來(lái)洪澇災(zāi)害，對(duì)于部分地區(qū)來(lái)說(shuō)可能是百年一遇的大洪水。它們還可能會(huì)綿綿不斷地產(chǎn)生一系列風(fēng)暴。" 大氣河 " 每年都會(huì)數(shù)次襲擊美國(guó)西海岸、加拿大、歐洲、非洲、南美洲和新西蘭，此外還能深入內(nèi)陸。例如，在今年 6 月，位于美國(guó)內(nèi)陸地區(qū)的黃石國(guó)家公園被迫關(guān)閉，因?yàn)闆坝康暮樗疀_毀了公園的道路，而這在很大程度上是由一次超強(qiáng) " 大氣河 " 引發(fā)的。

值得一提的是，" 大氣河 " 并不總是帶來(lái)災(zāi)難，有時(shí)也會(huì)給干旱地區(qū)帶來(lái)期盼已久的雨水。它們還有助于增加積雪，補(bǔ)充天然湖泊和人造水庫(kù)的蓄水量。然而，氣象學(xué)家還很難提前幾天就知道一場(chǎng)風(fēng)暴將在何地登陸。正如可以快速變得巨大一樣，" 大氣河 " 總是變化莫測(cè)，因?yàn)閺暮１頊囟鹊礁呖绽錃鈭F(tuán)的多種因素都有可能影響它們的發(fā)展過(guò)程。

2016 年，就在 " 大氣河 " 預(yù)計(jì)登陸舊金山的同一天，我也要在當(dāng)?shù)嘏e辦的美國(guó)地球物理學(xué)會(huì)會(huì)議上介紹對(duì)這種風(fēng)暴的新見解。電視上天氣預(yù)報(bào)符號(hào)的不足之處，促使我下定決心建立一張 " 大氣河 " 強(qiáng)度等級(jí)表，將它作為一種預(yù)測(cè)和溝通工具。對(duì)此，我和同事已經(jīng)討論了一段時(shí)間。我設(shè)想用一個(gè)黃色方框來(lái)代表風(fēng)暴系統(tǒng)，同時(shí)用黑體加粗的字符顯示強(qiáng)度等級(jí)。

這套工具可以追蹤 10 個(gè)或更多的變量，包括數(shù)百上千米高空的氣流，以及水汽的水平運(yùn)動(dòng)。這些變量對(duì)預(yù)測(cè) " 大氣河 " 襲擊一處海岸的幾率發(fā)揮著一定的作用。為了建立一個(gè)清晰且具有說(shuō)服力的等級(jí)劃分系統(tǒng)，我們需要將那 10 個(gè)變量簡(jiǎn)化為兩類，分別表示一次即將來(lái)臨的 " 大氣河 " 的強(qiáng)勁程度和持續(xù)時(shí)間。

" 大氣河 " 強(qiáng)度等級(jí)表

我們將 " 大氣河 " 的等級(jí)劃分成了 5 級(jí)：從 AR1（主要帶來(lái)有益降雨）至 AR5（主要引發(fā)災(zāi)害）。這樣做的目的是提醒人們密切關(guān)注 " 大氣河 " 的初始等級(jí)，以及后續(xù)的任何變化，因?yàn)閺?qiáng)烈的 " 大氣河 " 會(huì)使沿海地區(qū)或內(nèi)陸山區(qū)遭受數(shù)小時(shí)到數(shù)天的暴雨或暴雪，所以地勤人員需要每隔一段時(shí)間就重新評(píng)估當(dāng)前需要采取的措施。

2019 年，我們的研究團(tuán)隊(duì)在《美國(guó)氣象學(xué)會(huì)公報(bào)》上發(fā)表了 " 大氣河 " 強(qiáng)度等級(jí)表。要想根據(jù)這張等級(jí)表判斷一場(chǎng) " 大氣河 " 的強(qiáng)度，科學(xué)家實(shí)際需要在觀測(cè)到一次即將來(lái)臨的 " 大氣河 " 之后做大量的研究工作。在過(guò)去兩年里，數(shù)次強(qiáng)烈的 " 大氣河 " 襲擊了美國(guó)西海岸。在這些案例中，利用 " 大氣河 " 等級(jí)表，研究人員和天氣預(yù)報(bào)員得以更準(zhǔn)確地告知應(yīng)急人員和水資源管理員，這究竟是一場(chǎng)有利于補(bǔ)充水源的降雨，還是一場(chǎng)引發(fā)洪水和山體滑坡的暴雨。

當(dāng)準(zhǔn)備更充分后，政府部門既可以降低風(fēng)暴對(duì)生命和財(cái)產(chǎn)安全的威脅，也能知道如何最大程度地增加儲(chǔ)水量。2021 年 1 月，" 大氣河 " 使加利福尼亞州大瑟爾海岸發(fā)生了嚴(yán)重的山體滑坡，后續(xù)的泥石流還導(dǎo)致懸崖邊的部分道路坍塌。此次事故并沒有造成人員死亡，這表明政府可以利用最新的預(yù)測(cè)方式，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)風(fēng)暴并做好后果管理。很明顯，充分發(fā)揮準(zhǔn)確預(yù)測(cè)與溝通的能力，有助于美國(guó)西海岸做好應(yīng)對(duì)強(qiáng)風(fēng)暴的準(zhǔn)備。

拯救生命

2021 年 1 月底，研究人員觀測(cè)到太平洋上空正在形成一個(gè)大氣環(huán)流，它將會(huì)給美國(guó)西海岸帶來(lái)另一場(chǎng)極端天氣事件。但問(wèn)題是，這條 " 大氣河 " 會(huì)在哪里登陸，以及強(qiáng)度如何？此時(shí)，研究人員的不安感也在急劇上升。美國(guó)西海岸的一部分地區(qū)就像全球其他地中海氣候區(qū)一樣，水通常是一種稀缺資源，所以居民、農(nóng)民和商人都期盼著降雨。但是，暴雨又會(huì)引發(fā)洪水，摧毀農(nóng)業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施，甚至危及人民生命安全。

當(dāng)時(shí)，在太平洋西北地區(qū)，河流水位在數(shù)周暴雨后仍居高不下。因此，那里的人們最不希望看到的就是另一場(chǎng)風(fēng)暴的來(lái)臨。然而，對(duì)于遭受嚴(yán)重干旱的加利福尼亞州，幾厘米的降水量就能緩解現(xiàn)有的旱情，但如果雨水滲透已被野火燒盡的陡峭山坡，就會(huì)導(dǎo)致山體滑坡。

2021 年 1 月 20 日，由大氣科學(xué)家、氣象學(xué)家、機(jī)組人員和來(lái)自跨機(jī)構(gòu) " 大氣河 " 偵察指揮中心的工作人員組成的一支研究團(tuán)隊(duì)決定，派飛機(jī)飛入正在聚集和發(fā)展的風(fēng)暴中收集數(shù)據(jù)。盡管衛(wèi)星數(shù)據(jù)和海洋浮標(biāo)數(shù)據(jù)對(duì)天氣模型至關(guān)重要，但二者并不能充分監(jiān)測(cè) " 大氣河 " 的位置、強(qiáng)勁程度和水汽含量。這部分是因?yàn)?" 大氣河 " 往往伴隨著多云或多雨的現(xiàn)象，會(huì)阻礙衛(wèi)星采集數(shù)據(jù)或降低準(zhǔn)確度，而偵察飛機(jī)剛好可以彌補(bǔ)這些不足之處。

一條 " 大氣河 " 會(huì)在前進(jìn)過(guò)程中從四面八方吸納水分。

兩天后，美國(guó)海洋和大氣管理局（NOAA）的一架叫做灣流 4 號(hào)（G-IV）的噴氣式飛機(jī)爬升至夏威夷以西的太平洋上空約 12 千米處。在觀測(cè)的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)，偵察飛機(jī)每隔 10 分鐘左右就會(huì)釋放一次下投式探空儀（dropsondes）。這種小型儀器會(huì)乘著附帶的降落傘向下飄落 20 分鐘，同時(shí)測(cè)量風(fēng)速、風(fēng)向、水汽、溫度和壓力，并通過(guò)無(wú)線電將數(shù)據(jù)傳送給偵察飛機(jī)。隨后，飛機(jī)會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送給全球天氣數(shù)據(jù)中心。在那里，氣象預(yù)測(cè)模型會(huì)利用這些數(shù)據(jù)開始新一輪的預(yù)報(bào)——通常每 6 或 12 個(gè)小時(shí)預(yù)報(bào)一次。這架噴氣式飛機(jī)還攜帶了無(wú)線電掩星探測(cè)儀的原型機(jī)，它可以使用 GPS 衛(wèi)星信號(hào)，探測(cè)飛機(jī)周圍約 290 千米內(nèi)的大氣狀況。同時(shí)，還有 100 多個(gè)海洋漂流浮標(biāo)收集的氣壓數(shù)據(jù)也會(huì)送至全球天氣數(shù)據(jù)中心，這些浮標(biāo)是由全球漂流浮標(biāo)計(jì)劃（GlobalDrifter Program）部署的。新的消息多少能讓已經(jīng)有過(guò)多水量的太平洋西北地區(qū)安心些。來(lái)自偵察飛機(jī)的數(shù)據(jù)顯示，" 大氣河 " 很有可能會(huì)在更南的地方登陸。

2021 年 1 月 22 日，CW3E 的分析顯示此次風(fēng)暴的強(qiáng)度可能是 AR1 級(jí)。隨后，我們開始給當(dāng)?shù)貙＜野l(fā)送包含預(yù)測(cè)信息的短信或電子郵件。根據(jù)這條信息，再加上 NWS 常規(guī)的預(yù)報(bào)信息，這些專家會(huì)向負(fù)責(zé)實(shí)地行動(dòng)的市政領(lǐng)導(dǎo)提供應(yīng)急建議。在加利福尼亞州的圣克魯斯，許多陡峭的山坡都已經(jīng)被野火燒過(guò)，當(dāng)?shù)氐南狸?duì)長(zhǎng)正在為潛在的山體滑坡做準(zhǔn)備。在加利福尼亞州的大瑟爾，交通管理部門也為了防范山體滑坡準(zhǔn)備關(guān)閉 1 號(hào)公路，畢竟這里有些斜坡可高達(dá) 300 米。

2021 年 1 月，" 大氣河 " 帶來(lái)的雨水浸透山坡，造成了泥石流，進(jìn)而導(dǎo)致加利福尼亞州 1 號(hào)公路中斷。

2021 年 1 月 23 日，我們派 G-IV 噴氣式飛機(jī)到夏威夷的西北部，探測(cè)一個(gè)如今已經(jīng)發(fā)展成熟但移動(dòng)緩慢的低壓系統(tǒng)。這個(gè)低壓系統(tǒng)正在朝著一道即將來(lái)臨的低壓槽路徑向北輸送水汽和熱量，而這道低壓槽正在從日本和西伯利亞向東快速移動(dòng)。這兩個(gè)低壓系統(tǒng)之間的相互作用將影響未來(lái)幾天內(nèi) " 大氣河 " 會(huì)在哪里形成，以及如何移動(dòng)。根據(jù) CW3E 的等級(jí)劃分工具，這場(chǎng)風(fēng)暴可能會(huì)在加利福尼亞州登陸并達(dá)到 AR2 級(jí)，而這會(huì)增加沿海地區(qū)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)。

相比于上一次預(yù)測(cè)，新預(yù)測(cè)顯示 " 大氣河 " 的等級(jí)變高了，這也促使我們更頻繁地開展偵察飛行，例如，兩架來(lái)自美國(guó)空軍預(yù)備役基地的 C-130 氣象偵察機(jī)在美國(guó)西海岸偵察 " 大氣河 "。到了 2021 年 1 月 24 日，天氣預(yù)報(bào)預(yù)測(cè) " 大氣河 " 會(huì)在美國(guó)洛杉磯北部的康賽普遜岬附近停滯。但一些集成模型顯示，風(fēng)暴可能會(huì)停滯在更遠(yuǎn)的北部，即大瑟爾附近，那里曾爆發(fā)過(guò)大規(guī)模山火。

到了 2021 年 1 月 26 日，" 大氣河 " 開始朝著康賽普遜岬與圣何塞之間的區(qū)域前進(jìn)。" 大氣河 " 偵察飛機(jī)每天都要執(zhí)行更多次的偵察任務(wù)，監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，這場(chǎng)風(fēng)暴將達(dá)到 AR2 或 AR3 級(jí)并發(fā)生停滯，這意味著一些不幸的沿海地區(qū)可能會(huì)遭受長(zhǎng)達(dá)一天半的暴雨。在蒙特雷和圣克魯斯附近的燃燒區(qū)域，以及 1 號(hào)公路上 " 脆弱 " 的大瑟爾路段，應(yīng)急管理部門已預(yù)先部署了救援設(shè)備和人員。

2021 年 1 月 27 日凌晨，NWS 的下一代天氣雷達(dá)（NEXRAD）網(wǎng)絡(luò)追蹤到了陣雨。正如預(yù)測(cè)的那樣，在一系列即將來(lái)襲的風(fēng)暴中，第一場(chǎng)先襲擊了舊金山灣區(qū)北部，但很快就穿過(guò)了那里。門多西諾湖附近有一個(gè)地面 " 大氣河 " 觀測(cè)站，它使用直視雷達(dá)，確定主要風(fēng)暴將出現(xiàn)在水庫(kù)南部，并將這個(gè)消息 " 傳達(dá) " 給預(yù)報(bào)員和水庫(kù)操作員。相比之下，在門多西諾湖，風(fēng)暴僅產(chǎn)生了約 5~8 厘米的降雨，而這樣的降雨多半是有益的。

果不其然，AR3 級(jí)風(fēng)暴在大瑟爾附近停滯，并且兩天內(nèi)的降雨量就超過(guò)了 25 厘米。而在圣盧西亞，山脈附近甚至有更大的降雨量。傾盆大雨既導(dǎo)致城市洪水泛濫，也在大火燒過(guò)的山坡引發(fā)嚴(yán)重的泥石流，由此摧毀了房屋和商業(yè)建筑，并嚴(yán)重破壞了重要的沿海 1 號(hào)公路。最終，這條道路被關(guān)閉數(shù)月進(jìn)行重大維修，而這也中斷了交通，影響了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)。因此，這次事件成為 2021 年美國(guó) " 造成數(shù)十億美元損失的天氣災(zāi)害 " 之一。

重要的是，這次事件并沒有造成人員死亡。初步分析表明，" 大氣河 " 偵察數(shù)據(jù)改善了預(yù)測(cè)結(jié)果，可以使降雨預(yù)報(bào)誤差降低 50%，否則對(duì)大瑟爾的預(yù)測(cè)降雨量將比實(shí)際降雨量少得多。也就是說(shuō)，這有助于提高準(zhǔn)確預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)的能力。