[科普中国]-极端天气可能在全球范围内成为常态

过去几年的夏季和冬季中，全球范围内出现了大量极端天气。不久后，这些极端天气很有可能会成为常态。撰文杰夫 · 马斯特斯（Jeff Masters）翻译聂羽审校张洋两三年前，北美和欧洲地区的急流出现了非常极端的持续性异常。这支贯穿全球的西风气流在美国的东部地区异常偏南，使“极涡”（polar vortex，来自北极地区的冷空气）的影响范围扩展到了比往年更偏南的地区，导致美国东部大约三分之二的地区异常寒冷。这一年，五大湖的冰盖面积迅速攀升，最终达到了历史第二的纪录。两次特大暴风雪还袭击了亚特兰大，使该市瘫痪达数天之久。与此同时，顽固的高压脊（一种天气系统，常形成晴好的天气，降水少）却长期盘踞在加利福尼亚州的上空，造成了有史以来最温暖的冬天。尽管“暖冬”听起来很不错，但却导致加利福尼亚州发生了18世纪末以来最严重的干旱，并造成了数十亿美元的农业损失。急流的持续异常也影响了欧洲地区。连续几场的暴风雪直接导致了当地几十亿美元的损失。英格兰和威尔士经历了从1766年以来最潮湿的冬天，欧洲其他地区也异常偏暖：在2014年1月，挪威遭遇了史无前例的森林火灾；正在举办冬季奥运会的俄罗斯索契则遭遇了冰雪融化对滑雪场造成的破坏。在2014年5月，波黑整个国家大约三分之一的土地因强降雨而面临洪涝灾害。通常情况下，急流是一条盘踞在中纬度地区、自西向东传播的西风气流。正如我们在电视上的天气预报中所看到的，急流的空间型态就像示波器上的正弦波一样，常常会出现南北摆动的周期性运动。急流中弯曲的地方叫做行星波或罗斯贝波（Planetary or Rossby Wave），波动过程能在3~5天的时间内横穿美国本土。在波动过境的同时，也会给当地带来不同的天气状况。然而，在2013－2014年的冬天，这些波动开始变得极不规则，它的振幅开始增大，波形的倾斜程度也变得异常。在这种情况下，急流中的西风风速明显比平时偏弱，而且，有时候它会在一个地方持续停留一周以上，造成该地区长时间的天气异常。2014年5月，犹他州立大学的王世宇（Simon Wang）教授主持的一项研究发现，2013－2014年冬季北美上空的急流空间型是有记录以来最极端的一次。这样的急流异常只是一次个例？显然不是，发生急流异常的情况正变得越来越频繁。2010年，俄罗斯经历了历史上最严重的高温热浪，超过55 000人因此死亡。与此同时，巴基斯坦经历了有史以来损失最惨重的洪涝灾害。在2011年，美国俄克拉玛州经历了美国各州历史上最炎热的夏天。2012年，在美国发生的干旱也创下了历史，这是美国从1930年以来损失最惨重的一次。在2013年4月，德国波茨坦气候影响研究所（Potsdam Institute for Climate Impact Research）发表了一份研究报告，这份由弗拉基米尔·波图霍夫（Vladimir Petoukhov）及同事撰写的报告指出，在前文提到的极端天气事件中，急流的异常弯曲都具有一个共同特点：向东传播的罗斯贝波会在某一个地方异常停滞，且波动振幅明显增大。有的时候，异常的罗斯贝波甚至会持续几天甚至一个月。科学家指出，2001－2012年的夏季，急流出现异常型态的频率是过去22年间在夏天发生类似情况的2倍。正如鲍勃·迪伦（Bob Dylan）在歌中所唱：“你并不需要天气预报员来告诉你风往哪里吹。”因为急流的变化对天气的影响十分明显，而且也能很容易地找到将急流和天气联系起来的原因。在过去的150年，我们所处的气候基本态（局部地区的常年气候特征）已经发生了显著变化，气候态的改变也开始改变急流的行为。例如，由于大量使用煤炭、石油和天然气等化石燃料，造成大气中二氧化碳的浓度增加了40%，这种气体具有保温的作用，能产生明显的温室效应。从1900年以来，夏季北极海冰的范围减少了近50%，海冰减少进一步影响了大气和海洋的热量传输。由于人类大规模利用土地（如农田、牧场、城市的发展），由地球表面向外反射太阳辐射的情况也发生了巨大的改变。不仅如此，发电站、机动车、建筑物以及工业生产所释放的煤烟和其他空气污染物也在产生影响，改变太阳辐射在大气中的反射和吸收。在南极上空的平流层中出现的巨大臭氧空洞，也在改变该地区高空的风场分布。人类对气候系统造成了显而易见的冲击，作为回应，地球的基本气候模型也随之发生了改变。事实上，王世宁和他的团队认为，假如没有人类活动引起的全球变暖，急流的空间型态可能不会如此反常。气候变化的严重性在于，气候系统是非线性的。中等程度的全球变暖可能会引发一场天气过程的巨变。目前，气候学家仍在争论：到底是全球整体的气候系统在经历一场巨变，还是仅仅只有急流本身。此外，对于波茨坦气候影响研究所的研究人员提出的理论解释，气候学家也争辩不断：到底有没有显著的证据存在，可以证明北极地区的快速增温导致了急流的相应变化。如果确定急流正在自我调整并进入一种全新的状态，那对人类来说将是坏消息。2014年8月，英国艾克斯特大学的詹姆斯·斯克林（James Screen）教授和澳大利亚墨尔本大学的杨·西蒙兹（Ian Simmonds）教授联手在《自然·气候变化》（Nature Climate Change）上发表了一篇文章，强调急流变化潜在的气候效应。他们指出，“假如人类活动引起全球变暖后，急流会以弯曲幅度增大作为回应，”那么，“我们的研究结果表明，急流的改变会使以下灾害事件频发：北美西部、亚洲中部的热浪事件，北美东部的寒潮事件，北美中部、欧洲以及亚洲中部的干旱，还有亚洲西部的极端降水等。”极端天气还会带来连锁效应，如果美国中部、欧洲、中亚等地区遭遇严酷的干旱，而且持续时间很长，那全世界范围内的食品价格将会飞速上涨。作者：杰夫·马斯特斯是Weather Underground（全球知名气象机构）气象方面的负责人、灾害性天气预报方面的专家，《环球科学》特约专家。译者：聂羽博士毕业于南京大学大气科学学院，现就职于国家气候中心气候监测室，主要研究中纬度气候动力学，《环球科学》特约专家。审校：张洋毕业于美国麻省理工学院，现任南京大学大气科学学院副教授、博士生导师，主要研究气候动力学与气候变化，《环球科学》特约专家。转载请注明来自“科普中国”。