超级气象灾害大盘点

  近年来，极端气象灾害愈发常见，规模往往超出寻常。那在气象学家眼中，这些超级气象灾害出现的原因是什么，传递出怎样的信号？

  横扫一切的飓风、超乎想象的大火、滂沱大雨、电闪雷鸣、酷热难耐……近20年来出现的超常气象事件几乎让人穷尽最高级别的形容词，我们只可以暂时为它们冠上“超级”的前缀。坦白而言，在面对这些颠覆以往所有标准的气象怪物时，任何词语都不足以表达科学家震惊又着迷的心情。模型、测量工具和强度等级都不再适用。气象中心的颜色代码已没办法代表创纪录的超级热浪或超级大雨，萨菲尔-辛普森飓风等级量化表也完全失去了意义……实地测量时，研究人员还需要适应超常的自然威力，研发能承受300千米/时风速的风速仪，依靠卫星来捕捉超级闪电，借助通常用于监测气旋的雷达来研究超级大火产生的凶猛火积云，等等。此外，气象学家还要孜孜不倦地检索所有档案，寻找上个千禧年中发生的类似事件。种种迹象开始表明，随着全球变暖，地球大气环境今非昔比了。

  首先，温室效应带来新的热力学可能性。较暖的空气会扩大某些梯度，提升能量或湿度，从而在特定情况下催生出气象怪物。有时甚至会在同一个地方出现多个超级气象事件结合的情况！“特大干旱和热浪会互相增幅，哪怕是在高纬度地区。”瑞士伯尔尼大学极端天气专家雅各布·施塞席勒（Jakob Zscheischler）指出，“多个干旱期接踵而至就可能会引发超级大火……”更何况还有发生超级沙尘暴的风险，尤其是在美国西部——加利福尼亚州极度缺水的状态已持续了20年。“我们也开始研究大型气旋与极端热浪在热带地区交替出现的概率，”雅各布·施塞席勒补充道，“此类极端事件组合出现的概率势必会随着全球变暖而提高。”因此至本世纪末，地球上某些地区可能不再适宜人类居住。

  另外，气候平均状态随时间的变化还干扰了全球大气循环。原因主要在于，北极地区迅速升温，缩小了各纬度间的温差。“近40年来，我们观察到北极地区夏季的急流减弱，延长了一些气候现象在部分地区持续的时间。”德国波茨坦气候影响研究所（PIK）气象学家迪姆·库默（Dim Coumou）表示。实际上，减弱后的急流形成了一条围绕地球的迂回弯道，有时能停留长达数周的时间；其间，它会在某处堵住一个反气旋，引发热浪和干旱，在彼处堵住一个低气压，形成大暴雨。因此地球上的不同地方会同时出现多个极端天气现象，仿佛引起了全球气象怪物“大流行”，比如2018年夏，北美洲、欧洲西部和里海地区经历了酷暑，而欧洲东南部和日本却遭遇了史上最强降雨……

  2002年至2013年，全球共记录有478场超级大火，尤其集中在美国加利福尼亚州、澳大利亚和葡萄牙。图为加利福尼亚州埃尔西诺湖地区2018年8月的火情。

  美国加利福尼亚州、葡萄牙、澳大利亚……“我们观察到，在非常炎热和干燥的条件下，一些森林大火不再遵循平常规律。”西班牙莱里达大学火灾研究专家马克·卡斯特努（Marc Castellnou）叹气道。多位燃烧学家更是声音颤抖地提到，这些魔鬼般的大火能在1小时内吞噬1万公顷的茂密植被，并在火焰锋面释放出超过100000千瓦/米的热能，相当于每30米释放出一个核反应堆的能量——要知道连消防飞机也无法扑灭热能超过7000千瓦/米的火源。况且，谁又敢冒险进入堪比火山喷发柱的火积云呢？这类大火非同寻常，其凶猛之势没办法预测也难以阻挡。因为传统的森林大火一般以线型蔓延，火线在风的作用下水平推进，但超级大火的运行机制截然不同，“燃烧产生的热空气和周围空气之间的密度差值巨大，由此产生的浮力使得火苗和热空气垂直上升”，法国艾克斯-马赛大学力学系教授多米尼克·莫凡（Dominique Morvan）分析道，“强劲的空气对流现象吸收了火焰锋面上方所有的新鲜空气，火势得以自发维持，并产生独立于局地气象条件的风。火势在植被间的蔓延也因为这样变得非常不规则……”“依据气象条件、地形和燃料建立起的火势传播计算公式不再适用，”马克·卡斯特努补充道，“尽管拥有超级计算机，我们依然无法预测这种不规律现象。”更可怕的是，在时速超过100千米的上升气流的作用下，燃烧着的植被残骸会被连根拔起，并被随机抛到数千千米外的任何地方，形成新的火源。“这好比面对一支由放火狂人组成的军队。”多米尼克·莫凡感叹道。除此之外，超级大火还有另一种可怕的形成方式：在年初的澳大利亚丛林大火中，炽热的羽流攀升到了海拔14千米处，并在上升的过程中形成了巨大的积雨云；积雨云能带来闪电，引发更多的大火。我们迎来了火灾新纪元。

  这是2019年7月31日出现在海地首都太子港的巨型雨幕。1901年与2010年的气候对比表明，局部地区的强降雨更加频繁。强降雨的上涨的速度是一般降雨上涨的速度的三倍。

  暴雨宛如从天而降的瀑布，形成一堵水墙……如今，大气环境导致某些地区每小时的降水量超过100毫米，而巴黎全年的降水量仅为600毫米。2017年8月，美国休斯敦市出现了五天平均降水量达1200毫米的骇人气象，相当于非洲雨季时一个月的降水量。形成这类倾盆大雨需要空气中有大量的水分。“克劳修斯-克拉珀龙热力学方程表明，空气所能容纳的最大水汽量与其温度几乎成指数增长关系：在0℃时，1千克空气能容纳4克水汽；在20℃时为15克，在30℃时为27克。”法国图卢兹第三大学高空气象学实验室的弗兰克·鲁（Frank Roux）解释道。换言之，空气温度每上升1℃，其最大水汽量可提高7%。全球变暖不仅影响平均降水量，它对极端降水的影响更大。挪威一项新近研究表明，气温每升高1℃，强降雨的降水量便可翻倍，且降雨的频率和强度均明显提升——这在欧洲和日本尤为明显。此外，“随着全球变暖，低气压系统笼罩在同一片区域上空的现象愈发常见”，美国宾夕法尼亚州立大学气候学家迈克尔·曼恩（Michael Mann）指出。积雨云会尽可能汲取四面八方的水汽，比如2016年5月末法国中部遭遇的大暴雨，其水汽来自地中海、波罗的海和热带大西洋。

  2010年至2018年之间检测到的最强闪电（电量超过100万焦耳）大多分布在在大西洋、地中海和印度洋地区。2013年夏，法国科多尔省上空出现了一道超级闪电。

  超级闪电将天空劈开，让方圆100千米内的空气都为之震颤；它们比普通闪电的能量强上千倍，承载了超过25万安培的巨大电流，相当于高压线倍，但直到今天，人类对超级闪电所知甚少。最近，一支由美国和新西兰的物理学家组成的团队，通过检索2010年至2018年全球闪电定位系统（WWLLN）超低频传感器的数据，找到了8000多条超级闪电的痕迹。“我们注意到它们多出现在冬季和海洋上空，而90%的普通闪电则发生在陆地上，”负责这项研究的美国华盛顿大学教授罗伯特·霍尔兹沃思（Robert Holzworth）指出，“地球上雷暴天气最多的地区反而幸免于难，因为这些超级闪电集中在靠近欧洲大陆的大西洋海域、地中海地区和安第斯山脉。”这样的地域和季节性分布起初让研究人员感到吃惊。但他们随后想到，正是因为在平坦海面以及电力微弱的条件下不容易产生闪电，超级闪电才会有这般超强电力。此外，“相比夏季雷暴天气常产生的负闪电，冬季雷暴天气则会形成异常明亮的正闪电”，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室（LANL）研究员迈克尔·彼得森（Michael Peterson）强调道。关于超级闪电，还存在大量的未解之谜，例如它们集中在安第斯山脉的原因、全球变暖对闪电的影响、它们在大气中发生的物理学反应，尤其是引发超级闪电的因素……近年来，超级闪电频现，引发了人们的热议。2017年，科学家通过两颗新发射的美洲大陆同步卫星，在美国俄克拉荷马州观察到了一道水平闪电，延伸长度超过500千米；2018年，出现在巴西东南部的一道超级闪电更是长达709千米。相比之下，普通闪电的长度仅为10到20千米。“某些巨大且持久的雷暴群中产生的闪电，经过层层叠加形成超级闪电。”美国得克萨斯理工大学大气科学系副教授埃里克·布鲁宁（Eric Bruning）解释道，“近几十年来，这种雷暴天气的出现频率提高了。我们大家都认为，长达1000千米的闪电也是有可能出现的……”捕获超级闪电的行动开始了。

  随着全球变暖，无论是在大西洋盆地、印度洋盆地还是太平洋盆地，时速达180千米至210千米的三级气旋出现的可能性增大。图为2017年夏，飓风厄玛在古巴东部上空时的景象。

  飓风就像大气中的“坏小孩”……看看图中这只充满威胁的“眼睛”和不可思议的螺旋云，它能卷起时速超过300千米的大风，在一天之内向方圆200千米的范围内倾倒超过100升/平方米的降水，相当于每秒释放5枚广岛的能量。只要刚形成的风暴路过一片广阔的炙热海域（表层水温达到28℃），没有阻碍它的陆面或干燥空气，并且大气环境均衡，这一些因素就足以催生一场超级飓风……“我们正真看到，当飓风的结构十分对称并出现同心环时，其风力就达到了最大值，就像2017年飓风厄玛在登陆圣巴泰勒米岛之前的状态。”弗兰克·鲁表示。飓风的巨大威力从何而来？“飓风的能量源自海洋表面和热带高层大气之间的温差。”这位大气物理学家指出。海洋表面的温度在上升，但热带高层大气在全球变暖和热膨胀的作用下向海拔更高处扩散，气温反而趋于降低——这导致大气的物理学极限不断后退！结果合乎逻辑：根据美国5月份发表的一项研究，三级或以上的超级飓风出现的可能性每10年提高了8%。这些热力学造就的魔鬼不仅更频繁地造访热带地区，它们所能达到的最大威力也在逐步的提升。“是时候修改飓风分级制度了。”美国国家海洋与大气管理局（NOAA）气候学家詹姆斯·科辛（James Kossin）提出。“即便某一天，飓风都达到了它们的极限。”弗兰克·鲁宽慰说，海洋温度也不会大面积地超过32℃至35℃。但超级飓风的危害不只限于其突袭的威力，它们还表现出新的行为特征。多项研究表明，飓风的移动速度降低了10%至20%，因此在一个地方停留的时间更长，造成的破坏更大。另一个趋势在于，“飓风形成的速度提高了”，美国麻省理工学院气象学教授凯利·伊曼纽尔（Kerry Emanuel）观察说，“这对气象预报而言是一个真正的挑战。”所以超级飓风真的是十分可怕的“坏小孩”。

  2019年夏季，法国昂斯尼遭遇了极端酷暑。气候模型预测，到本世纪末，热浪的峰值将会大幅度提高，比全球变暖导致的升温均值还要高出0.5℃至1.5℃。

  只要想象一下酷热难耐的天气或持续不断的高温就足以让人冒汗。2019年夏季，法国南部记录到了45.9℃的高温；2020年6月，俄罗斯西伯利亚创下了38℃的高温纪录；甚至早在2010年，莫斯科地区入夏后就有33天气温超过30℃。温室效应已然不足以解释超级热浪的出现。重要的条件在于，受灾地区上空形成了持续数日乃至数周的反气旋。“高气压区域压缩周围的空气，使得空气升温。”比利时根特大学大气与气候学博士多米尼克·舒马赫（Dominik Schumacher）详述道，“而且，这些干燥的空气还阻止了云的形成，后者原本可以阻挡部分太阳辐射。”当这种现象发生在本就干燥的地区时，情况变得愈发严重，因为土地中就没有可供蒸发吸热的水分；2003年西欧经历的超级热浪就属于这种情况。但多米尼克·舒马赫近期还发现了另一个加剧高温的因素：亚热带地区的干热空气在风的作用下向温带地区大量转移，因此莫斯科变成“火炉”可能是由哈萨克斯坦的干旱造成的。人类世迈入了高温炼狱？情况可能比这还要糟糕：在部分沿海地区尤其是印度和巴基斯坦，这些“热气蒸笼”已然变得十分潮湿。

  简言之，全球变暖改变了大气热动力，地球大气环境今非昔比。林火、干旱、气旋、热浪和降雨的规模也因此超出寻常。这种多灾多难的气候令人震惊和恐惧，但我们别无选择，只能试着去破译并理解相关机制，尽可能控制其影响规模……是时候直面考验了。