什么是“大氣河流”？從天上奔騰的“河”說起

大家都知道河流，它們是地球上的生命線，流動著淡水滋潤萬物。但是你有沒有想過，天空中也有河流？

沒錯，這就是所謂的“大氣河流”（Atmospheric River，簡稱AR、大氣層河流）。當(dāng)然，它不是普通的河，而是懸在空中的一股“水汽通道”，攜帶著巨量的水蒸氣，像一條看不見的空中長河，從海洋蒸發(fā)出的水分通過它一路奔流向陸地，最終帶來降雨、甚至暴雨。

加利福尼亞州博德加灣北部的俄羅斯河河口，一場暴風(fēng)雨籠罩了天空。這場風(fēng)暴主要由席卷加州的“大氣河流”所驅(qū)動。（圖片來源NOAA）

聽起來挺玄乎是吧？別急，我慢慢給你講清楚。

簡單來說，大氣河流就是天上的“水汽高速公路”。它們很窄，但很長，通常寬度只有幾百公里，卻能綿延幾千公里。
大氣河流特別活躍的地方，往往會出現(xiàn)極端天氣，比如暴雨、洪水、甚至泥石流。比如美國西海岸、歐洲沿海地區(qū)以及我們中國的某些地方，都受到大氣河流的影響。

為什么大氣河流很重要？

那為什么科學(xué)家這么關(guān)心大氣河流呢？說到底，還是因?yàn)樗鼘ξ覀兊纳钣绊懱罅恕?/p>

大氣河流的“送水量”非常驚人，據(jù)研究，它們傳輸?shù)乃梢韵喈?dāng)于亞馬遜河流量的7~15倍！但問題在于，大氣河流有點(diǎn)“脾氣古怪”，有時候帶來的是好雨水，可以緩解干旱；而有時候又“脾氣暴躁”，造成嚴(yán)重洪水。

比如，加州的冬季降水有近一半都是大氣河流帶來的，但有些年份，因?yàn)榇髿夂恿鲙淼慕涤晏土遥瑢?dǎo)致河流泛濫、房屋受損，甚至人員傷亡。想想看，天上這些“水汽河流”如果失控了，后果可不小。所以，科學(xué)家特別想弄明白，大氣河流是怎么運(yùn)作的，它們會不會因?yàn)闅夂蜃兓兊酶l繁、更“暴躁”。

美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）發(fā)布的大氣河流科學(xué)信息圖：通過清晰的圖表和簡明的文字，深入淺出地解釋了大氣河流這一重要?dú)夂颥F(xiàn)象的科學(xué)原理，包括其形成機(jī)制、水汽輸送過程以及對全球氣候變化的影響。圖源：NOAA

最近有一項(xiàng)新研究特別有意思，它用一種高精度的地球系統(tǒng)模型研究了大氣河流和海洋的關(guān)系，尤其是它們?nèi)绾卧诒碧窖蠛捅泵乐尬骱０陡浇盎印薄?/p>

“海洋與濕地”（OceanWetlands）小編注意到這篇由美國國家科學(xué)基金會國家大氣研究中心（NSF NCAR）發(fā)表在《通訊-地球與環(huán)境》上的這項(xiàng)新研究，它表明：美國南加州的大氣河流主要受到海洋蒸發(fā)增強(qiáng)的影響，而在更北的地區(qū)，海洋和大氣溫度的升高將成為主要驅(qū)動因素。這些變化可能導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)的極端天氣狀況加劇，例如暴雨引發(fā)的洪水等。

根據(jù)科學(xué)家們的預(yù)測，到本世紀(jì)末，如果溫室氣體排放持續(xù)走高，襲擊太平洋西北的大氣河流可能使海平面短暫上升至當(dāng)前暴風(fēng)雨的三倍，大大地增加洪水的風(fēng)險(xiǎn)。而相比之下，南加州盡管也會受到海平面上升的影響，但這種程度不會像北方那樣劇烈。正如研究人員Christine Shields所說，這不是“一刀切”的情況，不同地區(qū)的大氣河流將展現(xiàn)出截然不同的反應(yīng)和后果。

這聽起來有點(diǎn)專業(yè)，不過別擔(dān)心，我給你拆解一下：

大氣河流不僅僅是“送水”，它還會影響海洋。想象一下，當(dāng)大氣河流“經(jīng)過”海洋時，強(qiáng)勁的風(fēng)和降雨會“攪動”海水。就像一條船駛過湖面會激起漣漪，大氣河流經(jīng)過海洋，也會引起一系列變化，比如把表層海水推向海岸線，讓海水溫度發(fā)生變化，還會改變海洋的混合層（就是海水上下不同深度之間的交界區(qū)域）。

更有意思的是，這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，氣候變化會讓這些影響變得更復(fù)雜。科學(xué)家用一種叫做“高分辨率地球系統(tǒng)模型”的工具，把氣候、海洋、大氣結(jié)合起來，模擬了未來大氣河流的行為。他們發(fā)現(xiàn)，隨著氣候變暖，大氣河流會帶來更強(qiáng)的風(fēng)和更多的水汽，這可能讓沿海地區(qū)的洪水風(fēng)險(xiǎn)更高，同時還會影響海洋的溫度和能量交換。

歷史時期大氣河流對海洋熱量和降水通量的影響。可以看出，大氣河流顯著改變了海洋的熱量平衡和降水分布。圖源：Shields, Christine A., et al.

氣候變化對南加州、加州中部和太平洋西北地區(qū)海洋熱量和降水通量的區(qū)域差異。不同區(qū)域的海洋熱量平衡和水循環(huán)過程對氣候變化的響應(yīng)存在顯著差異。圖源：Shields, Christine A., et al.

這項(xiàng)研究還指出，不同地區(qū)的大氣河流，在氣候變化下會表現(xiàn)得不一樣。

比如在美國加州南部，大氣河流會帶來更強(qiáng)的蒸發(fā)降溫作用，也就是讓海洋失去更多的熱量；而在更靠北的地方，比如華盛頓州和俄勒岡州，大氣河流的影響更復(fù)雜，既有加熱也有降溫的混合效應(yīng)。

這聽起來有點(diǎn)像天上的“天氣工廠”，在不同地區(qū)開了不同的“分店”，每個分店的業(yè)務(wù)重點(diǎn)還都不太一樣。有的地方主要“冷卻”，有的地方則“加熱”，這讓科學(xué)家感到非常好奇。

不過，這些變化并不是憑空發(fā)生的。隨著氣候變化，海洋表面的風(fēng)力更強(qiáng)了，水汽含量也更高了，這些都讓大氣河流的行為更加劇烈。

聽到這里，可能有人會問：“這些科學(xué)家的發(fā)現(xiàn)和我們的日常生活有啥關(guān)系？”其實(shí)，這種研究離我們的生活并不遠(yuǎn)。

首先，從防災(zāi)減災(zāi)的角度來講，就很有用。沿海地區(qū)的居民需要更加關(guān)注洪水和海平面上升的風(fēng)險(xiǎn)。如果大氣河流帶來的降雨更猛烈，同時海平面又比過去更高，那很多沿海城市可能要面對更大的洪水威脅，比如道路被淹、房屋受損、甚至飲用水安全受到影響。

從農(nóng)業(yè)和水資源管理來看，無疑，也會受到大氣河流的影響。大氣河流帶來的降水是很多地區(qū)的重要水源，比如加州的農(nóng)田。但如果降水的時機(jī)或強(qiáng)度不合適，比如集中在短時間內(nèi)的暴雨，而不是緩慢的、持續(xù)的降水，那這些水資源可能很難被充分利用，甚至?xí)ψ魑锷L造成破壞。

最后，這些研究還提醒我們，氣候變化的影響是全方位的，不僅僅是氣溫升高這么簡單。大氣河流的變化，是氣候系統(tǒng)復(fù)雜性的一個縮影，它讓我們看到了天氣和海洋之間的“互動舞蹈”。

聽了這些復(fù)雜的變化，是不是有點(diǎn)擔(dān)心？

別急，科學(xué)家已經(jīng)在行動，他們正在用更先進(jìn)的模型，研究未來的大氣河流變化趨勢，希望能給政府和社區(qū)提供更加精準(zhǔn)的預(yù)警信息。

同時，沿海地區(qū)的居民和政策制定者，也需要根據(jù)這些研究結(jié)果，制定更加完善的應(yīng)對措施，比如改進(jìn)防洪設(shè)施、加強(qiáng)海岸線保護(hù)、優(yōu)化水資源管理等等。

所以說，大氣河流的研究是一項(xiàng)非常有意義的工作，它不僅幫助我們更好地理解天上的“水汽高速公路”，也為人類應(yīng)對氣候變化提供了重要的科學(xué)依據(jù)。

大氣河流這個現(xiàn)象，就像是氣候系統(tǒng)中的“奔騰之河”，它連接了海洋、天氣和人類生活。雖然它看不見、摸不著，但它的影響卻真真切切。通過這些科學(xué)研究，我們可以更好地預(yù)見未來，保護(hù)我們的家園積極應(yīng)對、減緩未來極端天氣的侵害。

資訊源 | 《通訊-地球與環(huán)境》期刊
文 | 王芊佳

編輯 | Linda Wong

排版 | 綠葉

參考資料略