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今年可能是往后10年最涼快的一年

2022-07-29 17:34:43 點(diǎn)將科技系統(tǒng)集成部 163

6月上旬,正當(dāng)華南迎來強(qiáng)烈的“龍舟水”的同時(shí),北方的河南、山東遭遇了高溫少雨天氣,雖然在幾天后的降水緩解了部分旱情,但是在6月中旬,高溫天氣又依次席卷了新疆、內(nèi)蒙、河南和山東等地。

進(jìn)入7月以來,高天氣逐漸向華東和四川盆地轉(zhuǎn)移,而新疆、內(nèi)蒙古西部和甘肅河西等地延續(xù)了高溫。在超過500萬平方公里的土地上,大約9億人經(jīng)受了超過30天的高溫天氣。國(guó)家氣候中心稱,在此次高溫過程中,全國(guó)有76個(gè)國(guó)家氣象站的最高氣溫突破歷史極值。


每增加一度,人類的生存模式都再加一個(gè)難度


圖:央氣象臺(tái))▼


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造成我國(guó)最近高溫天氣的幕后推手,乃是位于北方的西風(fēng)帶和位于南方的副熱帶高壓,兩者相互作用下的大氣環(huán)流變化,決定了當(dāng)?shù)氐慕邓透邷亍?/span>

比如6月中旬,產(chǎn)生于西風(fēng)帶波動(dòng)的東北冷渦為華北帶來降水,同時(shí)壓制住了原本要北跳的副高,使其滯留在南海之上,華南地區(qū)承受了本應(yīng)在江淮地區(qū)的雨水,而受到高壓脊控制的河南山東則形成高溫。

到了7月,副高北移,江淮地區(qū)在其控制下迎來酷熱,而副高北側(cè)的降水,迅速緩解了河南山東的炎熱天氣。


2022年6月全球平均氣溫距平(單位:℃)


(圖:中央氣象臺(tái))▼


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我們?cè)賹⒁曇胺糯?,?huì)發(fā)現(xiàn)過去一個(gè)多月內(nèi),北半球都是如此的炎熱。

北半球同此涼熱

在歐洲,6月中旬熱浪來襲,13日西班牙中部和南部最高氣溫突破40℃;18日,法國(guó)多地高溫記錄被打破,70多個(gè)省發(fā)布高溫警報(bào)。7月中旬以來歐洲再次被熱浪侵襲,14日葡萄牙最高氣溫沖到47℃,逼近全歐洲的歷史極值。沒裝空調(diào)的英國(guó)民眾也不得不面對(duì)40℃高溫。

2022年6月18日西歐部分地區(qū)的地表溫度
這時(shí)多地的氣溫都逼近甚至超過40度了(沒空調(diào)的情況下)

(圖:ESA)▼

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在北美,6月13日,美國(guó)多個(gè)城市刷新了高溫記錄,全美超過三分之一的人口受到影響。熱浪在7月初再次來襲,美國(guó)中部和西南部多個(gè)城市打破高溫記錄,有的甚至比最高溫度高出6℃之多。

怕的不是某一天特別熱,而是一天更比一天熱,且持續(xù)▼

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中國(guó)、歐洲和北美的天氣都與西風(fēng)帶密切相關(guān),比如6月中旬,劇烈彎曲的西風(fēng)帶上分裂出名為“切斷低壓”的天氣系統(tǒng)。

一般來說“切斷低壓”直接控制的區(qū)域會(huì)出現(xiàn)云雨天氣,降水的同時(shí)也會(huì)影響周圍的天氣系統(tǒng),比如東北冷渦在7月中旬的幾天內(nèi),一邊為我國(guó)東北和華北帶來降雨,一邊通過壓制副熱帶高壓而緩解了南方熱浪。

7月15日500hP風(fēng)場(chǎng)下的東北冷渦給東北大幅降溫,遼寧多地更是發(fā)生了短時(shí)強(qiáng)降水、大風(fēng)、冰雹等強(qiáng)對(duì)流天氣▼

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但是“切斷低壓”的位置非常要緊,比如在歐洲,“切斷低壓”長(zhǎng)時(shí)間待在伊比利亞半島以西的洋面上。旁邊的陸地則被不斷加強(qiáng)的高壓脊控制,所以晴朗少雨。


高壓脊盤伏在半島上空,天氣晴好,越晴越熱


(6月18日500hPa下的氣壓圖和最高溫度圖)▼


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更嚴(yán)重的是,“切斷低壓”會(huì)像發(fā)動(dòng)機(jī)一樣源源不斷地將北非炎熱的空氣拉向北方。西歐地區(qū)自然會(huì)溫度飆升。7月中旬“切斷低壓”和高壓脊的模式和6月如出一轍,西歐也再次迎來熱浪。


機(jī)制是一樣的,爆熱也是一樣的


(7月12日500hPa下的氣壓圖和最高溫度圖)▼


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而在美國(guó)那邊,6月中旬和7月以來,西風(fēng)帶波動(dòng)形成的高壓脊控制著美國(guó)大部。持續(xù)的晴朗天氣讓高溫迅速發(fā)展開來。

6月17日500hPa下可以清楚地看到高壓脊▼

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7月16日美國(guó)500mb高度等高線▼

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在北美、歐洲和東亞的熱浪中,我們都發(fā)現(xiàn)了這樣的事實(shí),不同地方的副熱帶高壓都急著為局地帶來高溫酷暑,但是迅速變化的西風(fēng)帶在波動(dòng)中有時(shí)壓制了副熱帶高壓的活動(dòng),讓人們?cè)诳崾铋g享受短暫的清涼,有時(shí)卻助紂為虐,加劇了高溫天氣。

今年7月9日英國(guó)刷新了有史以來的最高溫度,不久之后又發(fā)布了有史以來的第一個(gè)極端高溫紅色警報(bào),很多人享受不到吹空調(diào)的快樂,只能玩水了

另一方面,在相近的時(shí)間內(nèi)北半球多地遭遇高溫并非偶然,其原因就暗藏在廣闊的副熱帶高壓帶和蜿蜒的西風(fēng)帶上。

副熱帶高壓帶環(huán)繞北半球

在南北半球的副熱帶,存在著氣壓的相對(duì)高值區(qū)域,被稱為“副熱帶高壓帶”,其直接控制區(qū)往往是晴朗少雨的天氣,由于地中海、青藏高原和落基山脈這三個(gè)地區(qū)很難被副高控制,所以北半球的副高被分割為北大西洋副高壓帶、伊朗高壓和北太平洋副高壓帶。


6月15日中午12時(shí)的全球氣壓圖


在大范圍的環(huán)球暖高壓帶的作用下
下沉氣流有利于地面增溫,且云層稀少,太陽輻射再度加溫▼


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在我局之前的做的視頻里介紹過“西太平洋副熱帶高壓帶”,對(duì)我國(guó)季風(fēng)氣候的影響,比如西太副高的位置決定了中國(guó)主雨帶的位置。

伊朗高壓離我國(guó)較遠(yuǎn),但是在夏季會(huì)加強(qiáng)并向東延伸影響青藏高原和云貴高原的降水。

北大西洋高壓中心在冬季常在亞速爾群島附近,稱作亞速爾高壓,靠近歐洲更多影響歐洲的冬季降水。夏季則常在百慕大群島附近,稱作百慕大高壓,靠近北美,更多影響北美的天氣過程。


冬季和春季在北大西洋東部副熱帶地區(qū)上空形成


到了夏季和秋季就向西移動(dòng)▼



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在最近一段時(shí)間,“伊朗高壓”和“西太副高”克服了青藏高原的阻擋而連通,同時(shí)“太平洋副高”和“大西洋副高”也克服了落基山脈的阻擋而連通,環(huán)繞北半球的副熱帶高壓帶真正形成。除了范圍擴(kuò)大以外,強(qiáng)度也較往年偏強(qiáng)。

副高直接控制下的大氣盛行下沉氣流,而中上層大氣下沉?xí)斐上聦哟髿獾脑鰷兀?/strong>再加上持續(xù)晴朗天氣下太陽的炙烤,北半球大陸區(qū)域就形成了廣泛的高溫天氣。

幾大高壓通力合作,團(tuán)團(tuán)包圍出一個(gè)高溫圈▼

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另一只大手:西風(fēng)帶波動(dòng)

這次副熱帶高壓帶的打通和加強(qiáng),為北半球熱浪提供了背景條件,但此外還有一只大手,對(duì)這一背景不斷調(diào)整修飾,這就是盛行西風(fēng)帶。

赤道的炎熱和極地的寒冷之間的溫度差,導(dǎo)致高空的空氣從赤道流向極地,并在地轉(zhuǎn)偏向力的作用下造就了強(qiáng)勁的西風(fēng)走廊,氣體以110km/h(相當(dāng)于30.6m/s)的速度繞行整個(gè)地球。這條西風(fēng)帶并不總是平直的,常常受到高大山脈的阻擋和南北冷暖空氣的入侵而南北波動(dòng),實(shí)際上呈現(xiàn)為一條蜿蜒曲折的風(fēng)帶。


雖然形態(tài)總是在變化,也很容易生成氣旋


但本質(zhì)還是中緯度上自西向東的風(fēng)帶▼


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西風(fēng)帶的波動(dòng)看上去雜亂無章,時(shí)而劇烈,時(shí)而平緩,時(shí)而寬廣,時(shí)而零碎。如美國(guó)貫穿南北的大槽大脊,如西歐沿岸由于劇烈抖動(dòng)分裂出的切斷低壓,又如深入我國(guó)東北的冷渦系統(tǒng),不論什么樣的波動(dòng)都會(huì)對(duì)當(dāng)?shù)靥鞖庠斐娠@著影響。因此我們有必要了解,這些波動(dòng)的形成及其規(guī)律。

這里我們可以將西風(fēng)帶上的波動(dòng)進(jìn)行分解,在不同的尺度上討論問題。短波生命周期較短,移動(dòng)較快,長(zhǎng)波則生命周期較長(zhǎng),移動(dòng)相對(duì)緩慢,一般對(duì)氣壓圖做5天-10天的平均,就就可以看到,西風(fēng)帶波動(dòng)中時(shí)間和空間尺度較小和較大的兩部分,這其中長(zhǎng)波尤其重要。


1963年12月23日08時(shí)500hPa等壓面圖


西風(fēng)帶狀況,同時(shí)包含了長(zhǎng)波和短波,相對(duì)凌亂
有些短波可以直接看到(已標(biāo)注),有些則疊在長(zhǎng)波上
《天氣學(xué)原理和方法》▼


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1963年12月21~25日500hPa西風(fēng)帶平均圖


《天氣學(xué)原理和方法》▼



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西風(fēng)帶長(zhǎng)波產(chǎn)生的大槽大脊的強(qiáng)弱和移動(dòng),很大程度上決定了北半球的天氣。一般來說,槽前對(duì)應(yīng)著大范圍的輻合上升運(yùn)動(dòng)和云雨天氣區(qū),槽后脊前則對(duì)應(yīng)著大范圍的輻散下沉運(yùn)動(dòng)和晴朗天氣區(qū)。短波的變化比較迅速,其生成也難以捉摸,它可以疊加在長(zhǎng)波上造成槽和脊的加深或減弱。

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盤桓在北半球上空的西風(fēng)帶除了有局地影響外,對(duì)北半球整體也有同步影響。當(dāng)西風(fēng)帶南北溫差較弱時(shí),西風(fēng)帶整體趨于較平直狀態(tài),此時(shí)南北熱量交換少,南北差異就會(huì)增大;當(dāng)溫差過大時(shí),熱量就需要在南北方向上交換才能達(dá)到平衡,西風(fēng)帶因此發(fā)展為大型擾動(dòng),形成大槽大脊,直到熱量交換再次減小南北溫差,西風(fēng)帶將再次趨于平直。

這就造成了北半球不同經(jīng)度上相隔幾千甚至幾萬公里會(huì)同步產(chǎn)生熱浪和洪水。今年6月份東亞、歐洲和北美地區(qū)同時(shí)發(fā)生的熱浪就和這個(gè)機(jī)制相關(guān)。類似的,2018年夏天北美、西歐和里海地區(qū)發(fā)生熱浪,東南歐和日本同時(shí)發(fā)生了暴雨,也跟西風(fēng)帶波動(dòng)結(jié)構(gòu)相關(guān)。


6月16日500hPa下的風(fēng)場(chǎng)


可以看到西風(fēng)帶在北美和西歐附近形成的高壓脊▼


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研究表明,一些常常出現(xiàn)的西風(fēng)帶波動(dòng)結(jié)構(gòu)對(duì)于重要產(chǎn)糧區(qū)具有重要影響,其導(dǎo)致的高溫干旱會(huì)對(duì)全球糧食安全構(gòu)成威脅,例如,以5個(gè)或7個(gè)波環(huán)繞北半球的西風(fēng)帶波動(dòng)結(jié)構(gòu)持續(xù)兩周或更長(zhǎng)時(shí)間時(shí),全球作物產(chǎn)量將下降4%,區(qū)域產(chǎn)量下降高達(dá)11%。

西風(fēng)帶特定形態(tài)的波動(dòng),會(huì)造成北半球多地同時(shí)出現(xiàn)高溫干旱天氣

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全球變暖

進(jìn)入21世紀(jì)以來的2003年、2013年和2017年我國(guó)都出現(xiàn)了大范圍持續(xù)高溫事件,同期,北半球夏季高溫?zé)崂耸录諠u頻繁,中國(guó)氣象局表示,全球變暖是高溫?zé)崂耸录l發(fā)的根本原因。國(guó)家氣候中心表示,今年6月,全球平均氣溫較常年偏高約0.4℃,為1979年以來最高,全球變暖是北半球高溫?zé)崂耸录l發(fā)的氣候大背景。

你正在度過的很可能是接下來的人生中最涼快的一年

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一方面,通過樸素的理解,在全球平均升溫的條件下,熱浪應(yīng)當(dāng)更容易發(fā)生,具有更高的溫度,持續(xù)更長(zhǎng)的時(shí)間。

事實(shí)也的確如此,聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化委員會(huì)第六次評(píng)估報(bào)告指出,2011-2020年十年間平均的全球平均氣溫比1850-1900年平均值上升了1.09℃,陸地溫度上升更明顯,為1.59℃。

與此同時(shí),1950年以來,基本可以肯定在全球幾乎所有陸地區(qū)域熱浪發(fā)生的頻率、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間都在增加。2014年發(fā)布的第五次評(píng)估報(bào)告已經(jīng)指出了熱浪事件的變化,這8年里科學(xué)家們獲得了更加豐富的資料,采用了更加可靠的方法,而這一結(jié)論的可信度也得到提高。

另一方面,全球變暖使氣候越發(fā)不穩(wěn)定,氣候系統(tǒng)正在經(jīng)歷復(fù)雜的變化。這意味著全球變暖將通過改變大氣、海洋環(huán)流和地表狀態(tài)等間接方式影響北半球的高溫天氣。副熱帶高壓帶和西風(fēng)帶波動(dòng)作為造成高溫?zé)崂说耐剖郑矔?huì)在氣候變化中發(fā)生改變。

有研究表明,近年來西風(fēng)帶的波動(dòng)更加劇烈,增加了北美西部和中亞的熱浪、北美東部的寒潮、北美中部、歐洲和中亞的干旱以及西亞多雨期發(fā)生的概率。

全球化以來的世界被連為一個(gè)整體,“當(dāng)?shù)亍钡淖兓ㄟ^國(guó)際貿(mào)易會(huì)影響每一個(gè)全球市場(chǎng)中的“遠(yuǎn)方”,就如烏克蘭戰(zhàn)爭(zhēng)會(huì)影響歐美的能源使用和發(fā)展中國(guó)家的糧食安全。

而頭頂?shù)拇髿鈱釉谡Q生之初就將全球每一個(gè)角落相連,大洋彼岸和大陸對(duì)岸的“遠(yuǎn)方”的晴雨冷暖和“當(dāng)?shù)亍钡娘L(fēng)云變化緊密相連,環(huán)繞地球的5000多顆衛(wèi)星和互聯(lián)互通的高速信息網(wǎng)絡(luò)為我們提供了理解這些關(guān)聯(lián)的客觀條件。

毫無疑問,作為現(xiàn)代人我們應(yīng)該從更高和更全面的視角認(rèn)識(shí)氣候和天氣的變化,畢竟,這個(gè)世界的真相遠(yuǎn)比我們個(gè)人的眼界更巨大。


參考資料:
1.國(guó)家氣候中心:https://mp.weixin.qq.com/s/wKo8hor3CI5NTF2mq5fmEA
2.濤淘風(fēng)云:https://mp.weixin.qq.com/s/_dhEeu8bIAAHT8kF3WpuQg
3.世界氣象組織:https://public.wmo.int/en/media/news/temperature-records-tumble-early-intense-heatwave
4.央視網(wǎng):
https://tv.cctv.com/2022/07/14/VIDE5iVtoFUuRTHRIsaWHaFs220714.s5.html?spm=C45404.PCHhhgX3efBE.Ev0XVtu8CoWN.288
6.《天氣學(xué)原理和方法》,朱乾根,林錦瑞
7.林志強(qiáng),薛改萍,何曉紅.伊朗高壓東伸對(duì)西藏高原汛期降水的影響[J].氣象,2015,41(02):153-159.
8.https://expert-member.weatheronline.co.uk/cgi-bin/expertcharts?LANG=en&MENU=0000000000&CONT=asie&MODELL=gfs&MODELLTYP=1&BASE=202206170000&VAR=z500&HH=6&ARCHIV=1&ZOOM=0&PERIOD=&WMO=
9.https://expert-member.weatheronline.co.uk/cgi-bin/expertcharts?LANG=en&MENU=0000000000&CONT=asie&MODELL=gfs&MODELLTYP=1&BASE=202207050000&VAR=tmax&HH=3&ZOOM=0&ARCHIV=1&RES=0&WMO=&PERIOD=
11.https://twitter.com/ScottDuncanWX/status/1548705732031352832/photo/1
12.https://www.usatoday.com/story/news/nation/2022/07/10/high-temperatures-heat-dome-break-records/10023708002/
13.https://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/tanal/temp_analyses.php
14.https://www.weatheronline.co.uk/cgi-bin/expertcharts?LANG=en&CONT=euro&MODELL=gfs&MODELLTYP=1&VAR=z500&WMO=&ZOOM=0&PANEL=0&PERIOD=&ARCHIV=1&TT=18&MM=06&JJ=2022
15.https://www.weatheronline.co.uk/cgi-bin/expertcharts?LANG=en&MENU=0000000000&CONT=euro&MODELL=gfs&MODELLTYP=1&BASE=202207120000&VAR=z500&HH=3&ARCHIV=1&ZOOM=0&PERIOD=&WMO=#
16.https://www.wpc.ncep.noaa.gov/dailywxmap/index_20220716.html
17.https://tv.cctv.com/2022/07/14/VIDE5iVtoFUuRTHRIsaWHaFs220714.shtml?spm=C45404.PCHhhgX3efBE.Ev0XVtu8CoWN.28


本文作者:小凱,來源:地球知識(shí)局,原文標(biāo)題:《這次超級(jí)高溫背后的地理原理,比你想的更深刻》


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