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使用NASA的MERRA数据集模拟1988年6月至7月间北美上空的急流。资料来源:科学历188bet博彩公司怎么样史图片/ Alamy Stock Photo。T81PF2
使用NASA的MERRA数据集模拟1988年6月至7月间北美上空的急流。 信用:科学历史图188bet博彩公司怎么样片/ alamy股票照片。
极端天气
2020年6月12第13章13节

喷射流:气候变化是否导致更多“阻止”天气事件?

罗伯特在筹划

罗伯特在筹划

12.06.2020 |下午1:13
极端天气 喷射流:气候变化是否导致更多“阻止”天气事件?

过去几个月,英国出现了一些不同寻常的天气史上最晴朗的春天到西伯利亚的戏剧性的热浪和“僵尸野火”。

这种不合季节的天气的关键是持续的高压“阻塞”天气系统,它能使地下地面在许多天或几周内保持晴朗、干燥的条件。

阻止事件蝙蝠赶走迎面而来的低压系统,将带来云和雨的前景。它们特别是夏季散热和干旱干旱,冬季痛苦的寒冷条件。

但在气候变暖的情况下,阻止事态发展的前景如何呢?迅速变暖的北极也会发挥作用吗?

在本次问答中,碳简报将深入金宝搏bet188探讨阻塞事件的原因以及未来可能发生的变化。

“阻断”是什么?

北半球的中纬度地区,低压气象前线,带来多云,刮风和潜在的潮湿天气,一般从西到东方移动。这些是携带的射流-一股快速流动的气流,在高空的对流层,地球大气层的最低层。(急流环绕着南北半球的中纬度地区。)

喷气式飞机通常保持稳定的气流在地球表面移动。这意味着,任何低压系统——或介于此之间的高压系统,只要能带来晴朗、静止和阳光充足的条件——通常只会在被下一个系统分流之前停留几天。

然而,有时天气系统会在很长一段时间内停滞不前。这就是所谓的“阻塞”,解释道教授Tim Woollings,该研究所物理气候科学副教授188bet博彩公司怎么样牛津大学牛津大学联合主席英国气象局学术伙伴关系和a的作者关于急流的书.他告诉碳简报:金宝搏bet188

“阻塞是一种静止和持久的天气模式,最常是一个反气旋[高压系统],阻挡了迎面而来的喷射流和风暴。”

在高压天气系统的阻碍下,即将到来的天气要么被转移,要么也保持不变。这可能会带来长时间的持续天气英国的贝特办公室

“就你会遇到的天气而言,这意味着在高压下,天气主要会保持干燥,持续几天或几周。然而,如果你在天气锋面所在的地区,你可能会在很长一段时间内遇到潮湿和多风的天气。”

这种持续的天气会造成极端的情况。英国刚刚经历了阳光明媚,第五干旱的春天记录上,这是一个非同寻常的大转变潮湿的二月记录几个月前几个月。莉斯教授宾利的首席执行官皇家气象学会,将这种潮湿的变化描述为“空前的”。

正如英国气象局在一篇关于金宝搏bet188在美国,这种不同寻常的春天天气是由一种阻塞的天气模式造成的:

“今年春天,急流发生弯曲并向北移动,使得连续的高压区域主宰了英国。这些高压的‘阻挡’模式是我们今年春天看到的日照时间延长、干燥和相对温暖的主要原因。”

与此同时,通常寒冷的广阔的西伯利亚已经在不合季节的高温中沸腾。例如,5月份的平均气温是10C以上标准——重燃野火从去年开始就一直在酝酿.这种长时间的高温也是一种阻止天气模式

https://twitter.com/ZLabe/status/1268890577841487874?s=20

英国气象局表示,阻塞现象在春季最为常见,但通常与夏季的剧烈热浪和冬季的严寒有关。

例如,阻塞是导致炎热和干旱的原因之一英国1976年夏季, 这欧洲夏季热浪2003年西伯利亚的热浪和野火2013年夏天,以及欧洲2009-10年极度寒冷的冬天.阻塞模式——在不同的位置——给美国带来了一个2012年3月创纪录的温暖和2013年3月创纪录的寒冷

阻塞也被证明了影响热带气旋的路径,可能会引导它们走上不同寻常的轨道。

说,有一些区域,其中“优先发生”,说Len Shaffrey教授他是华盛顿大学气候科学教授188bet博彩公司怎么样读书大学

“在北半球,它们位于北大西洋和北太平洋的北部和东部——所以对北大西洋来说,这意味着格陵兰岛和欧洲上空。”

下面的地图,来自a2018年评审论文伍林斯和他的同事,给出了1958-2012年北半球阻塞事件的频率。他们根据描述阻塞事件的三种不同方法显示了冬季(上)和夏季(下)发生阻塞的天数百分比。橙色的阴影越深,遮挡的天数越多。

woolings指出,不同方法、地区和季节之间的估计相差很大,但“阻塞地区的典型数字——例如欧亚大陆、大西洋和阿拉斯加——每个季节会发生一到两次事件,每次事件平均持续约一周”。

1958-2012年北半球冬季(上)和夏季(下)的阻塞频率。橙色的阴影表示在这个季节的天数百分比,2%大约对应于每个季节的两个闭塞的天数。描述阻塞事件的三种方法分别为异常法、ANO(左)、绝对法、ABS(中)和混合法MIX(右)。红/蓝点表示在三次再分析中至少有两次出现显著增加/减少趋势的区域。来源:Woollings等(2018).转载下Creative Commons归因4.0

值得注意的是阻塞发生在南半球,也发生在南半球Woollings补充道:

“[阻塞]在南半球往往持续不那么持久,因为西风喷气机更强壮。尽管如此,他们确实有一些重要的影响,如澳大利亚,新西兰和南美洲南部。“

例如,阻塞事件在炎热干燥的天气背后那样毁灭性的山火在澳大利亚2019-20年的夏季,以及一场严重的干旱2014- 2015年在巴西东南部

2010年8月4日野火的余波。资料来源:俄通-塔斯社/ Alamy Stock Photo。
在莫斯科附近的野火的后果,2010年8月4日。信用:itar-tass新闻机构/ alamy股票照片。

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导致阻止的原因是什么?

那么这些阻塞的天气模式是如何产生的呢?伍林指出,“这涉及到几种不同的机制,而这些机制之间的平衡似乎在不同的区域是不同的。”

然而,总的来说,大气中的“罗斯比波”被认为是“至关重要的”,woolings说。罗斯比波浪-命名罗斯比波这是横跨中纬度地区的急流中的巨大曲流。它们也被称为“行星波”。

罗斯比波是一种自然现象,是由海洋和海洋形成的地球自转.因为它们是旋转流体的特征,它们也在海洋和其他行星中观察到,例如气体巨头木星土星

Woollings说,当Rossby波“放大和/或打破”时,可能会发生阻塞天气模式。可以在“波浪”喷射流中看到放大的rossby波。这倾向于减缓天气系统的东部进展,使条件更持久,潜在,允许块形成块。

一个例子是“欧米茄块”,之所以这么叫是因为它类似于希腊字母表中的大写字母欧米茄(Ω)。在这种形状下,在Rossby波的波峰和波谷中分别形成了高压和低压交替区。

Ω块的例证在英国的。信用:气象局

下面由英国气象局制作的视频解释了如何在英国上空形成欧米茄块——以及另一种被称为“分流块”的阻塞形式。(有其他几种阻塞模式也一样。

块中断了西风风的流动,通常在冬季和夏季冷却器中带来温和的空气,在夏季更清晰。因此,根据哪种类型的天气系统是开销的,它开辟了更极端条件的潜力。

例如,2010年夏天,一个ω块在7月和8月的大部分时间里,俄罗斯西部上空都笼罩着高压系统。由此产生的热浪使俄罗斯西部大部分地区创下了历史上最热的夏天。作为一个2011年的论文在活动中解释:

“俄罗斯的热量在高温大于40℃(104f)的情况下生产了许多天。俄罗斯有一个纪录温暖的夏天,分别在7月和8月分别在莫斯科平均近+ 18C和+ 16C正常。“

炎热、干燥和静止的天气也带来了最严重的干旱条件大约40年.总的来说,是高温、野火和相关的空气质量差造成的至少56,000人死亡在莫斯科和俄罗斯西部的其他地方。

2010年8月12日,巴基斯坦苏库尔洪灾受灾地区的鸟瞰图。资料来源:Asianet-Pakistan / Alamy Stock Photo。
2010年8月12日,巴基斯坦苏库尔洪灾受灾地区的鸟瞰图。资料来源:Asianet-Pakistan / Alamy Stock Photo。

但是,虽然俄罗斯在热量中烘烤,但到东南几千英里,巴基斯坦坐在一个低压系统中,这是一个相同欧米茄块的一部分。由块引起的异常风模式推动北部和西部的季风降雨,给巴基斯坦北部地区带来了暴雨。

巴基斯坦全国的降雨量为7月份70%以上平均平均水平和8月高于8月份.由此引发的洪水影响了1800多万人,造成1985人死亡,170万房屋受损或被摧毁。

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阻塞事件是否随着气候变暖而改变?

由于阻塞事件可以带来如此极端的条件,一个重要的问题是,它们的频率和严重程度如何受到气候变暖的影响,以及可能受到的影响。

然而,有几个原因,为什么这不是直截了当的。首先,块没有设置定义,解释Woollings:

“块有各种形状和形式,因此虽然气象学家都会同意旋风器的内容,但是关于特定天气模式是否应作为块归类为块,通常存在不同的看法。”

2018年评审论文woolings和他的同事们(前面提到过)指出,已经开发出了一套“令人眼花缭乱的指数”来识别阻塞事件。它补充道:

“动力气象学的一个主要弱点是,目前没有一个全面的理论,可以概括阻塞生命周期各阶段的不同过程:开始、维持和衰变。”

这使得监测和跟踪阻塞事件的变化,以及直接比较不同研究的结果变得更加困难。

其次,“阻塞是一种偶发的天气模式,因此,年复一年,甚至十年又十年的变化很大,”woolings说。这意味着,阻塞事件每年(或十年)自然会有很大差异,因此,短期波动会混淆对任何长期趋势的清晰看法。

总的来说,woolings表示,“目前还没有明显的屏蔽这种噪音的趋势”。Shaffrey同意:

“历史天气记录表明,过去几十年阻塞没有明显改变。然而,这在一定程度上取决于用来定义阻塞事件的方法。”

一个可能的例外是格陵兰岛,woolings指出自上世纪90年代以来,夏季街区数量有所增加.然而,尚不清楚这是否符合自然变异,他说:

“有几种方法给出了这种趋势偶然发生的概率为1 / 20,所以这似乎很有趣。但是,如果你测试20种不同的地区和季节组合,你确实会认为其中一种变化纯属偶然。”

一种2018年的论文说阻断的增加可能“被表面反馈的低级区域变暖引发” ​​- 例如在格陵兰岛上增加的雪花和冰融化,北极地区海冰损失 - 或喷射流的变化,但目前“未知”。

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气候变化会如何影响未来的阻塞?

对于正在预测持续的气候变化会如何影响阻塞的科学家来说,还有另一个障碍:气候模型一般与模拟阻塞斗争,并有这种趋势低估事件的频率和持续时间

一般来说,模型可以“预测”阻塞发生的一般减少在未来“,Woollings说。他解释说:

“阻塞的动态聚焦在大气中的喷射流水平,这里模特预测热带地区的最强烈变暖。这加强了喷射溪流,使块形成更加困难。“

例如,今年早些时候,Woollings在一个金宝搏bet188客人张贴最近的热带变暖改变了罗斯比波的模式,这导致了致命的2010俄罗斯热浪。

然而,尽管在这一理论上“模型之间有很好的一致性”,Woollings警告说,“我们仍然应该谨慎,因为还不清楚这些模型是否正确地捕捉到了物理”。

根据三种不同的特征堵塞事件的三种不同方法,下面的地图 - 也是2018年冬季(顶部)和夏季(顶部)和夏季(底部)的预测。阴影表示预计的增加(橙色)和季节阻塞天百分比下降(蓝色),在1961 - 90和2061-90之间,在非常高的排放下RCP8.5场景

利用CMIP5模式预测RCP8.5情景下1961-90年北半球冬季(顶)和夏季(底)阻塞频率的变化。橙色的阴影表示这个季节阻塞天数的百分比增加,蓝色表示减少。描述阻塞事件的三种方法分别为异常法、ANO(左)、绝对法、ABS(中)和混合法MIX(右)。黑点表示变化标志上模型不一致的区域(即少于三分之二的模型显示相同的标志)。来源:Woollings等(2018).转载下Creative Commons归因4.0

这些地图突出了投影中的地区差异。Shaffrey解释说:

“例如,西欧上空的冬季阻塞预计将略有减少,而东欧上空的阻塞预计将增加,这与北大西洋上空急流的变化有关。”

就夏季而言,该地图显示阻塞将向极地移动,减少中纬度的事件数量,但增加高纬度的事件数量。这反映在其他的研究,太。

词汇表
RCP8.5:rcp(代表性浓度路径)是未来温室气体浓度和其他强迫的情景。RCP8.5是一个“非常高的基线”排放情景带来的快速人口增长,高能量…金博宝188备用地址阅读更多

模型投影也表明南半球的阻塞减少.一种2019年的研究例如,据估计,根据RCP8.5,到21世纪末,澳大利亚和新西兰的冬季封锁日数将减少约三分之一。

值得注意的是,预计的屏蔽量下降是“相当缓慢的”,woolings说,这意味着它“不会很快消失”:

“在未来几十年,阻塞很可能会在极端天气事件中发挥核心作用,尤其是中纬度热浪。”

一个较少受到关注的角度是尺寸“阻塞事件”。但2019年发表的研究结果表明,随着气候变化,地块的空间分布范围有增加的趋势。

利用两个气候模式和RCP8.5情景,研究人员预测,在北半球夏季和冬季,阻塞事件的面积将分别增加17%和7%(到2076-2100年,相比于1981-2005年)。对于南半球,预测表明,夏季阻塞面积减少(多达2%),冬季增加(多达8%)。

该报告的合著者解释说,体积增加的原因是由于急流的不同特征的预期变化博士Pedram Hassanzadeh赖斯大学在美国。他告诉碳简报:金宝搏bet188

“具体地,我们发现喷射流的风的速度,射流的纬度和喷射的宽度决定了阻挡事件的尺寸。众所周知,射流的所有这三种特征随着气候变暖而变化。“

例如,他说,“在夏天的北大西洋地区,喷射流变得更广泛,朝向北方转移,导致欧洲大西洋阻塞事件的规模增加”。在冬天的北太平洋地区,“喷气流变得更广泛,越来越迅速,转向北方,共同走向了西太平洋和北美东部的较大封锁事件”。

Hassanzadeh正在进行的工作也表明水分水平可能会影响阻塞事件的大小。作为温暖的气候可能会带来更多的蒸发和温暖的大气层可以容纳更多的水分,这也可能影响阻塞事件。哈桑扎德和他的同事们“目前正在努力验证这一假设并理解其机制”,他说。

(一个研究从2015年是第一个提出湿气对堵塞很重要的人。woolings将此描述为“近年来关于封堵的最大新想法之一”。)

哈桑扎德说,更大的阻塞事件的风险是,它们可能导致影响更多人的极端事件:

除其他极端天气外,阻塞事件还会导致夏季严重的热浪。如果阻断事件变得更大,我们可以预计热浪将覆盖更大的区域,从而对公共健康和更广泛的生态系统产生更大的影响。”

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变暖的北极扮演了什么角色?

虽然模型暂时表明,阻塞事件在中纬度地区可能减少,但也有一个突出的理论认为,迅速变暖的北极可能带来更多阻塞事件。

北极正在变暖两倍还多比全球地表平均水平还要高。这种现象被称为“北极放大效应”。在某种程度上,这源于海冰覆盖迅速消失在该地区,随着冰的减少,原本会被明亮的白色冰反射走的太阳能量被海洋吸收,导致进金博宝188备用地址一步的变暖。(北极地区积雪减少也有同样的效果。)

有一些理论认为,北极的这些快速变化“可能会影响阻塞事件的频率”,Shaffrey解释说:

“理论表明,作为北极温暖,北半球喷射流的力量和位置的变化将使阻止事件变得更加频繁。”

例如,随着喷射流的强度被北极对北方的寒冷空气与南部的寒冷空气之间的温度差异驱动,快速升温的北极降低了这种温差。

2019年7月,挪威斯瓦尔巴特群岛北部,北极海冰融化。资料来源:aldiami/Andreas Alexander / Alamy Stock Photo。
2019年7月,挪威斯瓦尔巴特群岛北部,北极海冰融化。资料来源:aldiami/Andreas Alexander / Alamy Stock Photo。

这可以削弱喷射流,使得更容易发展允许块的较大蜿蜒形成。

北极变暖对中纬度地区的影响还有其他机制金宝搏bet188在2019年初的详细问答中进行了探讨。

研究表明,北极放大效应导致了北半球最近出现的一些中纬度极端现象,包括美国和亚洲非常寒冷的冬天俄罗斯2010热浪

然而,“还有有很多争论关于这些理论是否得到了观测和气候模型实验的支持的科学文献”,Shaffrey说。

以及北极的影响可能因其他地方的影响而超过Woollings补充道:

“随着北极变暖加剧,我们预计它会影响急流,这可能会导致某些地区的阻塞增加。”目前的气候模型表明,热带变暖的竞争影响将更加重要,这与阻塞的总体减少相一致。”

尽管如此,WOOLLINGS得出结论:“北极变暖是其中几种过程中的一个过程之一,这将在未来塑造阻塞行为。”

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