大洪水“空袭”美国的原因，找到了！

这里有一条空中悬河

这条“空中悬河”当天在长江中下游地区上空的水汽输送量是该区域长江夏季径流量的将近十倍，气象学家将其形象地称为“大气河”。虽以“河流”为名，但是它和真实的地表河流还有很大的区别。

首先，大气河输送的主要是水蒸气而不是液态水，所以，尽管在长度上与长江相当，但是由于水蒸气不像液态水一样聚集水分，宽度和深度很大，不能与长江相比。

其次，大气河从发生到消亡经历几天到十几天，并且位置随着风场不断移动和变化，换而言之，大气河只是短暂且偶然地出现或经过，不像地表河流可以沿固定路径稳定地输水。

近年来，气象学家意识到梅雨和大气河之间似乎存在着紧密的联系。以2020年江淮梅雨期为例，与大气河相关的降水占总降水的50%-80%，同时，伴随大气河的降雨的强度是没有大气河时的6-12倍。还有一部分科学家们相信“超级暴力梅”的发生和大气河超出常年的变化不无相关。

除了梅雨，很多暴雨中也有大气河的踪迹。有研究人员称，发生在去年7月份连续两场造成重大损失的京津冀7·12暴雨和河南7·20暴雨中，都有强盛的大气河发生，在高空中向雨区输送源源不断地水汽。

一项对于2016年7月20日发生在北京特大暴雨的研究中，揭示了大气河促进暴雨发生的可能机制。在19日1时到21日6时，29个小时内，全市平均降雨达到了210.7毫米，有8个国家基准气候站（全国共143个）的纪录被打破。

在此次暴雨过程中，西伸的副热带高压和青藏高原之间夹着一条强烈的东北向的大气河，大量北上的水汽遇到燕山山脉的阻挡形成剧烈的降雨，促成了此次暴雨。

这说明为了理解东部地区的暴雨发生机制，减少洪涝灾害的损失，气象学家必须了解大气河的发生机制和演变逻辑。

中国东部气候与大气河

我国东部地处世界上最大的季风区，夏季南风带来充沛降水，冬季北风带来干冷天气。对于东部地区来说，冬季降水虽然相比于夏季降水来说很少，但是其异常地变化也可能造成重大灾害。

南方冬季降水过多时容易造成湿害，影响多种作物的根系生长，降水过少则不利于作物过冬和次年的春耕。另外，偏多的冬季降水也可能造成雪灾或者冻雨，例如，2008年中国南方的雪灾造成了129人死亡，受灾人口更是超过1亿。

厄尔尼诺-拉尼娜现象是很多地区的气候波动背后最主要的影响因素，它也显著地调制着东亚大气河的变化，进而影响我国的降水过程。

研究表明，在我国东部地区与大气河，在厄尔尼诺年的冬季，我国东部地区的降水偏多，其中60%的变化是增加的大气河发生频率导致的，可能造成暴雪灾害的极端降水的变化亦是如此；拉尼娜年则相反，东部地区总降水和极端降水都偏少，其中大气河变化的贡献举足轻重。

大气河的变化不仅在几年间显现出明显波动，而且在几十年的时间尺度上深刻地参与着气候变化。过去一个多世纪以来，包括中国东部地区在内的各个地方的气候已经且正在发生着难以逆转的变化。

“南涝北旱”是我国东部地区气候变化重要的内容之一。所谓“南涝北旱”，指的是上个世纪下半叶以来，我国华南降水逐渐增多、华北降水逐渐减少的同步变化。最近的研究表明，这场“南涝北旱”的变局背后有“大气河”的身影。

大气河“南增北减”的变化与所谓“南涝北旱”的年平均降水的变化趋势一致。进一步的研究说明了，该一致性实际上表示了大气河的变化对年降水的变化具有显著贡献，在北方地区可达49%，南方地区相对较少，在10-30%之间。

美国西海岸的“菠萝快车”

“大气河”这个概念其实不是中国气象学家的首创，而是一个“舶来品”。1994年，华裔科学家朱勇和合作者纽威尔首次在发表的论文中提出了大气河（Atmospheric Rivers）。

他们使用了欧洲中期天气预报中心的数据计算了全球的水汽输送情况，发现窄而长的带状结构可以输送与亚马逊河相当的水分。当然，他们并没有选用长江作比较。

由于夏威夷盛产菠萝，这条时不时就出现的大气河被形象的称为“菠萝快车”。

这列快车每年集中在每年1月和2月发车，根据美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的估计，单次降水过程，即可为美国西部带来年降水量的30-50%。

车速过快时，一不小心就会给西海岸带来洪涝灾害，2014年12月就曾造成过加州大面积断电；有时也能深入内陆造成破坏，去年6月，主要位于美国内陆怀俄明州的黄石公园，因为一次大气河过程造成的洪水被迫关闭。

大气河对美国西海岸的天气变化和水资源供应如此重要，美国人在上世纪末就开始筹划加强对大气河的研究并加强气象部门的预报能力。

1998年，美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的拉尔夫等人搭乘重型飞机在北太平洋上空的大气河内观测并收集数据，从那时起，他一直致力于研究大气河并构建大气河预报系统。时至今日，一套良好的预报系统为保障民众生活发挥着重要作用。

大气河的发生机制

大气河常与温带气旋相伴，两者的形成相关。温带气旋是发生在中高纬度地区的一种低压天气系统，由于气旋中常有锋面结构，所以也被称为锋面气旋。

通常气象学家会根据温带气旋的发生区域和移动路径给经常出现的气旋命名，比如，蒙古气旋、东北气旋、黄淮气旋、江淮气旋等。

温带气旋的结构可由“三条带”简单总结，也就是气旋内部主要存在三股气流：

第一支气流被称为暖输送带，它起源于暖区中偏南地区，平行于冷锋向北运动，在锋面上方上升，最终在地面气压中心的东北侧转为西风；

第二支气流被称为冷输送带，起源于对流层低层，相对于东移的气旋中心向西运动；

第三支是干气流，它来自对流层高层，进入气旋中心后随着暖输送带上升。

中国夏季主雨带常常落在副热带高压北侧，其中重要的原因就是来自海洋表面的水汽受到副热带高压的引导，在其周围形成输送通道。如果此时陆地上再有气旋靠近，两者共同作用下水汽输送就会格外强烈，容易形成暴雨。

上文提到的2016年7月20日北京特大暴雨正是这种情况，在强烈的黄淮气旋和副高的双重加持下，大量水汽在异常强烈的大气河输送下到达燕山脚下，遇到陡峭的地形上升后迅速凝结成雨。

“大气河”这个概念的提出相对比较晚，受到广泛关注也就是近十几年的事，我国的学者在东亚地区的大气河研究方面更是刚刚起步。

通过卫星和数值模型，我们看到了关于这颗蓝色星球未曾想象过的新图景。注视着一条条蜿蜒曲折的巨龙，我们猛然发现，原来我们从未真正想过热带遥远海洋的水汽是如何不远万里来到身边。

对于科学研究来说，这个新概念意味着从一个新的角度审察已经熟悉的知识体系，或将成为带来新认知的契机；对于实际应用来说，增加对大气河的认识将有助于改善我们对于极端降水、洪涝灾害、干旱的预报和应对能力。

最后：

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