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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biwei6868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。 资料来源:科学历biwei6868史图片/ Alamy Stock Photo。
极端天气
2020年6月1213:13

急流:气候变化是否导致更多的“阻塞”天气事件?

罗伯特麦克韦尼

罗伯特麦克韦尼

12.06.2020 | 1:13pm
极端天气 急流:气候变化是否导致更多的“阻塞”天气事件?

过去几个月已经看到了一些显着的天气,来自英国的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”。

这种不合作天气的关键是持续的高压“阻塞”天气系统,在下面的地面上带来清晰,干燥的条件持续多天或周。

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。

但是在温暖的气候中阻止事件的前景是什么?北极也可以发挥作用吗?

在此Q&A中,碳简介仔细看必威手机官网看阻止事件的原因和未来的潜在变化。

什么是'阻塞'?

在北半球中纬度地区,低气压天气锋通常由西向东移动,它会带来多云、多风和可能潮湿的天气。这些是由射流- 在对流层中快速流动的空气,最大的地球大气层。(喷射流环绕北部和南半球的中期纬度。)

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Tim Woollings教授,物理气候科学副教授biwei6868牛津大学,牛津联席主席达到办公室学术伙伴关系和a的作者在喷射流上预订.他告诉碳简报:必威手机官网

“阻塞是一种静止和持续的天气模式,通常是反气旋[高压系统],它阻止即将到来的急流和风暴。”

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

“就您将获得的天气而言,这意味着在高压下,天气将主要是干燥并定居几天或时间。但是,如果您在天气前沿的地区,您可能会很长一段时间弄湿潮湿的天气。“

这种持续的天气会造成极端的情况。英国刚刚经历了最阳光和第五最干燥的春天在记录中,在后面的一个非凡潮湿的二月记录几个月前几个月。Liz Bentley教授,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”。

正如贝特办公室在客座帖子中解释必威手机官网,显着的春天天气是一个阻止天气模式的结果:

“这个春天,喷射圈向北弯曲并移位,允许连续的高压区域来支配英国。这些“阻塞”的高压模式是我们看到今年春天的阳光明媚,干燥和相对温暖的条件的主要原因。“

与此同时,西伯利亚通常寒冷的海外蔓延一直在不合时宜的热量中酝酿。例如,5月期间的平均气温是比正常温度高10摄氏度- 重新安排野火仍在去年慢慢酝酿.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在2013年夏天,欧洲2009-10年极度寒冷的冬天.一种阻挡模式 - 在不同的位置 - 带来了美国2012年在2012年录制令人震惊的温暖,并在2013年录制录制寒冷

封锁也已被证明影响热带气旋的路径,可能会在不寻常的曲目上引导它们。

有一些特定的区域,阻塞“优先发生”,说Len Shaffrey教授他是华盛顿大学气候科学教授biwei6868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年评审论文由WOOLLINGS及其同事表示,在1958 - 2012年度展示北半球横跨北半球的频率。它们在冬季(顶部)和夏季(底部)的季节上显示了季节的百分比,根据三种不同的特征堵塞事件的方法。橙色着色越深,堵塞的日子越多。

估计估计在方法,地区和季节之间变化了很大,但“阻止地区的典型数字 - 例如,欧亚大陆,大西洋和阿拉斯加州,例如每赛季的一两个事件,每次活动都持续了一周平均“。

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年).转载下知识共享属性4.0

值得注意的是阻塞南半球也一样,添加Woollings:

“由于西风急流更强,(阻塞)在南半球往往不那么持久。尽管如此,它们确实有一些重要的影响,比如对澳大利亚、新西兰和南美洲南部。”

例如,阻塞事件历史新高,天气干燥,看到了毁灭性的丛林大火在澳大利亚2019 - 20年夏季,以及一个主要的干旱期间2014 - 15年在巴西东南部

野火的后果,2010年8月4日。信用:itar-tass新闻机构/ alamy股票照片。
2010年8月4日,莫斯科附近发生火灾。资料来源:俄通-塔斯社/ Alamy Stock Photo。

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导致阻塞的原因是什么?

那么这些阻塞天气模式如何出现如何?WOOLLINGS指出,“有几种不同的机制涉及,并且在不同地区之间的平衡似乎不同”。

然而,一般来说,大气中的“罗斯比波”是“被认为是至关重要的”,Woollings说。rossby波 - 以后命名罗斯比波瑞典主义的美国气象学家确定了它们 - 在喷射流中的巨大蜿蜒蜿蜒横跨中期纬度。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旋转.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。

在英国上空的欧米茄块的插图。信贷:遇见办公室

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。)

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,在2010年夏天,欧米茄块在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纸关于事件解释:

“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。“

热,干燥和静止的天气也带来了最糟糕的干旱条件大约40年.总共,热量,野火和相关的空气质量造成至少56000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,当俄罗斯在炎热中炙烤的时候,在其东南方几千英里的地方,巴基斯坦正处于一个低气压系统之下,该系统是同一欧米茄块的一部分。由阻塞引起的不寻常的风型推动北部和西部的季风降雨,将大雨带到巴基斯坦的北部。

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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随着气候变化的变化,阻止了更改的事件?

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,有几个原因说明为什么这不是那么简单。首先,一个块没有固定的定义,Woollings解释道:

“气旋有各种各样的形状和形式,所以气象学家对什么是气旋达成一致意见,但对于某个特定的天气模式是否应该被归类为气旋,常常有不同的看法。”

2018年评审论文通过Woollings及其同事 - 前面提到 - 指出已经开发出“令人困惑的指数范围”来识别阻塞事件。它补充说:

“动态气象的主要弱点是目前没有全面的理论,捕获在阻塞生命周期的所有阶段的不同流程:发病,维护和腐烂。”

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,“阻止是孢子天气模式,因此,甚至从十年到十年的年度到年度高度变化”,Woollings说。这意味着阻止事件自然会从一年或十年来自然地变化很多 - 对于另一个人来说,对任何长期趋势的清晰观点是短期波动的混淆。

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20世纪90年代以来的夏季街区增加.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:气候模型一般来说,模拟阻塞,并具有趋势低估事件的频率和持续时间

一般来说,模特“预测一般减少阻塞发生在未来“,Woollings说。他解释说:

“阻塞的动力集中在大气的急流水平,这里的模型预测热带地区最强烈的变暖。这加强了急流风,使得街区更难形成。”

例如,今年早些时候,Woollings在一个必威手机官网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,虽然在这个理论上存在“模型之间的良好一致”,但Woollings警告说:“我们仍然应该谨慎,因为尚不清楚模型正在正确捕获物理学”。

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

在RCP8.5场景下的CMIP5模型,北半球冬季(上)和夏季(底部)和夏季(底部)阻塞频率的预计变化.P661-90橙色阴影表明季节阻塞天的百分比增加,蓝色显示减少。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)。黑点表示模型分歧的区域对变化的迹象(即,少于三分之二的模型显示相同的标志)。来源:Woollings等(2018年).转载下知识共享属性4.0

这些地图突出了投影中的地区差异。Shaffrey解释说:

“例如,例如,在西欧的冬季阻止,预计将略微减少,而在北大西洋上的喷射流中的转变相关联的欧洲将增加。”

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, 也。

术语表
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…必威体育在线注册阅读更多

模型投影也表示阻止南半球拒绝.一种2019年的研究例如,估计在澳大利亚和新西兰的冬季被阻止的日子的数量在21世纪结束下率下降了大约在rcp8.5下的三分之一。

值得注意的是,封锁中的预计下降是“相当渐进”,这意味着它意味着它“不会很快就会消失”:

“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止事件。但研究发表于2019年结果表明,随着气候变化,地块的空间分布范围有增加的趋势。

使用两个气候模型和RCP8.5场景,研究人员项目分别在北半球夏季和冬季可能增加了高达17%和7%(2076-2100,而1981-2005相比).对于南半球来说,预测表明夏季的块面积下降(高达2%)和冬季增加(高达8%)。

尺寸增加的原因是射流射流不同特征的预期变化,解释说明Pedram Hassanzadeh博士赖斯大学在美国。他告诉碳简报:必威手机官网

“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,“在北大西洋地区的夏季,急流变得更宽并向北移动,导致欧洲-大西洋阻塞事件的规模增加”。冬季,在北太平洋地区,“急流变得更宽、更快,并向北移动,共同导致西太平洋和北美东部上空发生更大的阻塞事件”。

哈桑扎德正在进行的工作还表明,湿度水平可以影响阻塞事件的规模。因为气候变暖可能带来更多的蒸发和温暖的气氛可以容纳更多的水分,这也可能影响阻塞事件。他说,Hassanzadeh和他的同事们“目前正在努力验证这一假设并了解机制”。

(一种研究从2015年是第一个表明水分对封闭更重要的是更重要的是。Woollings将此描述为“近年来封锁最大的新想法之一”。)

Hassanzadeh说:更大阻止事件的风险是他们可能会导致影响更多人的极端事件,这是:

“阻止事件可能导致其他气天,夏天严重散热。如果阻塞事件变得更大,我们可以期望覆盖更大区域的热浪,从而对公共卫生和更广泛的生态系统产生更多影响。“

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变暖的北极游戏是什么作用?

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平均水平。这种现象被称为“北极扩增”。部分地,这源于海冰盖的快速损失在该地区 - 随着冰的减少,来自阳光的能量被明亮的白色冰被反射,而是由海洋吸收必威体育在线注册,导致进一步变暖。(在北极地区的雪覆盖下降效果。)

北极“可能影响阻塞事件频率”的这些迅速变化有一些理论,解释说,Shaffrey:

“这些理论表明,随着北极变暖,北半球急流的强度和位置的变化将使阻塞事件变得更加频繁。”

例如,由于高空急流的强度是由北极北部的冷空气和南部的温和空气之间的温差驱动的,一个快速变暖的北极减少了这种温差。

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。

这可能会削弱急流,使其更容易形成大的曲流,从而形成街区。

北极变暖对中纬度地区的影响还有其他机制必威手机官网在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2010年俄罗斯热浪

但是,“仍然存在很多辩论在科学文献中,关于这些理论是否受到观察和气候模型实验的支持“,Shaffrey说。

并且北极的任何影响可能因其他地方的影响而超过,添加Woollings:

“作为北极加热增强,我们预计它会影响喷射流,这可能会采取在一些地区增加阻塞。气候模型目前建议竞争热情的热带竞争力将更重要,符合封锁的总体下降。“

尽管如此,伍林斯总结道:“北极变暖是未来形成阻碍行为的几个过程中的一个。”

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