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大氣長河漫加州 科學人雜誌
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在海洋上空形成的巨大水氣帶,每200年會引起一次加州大洪水,而氣候變遷可能讓情況雪上加霜。

  撰文/戴汀格(Michael D. Dettinger)、殷格朗(B. Lynn Ingram)

  翻譯/張雨青

  重點提要

  -地質證據顯示,美國加州過去大約每200年就因暴雨而發生一次真正的大洪水。最近一次發生於1861年,加州因而破產。

  -這類水患極可能是大氣長河所致。大氣長河是形成於海洋上方1.6公里處的狹窄水氣帶,綿延數千公里。規模較小的大氣長河,也經常襲擊加州以及其他國家的西岸。

  -科學家以1861年的洪水為藍本,模擬了一個規模較小的巨大暴風雨,名為ARkStorm。他們發現,如果這樣的暴風雨降在今日的加州,可能迫使100萬人以上無家可歸,並造成4000億美元的損失。

  -氣象預報員可以更準確預測大氣長河何時到來,以及巨大暴風雨可能帶來的災害,並改進一般暴風雨的洪水警報。

  1861年耶誕夜,狂風暴雨從太平洋直撲美國加州中部而來。之後連續降下43天的大雨,雨勢片刻不減。豪雨很快就把內華達山脈沿加州東界而下的河川變成了滾滾洪流,淹沒所有淘金聚落與屯墾區。河水和雨水灌入加州遼闊的中央谷地,形成一片長約480公里、寬約30公里的內陸海,數千人因而喪生,而加州的80萬隻家畜有將近1/4溺斃。首府沙加緬度市區陡坡上的土石流傾瀉而下,整座城市泡在逾三公尺深的泥水中,州議會無法辦公,只好暫遷舊金山,六個月後,沙加緬度的水才退去,那時,加州也已經破產。

  暴風雨若發生在今天,災情將更加不堪設想。中央谷地的居民超過600萬人,其中140萬人住在沙加緬度市。這塊土地的農作物年產值約200億美元,其中杏仁佔全球產量的七成,由於超抽地下水,這片農耕地有多處地層下陷10公尺,更容易淹水。科學家最近模擬同等級的風雨持續23天的結果,推估即使水患規模較小,仍會造成4000億美元的財物及農業損失,而且防災與疏散工作只要稍有差錯,就可能賠上數千條人命。

  1861~62年的大水災是突發的異常事件嗎?顯然不是。針對大範圍沉積物的最新研究顯示,至少過去2000年來,這種災難規模的洪水每200年左右就會淹沒加州一次。在1861~62年的暴風雨中遭殃的,還有墨西哥北部、美國加州南部到加拿大卑詩省的沿海地區,慘況為史上之最。氣候科學家現在假設,當年的加州大水災以及發生在世界上其他地區的類似事件,起因都是“大氣長河”(atmospheric river),這現象你也許從未聽說過。科學家認為,加州還會再度變成一片汪洋。

  來自熱帶的豐富水氣

  大氣長河是大氣中的水氣長流,形成於大約1.6公里的高空,寬度只有400公里,卻綿延數千公里長,有時甚至橫跨整個大洋,例如太平洋。這些水氣輸送帶把相當於10~15條密西西比河的水量,從熱帶搬運到中緯度地區,行至美國西岸,撞上內陸山脈,例如內華達山脈,便被迫上升、冷卻並凝結成大量的降水。

  有一種稱為“鳳梨特快車”(Pineapple Express)的暴風雨,北美西岸的居民早就不陌生。它們源自夏威夷附近的熱帶海域,每次來襲都帶來連續三到五天的豪雨或大雪,這正是大氣長河的表徵之一。根據最近的調查,每年襲擊加州的大氣長河多達九道,通常強度不足以釀成真正的巨大洪水,但即使是“普通”程度的風雨,對美國其他地區而言已經算得上是“暴風雨”等級,對於救難人員、防洪當局與水利管理部門都是一大挑戰。

  大氣長河也為其他大陸的西岸帶來降雨,偶爾還會不按牌理出牌。例如2010年5月,一道異常的大氣長河從墨西哥灣北上美國東部的田納西州,帶來連續兩天無情的暴雨,使得那許維爾市發生大水患,奪走近30條人命並造成逾20億美元的損失。2009年英國南部與西班牙各地的大水,也是大氣長河的傑作。不過,我們最了解的是太平洋沿岸的大氣長河,最新研究顯示,由於全球暖化,未來這些水氣河流可能變得更大。

  儘管大氣長河的破壞力驚人,科學家卻直到近年才發現,而且是個意外。

  天上水龍

  1998年1月,美國國家海洋暨大氣總署(NOAA)的環境技術實驗室啟動了加州登陸噴流(CALJET)計畫,目的是更精準預報侵襲加州沿岸的大型暴風雨。該實驗室的氣象學家芮爾夫(Marty Ralph)等人搭乘特殊配備的飛機飛到北太平洋上空,進入一個逼近美國的冬季風暴內直接測量。他們形容這個暴風雨是“噴流”,即高風速區。研究人員發現,單是這個才形成沒幾天的暴風雨,就攜帶了中緯度地區向北極移動的大氣中近20%的水氣。噴流集中在海面上方高達1.6公里的高空,地面上的傳統氣象觀測方式很難辨認出來。

  同樣在1998年,當時在麻省理工學院的研究員朱勇(Yong Zhu)與已故氣象學家紐威爾(Reginald Newell),從歐洲中期天氣預報中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasts)模擬的全球風與水氣模式中,察覺到不尋常的特徵。他們發現,在熱帶地區以外,所有朝兩極傳送的水氣中,平均約有95%集中在五或六道狹窄區帶內。這些水氣帶從西向東橫跨中緯度地區,隨機分佈在全球各地,為了描述這些水氣帶,他們創造了“大氣長河”這個詞。

  大約同一時期,搭載新型特殊微波感測相機的人造衛星,首次針對全球水氣分佈提供清晰完整的觀測結果。影像顯示,水氣往往集中在狹長的移動廊帶,最常從熱帶地區的暖濕空氣延伸到熱帶以外、比較乾冷的地區。這幾條“水龍”從出現到散逸,為期數天到兩個星期不等。

  想當然耳,研究人員很快就把這三個明顯互補的發現兜在一起。從那時起,科學家做了越來越多研究,只為把美國西岸的大氣長河弄得更清楚。他們還建置了配備有仰視雷達與剖風儀的新氣象站,以便進行監測。NOAA的水文氣象試驗平台計畫正深入內陸觀測,好弄清楚大氣長河到了內陸會發生什麼事。

  運用這些觀測網絡所得到的數據,預報員更能從天氣模型中認出大氣長河,並且能更準確預測它們到達美國西岸的時間。最近幾年,有的暴風雨在登陸前一個星期就被發現。大氣長河也出現在用來預測未來氣候變遷的氣候模型中。預報員對自己的預測能力更有信心,跟過去相比,他們對超大豪雨的示警更為迅速。有了這些進展,防災應變的時間會更充裕。

  【欲閱讀更豐富內容,請參閱科學人2013年第133期3月號】

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