从云南到河北的“雨雪高速公路”，“大气河”来了

文字：小凯

校稿：通麦 / 编辑：板栗

2024年的第一场雪已经来了，南方的朋友们或许不用去尔滨看雪，你们的专属冰雪体验卡已经在路上了！

一条从西南向东北伸展的雨雪高速公路已经形成，沿途的云南、贵州、湖北、安徽都出现了强降雨，重庆出现了浓雾，河南、山东、河北等地出现了降雪，山东南部的雪势还非常大。

未来几天，随着冷空气的南侵，雨雪分界线甚至能抵达南岭，连华南北部都机会体验天然冰雪。

众所周知，强降雪除了冷空气要足够强，还要有足够的水汽，这条从云南到河北的雨雪高速公路，实际上是一条输送水汽的高速公路。

孟加拉湾、中南半岛的大量暖湿气流汇聚成一条看不见的河，一路向西北行进，沿途遇到冷空气，不断被抬升，凝结成雨雪。这种现象叫做“大气河”。

空中悬河

“大气河”是上世纪末才出现的新概念，1994年，华裔科学家朱勇和合作者纽威尔首次在论文中提出了“大气河”——Atmospheric Rivers。当时，他们发现大气中有一种窄而长的带状结构，其输送水分的能力相当于全球径流量第一的亚马孙河。

大气河在尺度上往往是巨大的

有时大气河流所携带的水量可以是普通地表河流的数倍

（连接亚洲和北美的一条大气河 图：NASA）▼

大气河与美国西海岸的突发暴雨有着奇特的关系，每年冬天，夏威夷群岛和西海岸之间常常出现一条水汽通道，太平洋上的大量水蒸气被输送到落基山脉，并在西海岸引发暴雨。这一现象看起来确实与“天气预报”的技能颇为相似。

美国西部最强的大气河

通常能造成数亿美元的损失

（2021年10月袭击加利福尼亚州的大气河 图：NOAA）▼

由于夏威夷盛产菠萝，这条大气河又被称为“菠萝快车”——Pineapple Express，菠萝快车集中在每年1、2月发车，根据NOAA的估计，西海岸年降水量的30-50%都发生在少数几次菠萝快车事件中。

从夏威夷北部到华盛顿的“菠萝快车”▼

但如果车速过快，一不小心就会变成暴雨+洪涝，有时甚至能深入内陆，2014年12月洪涝就造成加州大面积断电，前年6月，深居内陆的黄石公园，因为一次大气河引发的洪水被迫关闭。

西海岸各州的美国居民和大气河已经是“老相识”了

（一场强风暴给旧金山湾地区带来了超强的大气河）

（2021年10月24日拍摄的卫星图像 图：NASA）▼

“大气河”不光美国有，在太平洋对岸的中国也很常见。这是一张拍摄于2020年7月5日的地球快照，一条宽阔的云带横贯中国中东部，并一直延伸到日本东海岸。

葵花8号卫星云图，2020年7月5日12时▼

此时正值梅雨季节，通常雨量一般不会特别大，但2020年是个例外，在7月5日前后一周内，长江中下游降水量显著提高，超过210mm，而往年整个梅雨期的降水也就280mm左右。所以，这次梅雨又被称为“超级暴力梅”。

2020年的梅雨期降雨量为1961年以来历史最多

降水时间与2015年并列为1961年以来历史最长▼

为了搞清楚“暴力梅”背后的原因，气象学家借助卫星，从高空观察整个东亚，发现在梅雨锋的位置上，大量水汽聚集成带，一条长6265公里、宽670公里、深4公里的“空中悬河”浮现在眼前。

这条“空中悬河”于7月5日当天在长江中下游上空的水汽输送量十分惊人，相当于长江在当地夏季径流量的十倍。

水汽在高空汇聚成了一条“河流”

(2020年7月5日11时, 700 hPa)▼

大气河虽以“河流”为名，但它毕竟在天上，和地表河流完全不是一个套路。

大气河是从热带延伸到高纬度地区富含水汽的走廊

它们可以在短时间内产生大雨和降雪

（图：NOAA）▼

首先，大气河输送的不是液态水而是气态水，也就是水蒸气，所以相同的水量，密度很低，体积庞大，宽度动辄几百公里。

其次，地表河流的路径是由地形规制的，河流和地形相互塑造是一个漫长的过程，而天上的大气河可以说是恣肆横流、难以捉摸、聚则成雨、散则无形，一条大气河路径从发生到消亡只有几天到十几天，其位置和路径随风场不断移动和变化，换而言之，大气河是一种短暂且突然的大规模水汽输送。

与地表真正的河流不同，大气河是在随时移动的

它并不会在一个地方停留太久

（2014年12月太平洋和美国西南部出现的一条大气河）

（图：NASA）▼

强大的降水输出buff

近年来，气象学家已经意识到大气河与降水之间有着紧密联系。以2020年江淮梅雨为例，与大气河相关的降水占到总降水的50-80%，同时，伴随大气河的降雨强度是没有大气河时候的6-12倍。

除了梅雨，很多突发暴雨背后都有大气河的踪迹。有研究人员称，去年7月两场造成重大损失的暴雨：京津冀7·12和河南7·20，发生时都有强盛的大气河在高空向雨区源源不断输送水汽。

台风烟花与郑州之间事实上形成了一条水汽走廊

将大量水汽输送到郑州上空▼

2016年7月20日，北京降下特大暴雨时，西伸的副热带高压和青藏高原之间有一条强盛的东北向的大气河，大量水汽沿着这条路径北上，促成了这次特大暴雨。

东海龙王表示他只是出来遛个弯

没想到搞出这么大动静

(2016年7月20日11时, 700 hPa)▼

对历史资料的统计研究发现，在夏季，东部地区全部降水中有10-20%与大气河有关，如果换成与极端降水的相关性，这个比例高达30-60%。

这说明在常规的降水之外，突然出现的大气河类似一种输出型buff，buff加在哪里，哪里的降水就变成强降水，这既是暴雨和洪涝的原因，也是降水量的重要补充，所以大气河的时空间分布就非常重要，甚至可以在几十年的时间尺度上深刻参与气候变化，比如著名的“南涝北旱”。

从上个世纪下半叶至今，大体上我国华南降水增多、华北降水减少，这种南北同步变化便是“南涝北旱”。最近的研究表明，这一长期变化背后就有“大气河”的身影。

(红(蓝)点表示在0.05水平上具有显着正(负)趋势的网格)

(图：Qiang Wang, Long Yang)▼

过去70年来，长江以南每年发生的大气河越来越多，华北地区却越来越少。其“南增北减”与“南涝北旱”的降水量变化趋势一致。进一步的研究表明，大气河对降水量的年变化有显著贡献，在降水更依赖暴雨的北方，这一贡献高达49%，南方相对较少，在10-30%之间。

东亚大气河年频率变化趋势对年降水变化趋势的贡献率

（图：Qiang Wang, Long Yang）▼

大气河的发生机制

从全球范围来看，大气河很可能是温带气旋的某种伴生物。温带气旋是一种出现在中高纬度的低压天气系统，气象学家一般根据温带气旋的位置和路径给常出现的气旋命名，比如蒙古气旋、东北气旋、黄淮气旋、江淮气旋。

温带气旋常导致风雨天气，有时伴有暴雨或强对流天气

往往是洪涝灾害发生的“元凶”

（2016年7月导致北京等地发生特大暴雨的黄淮气旋）▼

这些气旋主要由三股气流构成：靠南的暖输送带，靠北的冷输送带、以及被卷入其中的干燥气流。

气旋中的三股气流▼

这三股气流螺旋交汇，经常形成“逗点云系”，在卫星云图上非常壮观。“逗点云系”席卷干冷和暖湿空气，两种空气是维持气旋的主要耗材，冷暖交汇处温度变化剧烈并形成锋面，暖湿气流的一侧被云覆盖并形成降雨。

“逗点云系”▼

（2014年英国上空的温带气旋 图：NASA）▼

大气河就形成于温带气旋的暖输送带中。类似一个热抽风机，把大量水汽耗材源源不断地向气旋里送，内部剧烈的上升运动把水汽带到高空，水汽凝结为水滴，气态变液态，在这一凝结过程中释放的热能，又为气旋发展提供动力。

大气河流实际上是由一系列

处于不同生命周期的温带气旋组成

（图：NASA）▼

除了气旋本身，东亚大气河的位置还受到副热带高压的影响。

中国夏季的主雨带常常落在副高北侧，最重要的原因就是顺时针的高压中心把南方的海上水汽带到了北侧，如果此时在陆地上还有一个温带气旋，逆时针的气旋+顺时针的副高，夹在两者之间的水汽输送就会格外强烈，暴雨将至。

前面提到的2016年夏天北京特大暴雨就是这种情况，在强烈的黄淮气旋和副高的双buff加持下，一条强烈的大气河直达燕山脚下，遇到陡峭的地形后高强度降雨。

这俩强强联手，堪称无情的抽水机

将来自海洋表面的水汽一股脑倾泻在华北地区▼

“大气河”这一概念的提出，有利于更好地理解和应对那些突发的极端降水，进而拯救更多的生命。

如今通过卫星和数值模型，人类能清楚看出这颗蓝色星球的另一层面貌。以前我们很难想象，五千公里外的热带海水可以在几天内变为你窗外的暴雨，而正是这一条条蜿蜒曲折的巨龙，每时每刻都在重新分配着地球上的水热资源。

弄清楚盘旋在高空的“巨龙”的脾气

日后才能更好地与之相处

(源于东南亚的大气河穿过北太平洋在阿拉斯加东南部登陆)

(图：Ruping Mo）▼

参考资料：

https://himawari8.nict.go.jp/zh/himawari8-image.htm

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*本文内容为作者提供，不代表地球知识局立场

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