李 慧 吳 鵬 羅 瀾

湯加火山

湯加火山爆發(fā)

1月14日至15日，南太平洋島國湯加的洪阿哈阿帕伊島火山噴發(fā)并引發(fā)海嘯，這是近30年來全球規(guī)模最大的一次火山爆發(fā)。該火山噴發(fā)的煙霧和灰燼給環(huán)境帶來巨大影響，也引發(fā)了人們對其可能導(dǎo)致氣候變冷的猜測。

資料顯示，大型火山爆發(fā)后，通常導(dǎo)致一到兩年內(nèi)全球氣溫異常下降。這是由于火山噴發(fā)將各種顆粒物和氣體釋放到大氣中，其中最重要的氣候效應(yīng)是由向平流層釋放的含硫氣體（以二氧化硫為主）造成的。二氧化硫進入大氣后，可在幾周內(nèi)形成硫酸鹽氣溶膠，其進入平流層后會快速向全球平流層輸送，通過平流層“剩余經(jīng)向環(huán)流”，在熱帶地區(qū)將火山氣溶膠抬升，并在中緯度地區(qū)將其向極地輸送，再在高緯度地區(qū)將它們帶回對流層。

一系列研究表明，火山爆發(fā)一般會對未來一到兩年全球和東亞氣候產(chǎn)生持續(xù)影響，大概出現(xiàn)0.3℃左右的降溫效應(yīng)。對于我國而言，火山爆發(fā)可減弱次年東亞夏季風強度，導(dǎo)致我國夏季雨帶偏南。同時，還可能增加今年我國階段性低溫事件的概率，并可能導(dǎo)致今年我國降水總體區(qū)域減少，氣象干旱發(fā)生概率上升。

專家表示，一次劇烈的火山爆發(fā)帶來短暫的地面氣溫降低，并不意味著全球氣候變暖的趨勢從此改變，因為隨著大氣環(huán)流和沉降等過程，火山活動產(chǎn)生的氣溶膠粒子最終回到對流層內(nèi)并從大氣中消失，全球地面氣溫也將重新回到原本的上升軌道。因此，偶然的火山爆發(fā)可減緩長時間序列全球氣候變暖的猜想是不切實際的。

但正如前面所說，短時和區(qū)域尺度上的天氣與氣候變化還是會受到火山活動的影響。目前，人們對于云—氣溶膠－輻射過程的相互作用和微物理過程認知仍很有限，對于基于氣溶膠的太陽輻射干預(yù)（SRM）冷卻潛力認知還有很大的不確定性。下一步研究工作中，有必要利用包括更完備的云—氣溶膠—輻射過程的高分辨率模式，對SRM方法進行模擬研究，并加強在不同地點和時間實施的不同SRM方法對全球和區(qū)域氣候影響的研究。

巴西暴雨

2月15日，巴西彼得羅波利斯突降暴雨，造成山體滑坡，截至2月22日已造成至少193人死亡、69人失蹤。彼得羅波利斯是巴西里約熱內(nèi)盧州的一座山城，曾是巴西末代皇帝的避暑之地，連日來的暴雨讓這座歷史名城滿目瘡痍。2月15日，該地在短短6小時內(nèi)下了260毫米的暴雨。巴西氣象學(xué)家謝魯契表示，這是當?shù)亟?0年來最大雨量，高于以往2月一整月的降雨量。事實上，自2021年12月以來，巴西東北部、東南部等地頻降暴雨，并多次觸發(fā)洪水和山體滑坡災(zāi)害。

2月16日，人們在巴西里約熱內(nèi)盧州彼得羅波利斯市的街道上清理淤泥

受暴雨影響，今年1月，全球第二大鐵礦巨頭也不得不暫停在米納斯州部分鐵礦山的生產(chǎn)，停工影響了約150萬噸鐵礦石的生產(chǎn)。此外，巴西也是世界著名的糧倉之一。早在2021年，世界各地發(fā)生的一連串極端天氣事件破壞了許多農(nóng)作物的生產(chǎn)，抬高了部分農(nóng)產(chǎn)品價格。目前，暴雨已嚴重影響巴西農(nóng)作物的收割，美國銀行下調(diào)巴西谷物供應(yīng)預(yù)測數(shù)據(jù)，且巴西天氣狀況仍不穩(wěn)定，加劇了人們對今年農(nóng)作物產(chǎn)量的擔憂。英國《金融時報》預(yù)測，罕見的極端天氣將持續(xù)，2022年糧食價格仍維持高位。

在當前全球氣候變化大背景下，極端天氣愈加頻發(fā)。特別是2021年底，拉尼娜現(xiàn)象連續(xù)第二年出現(xiàn)，預(yù)計這一現(xiàn)象將加劇世界各地的降雨和干旱。農(nóng)業(yè)受氣候變化影響嚴重，農(nóng)作物減產(chǎn)和價格上漲可能導(dǎo)致一些適應(yīng)能力較差、依賴進口的國家面臨糧食短缺問題，并增加全球消費者的生活成本。提前對天氣作好預(yù)判，進而作出積極應(yīng)對，世界各國還有很長的路要走。

太陽風暴摧毀美國“星鏈”衛(wèi)星

美國太空探索技術(shù)公司（SpaceX）于北京時間2022年2月4日發(fā)射的49顆“星鏈”衛(wèi)星，因受到地磁暴影響，約40顆“星鏈”衛(wèi)星無法進入軌道。

此次事件是由太陽風暴造成的最大規(guī)模的衛(wèi)星損失，以及首次因大氣密度增加而引發(fā)的大規(guī)模衛(wèi)星故障。

2018年2月22日，在美國加利福尼亞州范登堡空軍基地，美國私企太空探索技術(shù)公司的“獵鷹9”火箭發(fā)射升空

據(jù)悉，此次引發(fā)大面積衛(wèi)星失效的空間環(huán)境擾動過程的來源包括一次日冕物質(zhì)噴發(fā)（CME）和后續(xù)的冕洞高速流，地球磁層的響應(yīng)指標只有2月3日和5日的兩次最小級別的地磁暴。但中國氣象局國家空間天氣監(jiān)測預(yù)警中心的綜合分析顯示，伴隨著地磁暴過程，地球兩極地區(qū)的能量注入非常巨大，其規(guī)模超過中等地磁暴所引起的能量注入。這種能量由地磁活動中被加速的高能粒子注入兩極區(qū)域，并傳遞給這里的高層大氣，造成大氣加熱，并向低緯地區(qū)擴散。底層大氣受熱膨脹，使衛(wèi)星軌道上的大氣密度增加，衛(wèi)星所受阻力增大。

此外，值得注意的是，自2021年下半年開始，太陽爆發(fā)活動明顯增加，不僅是發(fā)生頻率，對地球的影響包括地球磁場和天氣、氣候等也明顯增強，這是太陽活動進入第25個高年的特征。應(yīng)對這種狀況的有效前提是準確預(yù)報，綜合利用風云系列氣象衛(wèi)星和地面技術(shù)支撐，將有利于提升太陽活動預(yù)報的準確性。

美國西部干旱

當?shù)貢r間2月21日，美國加利福尼亞州由于持續(xù)干旱，湖水水位仍然很低，周圍土地干裂。加州州長加文·紐森早在2021年10月就宣布，該州將長期進入“干旱緊急狀態(tài)”，并要求加州人主動減少15%的用水量。美國干旱監(jiān)測機構(gòu)也表示，該地區(qū)在2020年末至2021年一直處于干旱狀態(tài)。

當前，美國西部大部分地區(qū)出現(xiàn)長達20年的干旱，屬于最嚴重的特大干旱。2020年夏季至2021年夏季的高溫和低降水量，導(dǎo)致干旱形勢變得更加嚴峻，因此，需要出現(xiàn)多個多雨的年份來挽救旱情帶來的損失。換句話說，這場前所未有的干旱，不會因為一個多雨的年份而終結(jié)，至少旱情不會在今年緩解。

此外，除了降雨，高山冰雪融水作為河流的重要水源，也很難得到補充。一般情況下，冬季降雪補充山中的積雪，夏季氣溫升高，積雪融化，形成地表水。但隨著氣候變化加劇和冬季氣溫升高，降雪量將減少，這對于緩解干旱極為不利。加州大學(xué)洛杉磯分校氣候科學(xué)家丹尼爾·斯溫直言，如果沒有氣候變暖的問題，普通的旱災(zāi)不會演變成特大干旱。因此，人類必須改變與自然的關(guān)系，否則還會有更糟糕的情況出現(xiàn)。

2月6日，在馬達加斯加首都塔那那利佛，行人走過積水的道路

馬達加斯加洪澇

2月以來，馬達加斯加先后受熱帶氣旋“巴齊雷”“杜馬科”登陸影響，出現(xiàn)嚴重的暴雨洪澇災(zāi)害和人員傷亡。

馬達加斯加位于西印度洋海域，是熱帶風暴多發(fā)區(qū)。2月6日凌晨在馬達加斯加島菲亞納蘭楚阿附近地區(qū)登陸的“巴齊雷”，登陸時中心附近最大風力16級相當于我國的超強臺風級。受“巴齊雷”影響，馬達加斯加中南部地區(qū)出現(xiàn)強風雨天氣。風云氣象衛(wèi)星監(jiān)測顯示，其登陸時風暴中心眼區(qū)清晰，結(jié)構(gòu)對稱，環(huán)流中心附近及外圍云帶強對流發(fā)展旺盛，登陸后造成東部沿岸地區(qū)嚴重洪澇災(zāi)害。我國氣象部門利用風云衛(wèi)星資料對上述地區(qū)的水體變化進行了監(jiān)測，可以看到菲亞納蘭楚阿省沿海多處河道明顯增寬。

值得注意的是，此前馬達加斯加正遭遇氣候變化帶來的長期干旱，很多農(nóng)作物無法正常生長。特別是2021年，馬達加斯加經(jīng)歷40年來歷時最久的干旱，給當?shù)剞r(nóng)業(yè)造成嚴重打擊，但近期的洪水將會對長期干旱有所緩解。

近年來，受全球氣候變暖影響，旱澇急轉(zhuǎn)在我國也頻繁發(fā)生，特別是華南和西南等地。為了盡可能減少極端天氣給當?shù)貛淼挠绊懀瑧?yīng)加強此類天氣發(fā)生的機理研究，提升預(yù)報預(yù)警能力。

“尤妮斯”風暴

2月18日，大西洋風暴“尤妮斯”侵襲英國、德國、荷蘭、比利時等歐洲多國，已造成多人死亡，并導(dǎo)致大量航班取消、列車停運和渡輪停航?！坝饶菟埂笨赡苁怯?0年來遭遇的最強風暴，英國氣象局發(fā)布了最高級別風暴紅色預(yù)警。

2月18日，在英國布萊克浦，風暴“尤妮斯”造成的巨浪拍打堤岸

2021年12月11日在美國肯塔基州梅菲爾德拍攝的龍卷風過后的情景

“尤妮斯”屬于溫帶氣旋，在冷暖空氣激烈對抗時伴隨鋒面出現(xiàn)。同一鋒面上有時會接連形成兩到五個溫帶氣旋，自西向東依次推進。受全球變暖和拉尼娜事件影響，2月以來北大西洋海表溫度異常偏暖，大西洋副熱帶高壓異常偏強。與此同時，極渦偏向大西洋和歐洲大陸，在大西洋中高緯地區(qū)形成相對穩(wěn)定的鋒面，為溫帶氣旋的形成創(chuàng)造了非常有利的條件。來自極地的冷氣團快速南下進入西風帶，有利于氣旋維持穩(wěn)定并不斷發(fā)展，而英國南部持續(xù)受氣旋系統(tǒng)南部的異常西風影響，最終形成強風暴事件。

此外，“尤妮斯”風暴造成如此巨大的破壞，很可能與大西洋東部上空出現(xiàn)的刺狀急流有關(guān)。這種在風暴內(nèi)部形成的細小而狹窄的氣流，可在100千米以內(nèi)的區(qū)域范圍內(nèi)產(chǎn)生強風。刺狀急流會隨著風暴而移動，且像一條風暴生產(chǎn)線，源源不斷地每一到兩天產(chǎn)生新的風暴。它是強風的核心，有時會在快速加強的低壓區(qū)域形成并向地面延伸。

刺狀急流發(fā)生在某些類型的溫帶氣旋中，它在距地表上方大約5千米處形成，然后下降到氣旋的西南側(cè)，靠近其中心，在此過程中不斷加速，并從大氣上層帶來快速移動的空氣，可持續(xù)1～12小時。此外，刺狀急流難以預(yù)測且相對罕見，這使風暴變得更加危險。

對未來氣候的預(yù)測表明，到2100年，具有刺狀急流前兆的氣旋比例將增加45%，在未來氣候變化背景下，具有刺狀急流前兆的爆發(fā)性氣旋引起的相關(guān)風險在歐洲將大幅增加。

美國“超級龍卷”

當?shù)貢r間2021年12月10日晚至11日凌晨，龍卷重創(chuàng)美國中南部多地，造成近百人傷亡，此次龍卷災(zāi)害具有影響范圍廣、強度大、持續(xù)時間長等特點。

龍卷是強對流天氣的一種，充足的水汽和不穩(wěn)定能量是強對流發(fā)生的必要條件。通常來說，美國龍卷多發(fā)于春季，由于冬季氣象條件總體不太利于強對流活動，屬龍卷淡季，特別是12月發(fā)生龍卷和強龍卷的概率總體較小。此外，龍卷屬于小尺度天氣過程，不僅影響范圍相對較小，持續(xù)時間也不會太久。但此次龍卷事件持續(xù)4個多小時，其中一個被稱作“四州龍卷”的單體，行程超過375千米，跨越阿肯色州、密蘇里州、田納西州和肯塔基州。

我國“風云三號”D星監(jiān)測圖像顯示，此次過程的主要影響天氣系統(tǒng)為鋒面氣旋云系，其頭部位于加拿大東南部，鋒面主要影響美國中東部地區(qū)。專家認為，在鋒面右側(cè)出現(xiàn)明顯的向外流出的卷云羽，說明對流層高層的輻散較強，有利于強對流天氣的發(fā)生。

此外，在龍卷發(fā)生時，存在深厚的西風帶大槽，地面則為典型溫帶氣旋發(fā)展。強大的高空干冷急流疊加在強盛的西南低空暖濕急流之上，冷暖交匯造成強烈的不穩(wěn)定大氣層結(jié)。值得注意的是，龍卷的發(fā)生還需要較強的低空垂直風切變。2021年12月10日，美國中南部地區(qū)有強冷鋒過境，而此時近地面氣溫較高，積聚了大量不穩(wěn)定能量。同時，水汽輸送和低層風垂直切變條件較為有利，形成了發(fā)生大范圍強對流天氣的物理環(huán)境。

在強對流天氣監(jiān)測預(yù)報綜合能力方面，美國在全球首屈一指。但由于此次龍卷發(fā)生在夜間，加大了防范和避險的難度，此次預(yù)報預(yù)警也略顯保守。為了減少不同極端天氣帶來的影響和風險，強化極端天氣科學(xué)機理研究，構(gòu)建綜合氣象保障服務(wù)體系等十分必要。