大气河流正在向极地移动，重塑全球天气模式
大气河流——天空中那些狭长的水蒸气带，给美国西海岸和许多其他地区带来暴雨和风暴——正在向更高的纬度移动，这正在改变世界各地的天气模式。这种转变导致一些地区的旱情恶化，另一些地区的洪灾加剧，许多社区赖以生存的水资源面临风险。当大气河流向北延伸至北极时，它们还会融化海冰，影响全球气候。
在加州大学圣巴巴拉分校《科学进展》杂志上发表的一项新研究中，气候科学家丁庆华和我表明，过去四十年来，大气河流向两极移动了约 6 到 10 度。
流动的大气河流
大气河流并非美国西海岸独有。它们形成于世界许多地方，为这些地区提供了超过一半的年平均径流量，包括美国东南海岸和西海岸、东南亚、新西兰、西班牙北部、葡萄牙、英国和智利中南部。
加州每年高达 50% 的降雨量都来自大气河流。该地区冬季的一系列大气河流可以带来足够的雨雪来结束干旱，正如该地区部分地区在 2023 年所经历的那样。
这张 2017 年 2 月全球卫星数据动画显示，大气河流遍布世界各地。图片来源：NASA/戈达德太空飞行中心科学可视化工作室
虽然大气河流有着相似的起源——来自热带的水分供应——但大气急流的不稳定性使它们以不同的方式向极地弯曲。没有两条大气河流是完全相同的。
包括我们在内的气候科学家特别感兴趣的是大气河流的集体行为。大气河流常见于热带外地区，即南北半球纬度 30 度至 50 度之间的区域，包括美国大陆大部分地区、澳大利亚南部和智利。
我们的研究表明，过去四十年来，大气河流一直在向极地移动。在两个半球，自 1979 年以来，北纬 50 度和南纬 50 度的活动有所增加，而北纬 30 度和南纬 30 度的活动有所减少。在北美，这意味着更多的大气河流淹没了不列颠哥伦比亚省和阿拉斯加。
全球连锁反应
这种转变的一个主要原因是东热带太平洋海面温度的变化。自2000年以来，东热带太平洋的海水呈降温趋势，影响了全球大气环流。这种降温通常与拉尼娜现象有关，将大气河流推向两极。
大气河流向极地的运动可以解释为一系列相互关联的过程。
在拉尼娜现象期间，当东热带太平洋的海面温度下降时，沃克环流（一种影响降水的巨型空气环，在热带不同地区上升和下降时会对其产生影响）在西太平洋上空增强。这种增强的环流导致热带降雨带扩大。热带降雨的扩大，加上大气涡旋模式的变化，导致高压异常和风模式，从而使大气河流进一步向极地移动。
相反，在厄尔尼诺现象期间，海面温度较高，该机制则朝相反方向运行，使大气河流发生移动，使其不会远离赤道。
这些变化提出了一个重要问题：气候模型如何预测大气河流的未来变化。目前的模型可能低估了自然变化，例如热带太平洋的变化，这可能会显著影响大气河流。了解这种联系可以帮助预报员更好地预测未来的降雨模式和水资源供应。
这种向极地移动为何如此重要？
大气河流的变化会对当地气候产生巨大影响。
在亚热带地区，大气河流越来越少，这可能导致干旱时间更长、水资源更少。许多地区，如加利福尼亚州和巴西南部，都依赖大气河流提供降雨来补充水库并支持农业。如果没有这些水分，这些地区可能会面临更严重的缺水问题，给社区、农场和生态系统带来压力。
在较高纬度地区，大气河流向极地移动可能会导致美国太平洋西北部、欧洲甚至极地地区出现更极端的降雨、洪水和山体滑坡。
2017 年 2 月 20 日的卫星图像显示，一条大气河流从夏威夷延伸到加利福尼亚，带来了倾盆大雨。图片来源：NASA/地球观测站/杰西·艾伦
在北极，更多的大气河流可能会加速海冰融化，加剧全球变暖，影响依赖冰的动物。我参与的一项早期研究发现，自 1979 年以来，夏季大气河流活动的趋势可能占整个北极夏季水分增加趋势的 36%。
对未来意味着什么
到目前为止，我们看到的变化仍然主要反映了自然过程的变化，但人类引发的全球变暖也发挥了作用。全球变暖预计将增加大气河流的总体频率和强度，因为更温暖的大气可以容纳更多的水分。
随着地球持续变暖，这种情况会如何变化尚不清楚。预测未来的变化仍不确定，这主要是因为很难预测 厄尔尼诺和拉尼娜之间的自然变化，而这在大气河流变化中起着重要作用。
随着全球气候变暖，大气河流及其带来的暴雨将不断改变流向。我们需要了解并适应这些变化，这样社区才能在气候变化中继续繁荣发展。
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