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大气中那根执拗的“弹簧

更新日期:2019-11-08 16:34

 异常寒冷的冬日、席卷欧洲的热浪、愈发强悍的台风……当你与亲朋好友讨论这些极端天气时,大可扯上一句“都是罗斯贝波惹的祸”,然后享受他们崇拜的目光。因为事实究竟如何,气象学家们自己也在争论。

  在《美国国家科学院院刊》2014年发表的一篇论文中,德国波茨坦气候影响研究所的蒂姆·柯蒙认为,与罗斯贝波有关的停滞气流可能引发干旱和洪水。罗格斯大学海洋与海岸科学研究所的詹妮弗·弗朗西斯提出,尽管影响的机制略有不同,但罗斯贝波与极端天气事件增加之间有类似联系。那么,罗斯贝波究竟是什么?

  罗斯贝波由气象学史上的传奇人物、瑞典裔美国气象学家卡尔·古斯塔夫·罗斯贝提出。当然,这一理论背后有着复杂的数学运算。但抛开这些算式,我们可以用更基础、更浅显的方式来理解。

罗斯贝照片

  让我们想象一个弹簧。现在,用力按这个弹簧,很显然,它将变得比稳定状态更短,而当松开手,弹簧的弹性将使其最终恢复原状,但在那之前,弹性会先将弹簧拉得更长,越过原先的稳定状态。最终,弹簧在上下反弹若干次后,才会恢复稳定。

  在此基础上,可以设想空气在气流中运动。当然,它的尺度远远超过弹簧,大到可以覆盖整块大陆,乃至整个星球。

  当气流遇到障碍物时,它的行进路线也会发生偏转。气流向东移动,其路径上有一座山脉,山脉会将空气向南推。在没有外力干预的情况下,空气将继续向南行进。但是,地球上存在使其恢复移动方向的力量,可以使其恢复到地转偏向力,或科氏力指明的方向。

  罗斯贝波是大气中一种非常缓慢的、大尺度的波动。它是由于地球自转时在不同纬度和高度上的角速度不同所引起的,同时地转偏向力会随纬度变化——纬度越高,物体所受的影响就越大。从对流层的中下层到平流层低层,都可以“见到”罗斯贝波。

  当北半球的空气被山脉阻挡,推向南方时,它受到地转偏向力的影响与该纬度上的地转偏向力影响不符——它们太快了。这种影响的不匹配将空气重新推向北方,朝着与地转偏向力影响相匹配的位置移动。这就是那股恢复力量。

  不过,就像弹簧一样,这股恢复力会过度校正空气的位置,将其推向原始纬度以北。现在,它相对于所处纬度的影响又太慢了,这又迫使空气向南移动。结果,空气在继续整体向东运动时会上下反弹,形成波浪的形状。这种南北偏斜影响着气流中每一个空气分子。而气流走过的这条蜿蜒曲折的波浪状道路正是罗斯贝波理论的精髓。

  有气象学家认为,缓慢蜿蜒的罗斯贝波会导致极端天气现象更加普遍。这是因为当气流总是停滞时,天气现象持续时间也会加长,例如数周、数月的干旱,以及足以形成大洪本文转载自腾讯网