大气河揭秘：水文学家解析这些风暴的利与弊

在过去的几天里，一系列大气河流给太平洋西北部和加利福尼亚带来了暴雨和洪水、泥石流和雪崩的威胁，数百万人已经收到了洪水警报和冬季风暴警报。

加州大学圣迭戈分校的水文学家曹谦解释说，虽然这些风暴造成的破坏令人恐惧，但它们对该地区的供水也至关重要，尤其是在加州。

什么是大气河?

大气河是在大气中输送的浓缩水蒸气的狭窄走廊或细丝。它就像天空中的一条河，长达1000英里。平均而言，大气河流的流量大约是亚马逊河正常流量的两倍。

当大气河流遇到山脉或遇到当地大气动力并被迫上升时，它们携带的水分冷却并凝结，因此它们可以产生强降雨或降雪。

大气河流在世界各地都有，最常见于中纬度地区。当大规模的天气模式对齐形成狭窄的通道或细丝时，它们就会形成强烈的水分输送。这些风暴开始于温暖的水域，通常是热带海洋，在温带气旋冷锋前的低空急流的引导下向海岸移动。

沿着美国西海岸，太平洋为风暴提供了水汽储藏库，而山脉则起到了屏障的作用，这就是为什么沿海山脉和内华达山脉的西部会有如此多的雨雪。

为什么背靠背的大气河流有很高的洪水风险?

连续的大气河流，被称为AR家族，可能导致严重的洪水。

第一场大雨浸透了地面。当连续的风暴到来时，它们的降水落在无法吸收更多水分的土壤上。这会导致更多的径流。河流和小溪都填满了。与此同时，由于气温升高，可能会出现融雪，进一步增加径流和洪水的风险。

加州在2022年12月至2023年1月的三周内经历了历史性的连续九次大气河流。在经历了几年的干旱之后，这些风暴帮助大多数水库在2023年恢复到历史平均水平，但它们也产生了破坏性的洪水和泥石流。

AR家庭的成因是一个活跃的研究领域。与单一的大气河流事件相比，AR家族倾向于与北太平洋较低的气压高度、副热带较高的气压高度、更强且纬向拉长的急流和更温暖的热带空气温度有关。

大规模的天气模式和气候现象，如麦登-朱利安涛动，或MJO，也在AR家族的产生中发挥重要作用。在2023年初的事件中发生了一次活跃的MJO转变，使加利福尼亚上空大气河流活动增加的可能性增加。

斯坦福大学(Stanford)和佛罗里达大学(University of Florida)的科学家最近进行的一项研究发现，当风暴背对背袭来时，AR家庭内部的风暴造成的经济损失是风暴本身造成的经济损失的三到四倍。

我如何大气河流对西海岸的供水重要吗?

我是一名研究水文学家，所以我专注于大气河流的水文影响。虽然大气河流可能导致洪水灾害，但它们对西部的供水也至关重要。该地区超过三分之一的重大干旱都是由大气河流造成的，包括2012年至2016年加州的严重干旱。

大气河流平均提供了西海岸年降水量的30%到50%。

它们还造成了积雪，为加州全年的供水提供了很大一部分。

平均每年，一到两条极端的大气河流将成为内华达山脉积雪的主要贡献者。加起来，大气河流将贡献平均季节总积雪量的30%到40%。

这就是为什么我在加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋学研究所西部天气和极端水中心的同事们致力于改善大气河流的预报和预测。水资源管理者需要能够调节水库，并计算出他们可以为旱季节省多少水，同时在水库中留下空间来管理未来风暴带来的洪水风险。

全球变暖是如何影响大气河流的?

温暖的空气可以容纳更多的水分。随着未来全球气温的上升，我们可以预期更强烈的大气河流，导致严重和极端降水事件的增加。

我的研究还表明，在已经潮湿的条件下，更多的大气河流可能同时发生。因此，极端洪水的可能性也增加了。华盛顿大学的科学家们进行的另一项研究表明，雨季将会有季节性的转变，更多的大气河流会在雨季早些时候出现。

根据我在西部天气和极端水项目中心(Center for Western Weather and Water Extremes)的同事所做的一项研究，年降水量的年际变化可能也会更大，尤其是在加州。

曹谦是加州大学圣地亚哥分校西部天气和极端水研究中心的水文学家。

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