倾盆大雨银浪翻,一瞬间倾盆大雨

徐小凤

这是一条[/k0/]高1 ~ 2公里，宽几百公里，绵延几千千米的水汽传送带。我们称之为“天河”(大气河)。卫星云图可以清楚地显示它的分布。这些悬浮的空天河可以将大量的水汽从热带地区输送到中高纬度地区，输水能力远远超过地面上的任何一条河流。

自20世纪90年代大气河流的概念提出以来，受到了许多气象学家的关注。水汽是降雨的必要条件，这种大范围的水汽输送带与降雨的时间空分布和强度变化密切相关。国际上对大气河流问题已经有了很多研究成果，很多地区的大范围降雨过程都可以用大气河流的存在和演变来解释。

“波破碎”是指大气罗斯贝波破碎的过程。让我们从罗斯贝博开始——

20世纪初，高空探测技术逐渐应用于气象研究和业务。通过对资料的分析，发现地球中高纬度对流层中上部存在一个大的波状气流场，大气沿流场作准水平运动。在半球尺度上，一般有3 ~ 5个波。

1939年，美国著名气象学家罗斯比通过微分方程对这种大尺度波形的性质进行了理论研究和分析，提出了著名的长波理论，成为动力气象学的重要理论基础。为了纪念这一杰出贡献，后人将这种长波命名为罗斯贝波。这一成果从理论上解释了大气长波的运动规律。在实际的预报业务中，我们还可以发现沿Rossby波由北向南振荡的大气流场、地面气压场与更高层平流层大气变化之间的对应关系。因此，罗斯贝波自然成为气象学家研究、分析和预报大气运动时所关注的系统。

在南北振荡过程中，Rossby波会与热力和功率差异显著的基本气流发生复杂的相互作用，不断交换能量，波的振幅和频率也会随时间发生变化。人们可以在天气图上看到复杂多变的大气环流模式。在一定条件下，这种复杂的非线性相互作用使得Rossby波的振幅在一定区域内迅速增大，导致高纬冷空气体南侵或低纬暖空气体北移的不可逆过程。

振幅的超常增加使其难以回到原系统维持正常振荡，从而导致破浪过程。破碎的波能一部分回到基本气流中增强其能量，另一部分破碎成更小规模的系统耗散能量。就像浩瀚的大海，经常可以看到正常的波浪起伏，某处会突然出现一座高耸的山峰。但是不能持续太久，一部分会很快回到海面，一部分碎浪会在空里滚出来。无论是气旋波南破，还是反气旋波北破，都会造成区域性天气异常，造成气温、湿度、气压、风场的剧烈变化。

大气层的破裂和罗斯贝波都会导致降雨和其他恶劣天气。如果带着干冷空气体南下的气旋波在空与大气河流相遇，其影响不容小觑。

最近，欧洲地球科学联盟(EGU)的《天气和气候动力学》杂志发表了Defrees的一篇文章，他曾在瑞士苏黎世的大气和气候科学研究所以及德国的Max Planck化学研究所工作。基于欧洲中期天气预报中心1979—2018年40年的再分析资料，对全球每日大范围极端降水事件(EPE)进行了系统研究，重点分析了罗斯伯格断裂与大气河相互作用的影响。

通过对全球资料的分析发现，Rossby波破碎和大气河流这两个天气尺度系统的相互作用，导致了全球范围内的多次极端强降雨过程，特别是在干旱的亚热带地区，强降雨过程可能导致灾难性洪水。与以往的研究不同，以往亚热带地区的研究更多的是关注热带气旋系统在湿热地区引起的暴雨，如台风在热带海洋表面及北上引起的暴雨过程。Ross波向南气旋性破碎可导致干冷空气体南侵、对流层不稳定、低空气流上升、水汽北送等多重效应，均有利于极端降雨的发生。

通过分析还发现，Rossby波破碎程度越大，所能诱发的水汽输送越强，降雨量也越大。Defrees的分析表明，在北美和地中海地区，90%的极端降雨过程可以用Rossby波破碎来解释；在沿海地区，95%的极端降雨是由水汽传送带的增强驱动的，这与以往的个例研究结果大体一致。最有价值的发现是两次大范围天气过程交汇处的强降雨过程。更重要的是，在那些人们认为最干旱、最少雨的地区的强降雨过程中，超过70%的大范围降雨可以用这种相互作用来解释。

除了从数据分析的角度揭示极端降雨事件，Defrees还分析了历史上造成重大损失的12个具体案例，发现这些极端事件与鲁斯伯格破裂结合大气河流水汽输送密切相关，如1987年9月南非纳塔尔洪水、2013年6月印度北阿坎德邦洪水、2013年9月美国科罗拉多州洪水、2015年3月智利阿塔卡马沙漠洪水等。

研究结果也增强了我们对极端降雨事件和气候变化之间关系的理解。研究发现，近几十年来，暴雨发生频率和强度的增加与全球变暖密切相关，需要在更长的时间内关注和研究其变化。

本文来自中国气象报。