大气河与大气湖

大气河，由纽威尔和华裔科学家朱勇于上个世纪90年代提出，迄今已有近30年的历史。他们利用欧洲中期天气预报中心模拟的全球风场与相对湿度数据，计算得到垂直积分的水汽通量值，发现 在中高纬度有一些带状的水汽输送结构 ，其长度是宽度的数倍，从低纬度延伸至中高纬度地区。在中高纬度， 这些结构所输送的水汽占所有南北向水汽输送的90%以上。可与陆地上最大的河流——亚马逊河的流量相匹敌 。于是，他们给这种带状的水汽输送结构取名为AtmosphericRivers，意为大气中的河流，简称大气河。

大气河在南北半球均有分布，主要位于中高纬度。在北半球多为西南-东北走向，在南半球则多为西北-东南走向，南北半球呈准对称分布。在同一时间，空中可出现多条大气河。出现在不同地方的大气河，往往有着不同的名字。有一条最为典型的大气河，从美国的夏威夷群岛延伸至北美西海岸，被称为“夏威夷消防水龙带”，因为它带来的水汽常常能够缓解美国加利福尼亚州 （以下简称“加州”）等地的干旱。例如，在2012年至2017年，美国加州经历了长达5年的旱灾，而2017年2月份的大气河活动则为当地带来了充沛的雨水，结束了这场史诗级的旱情。

此外，由于夏威夷盛产菠萝，这条大气河也被称为“菠萝快车 ”，常常出现在美国的新闻播报里。在美国中部，大气河则有另外一个名 字 ——“ 玛雅 快车”。虽然这些名称都比较夸张，但也形象地刻画了大气河狭长、强度大且携带大量水汽的主要特点。

中国有没有大气河的活动呢？人们曾经对此争论不休。有人认为，大气河只是影响北美西海岸的一个天气系统，与中国甚至东亚地区无关；而且根据以往研究，大气河多出现在冬季，而我国冬季天气主要受来自西伯利亚的偏北风控制，并没有强水汽输送带的踪影。更何况在北半球，大气河多是从西南向东北方向输送水汽，而我国西部是广阔的亚欧大陆，何谈大气河登陆一说？

但随着近些年相关研究的开展，学者们发现在 中国和东亚地区也有大气河活动。夏季，位于北太平洋的大气河会随着西太平洋副热带高压西移到东亚地区，从而影响中国东部以及日本、韩国等地。 有研究发现，大气河对于东亚地区极端降水的贡献可达30%-90%，大气河与东亚地区年降水的30%-60%有关。根据香港科技大学学者的研究，夏季位于东亚地区的大气河将来自于阿拉伯海、孟加拉湾和南海的水汽输送至我国华南地区和长江流域，从而影响我国长江流域的降水，有时造成严重的洪涝灾害。

2020年，我国江淮地区遭遇长达62天的梅雨，持续性的暴雨袭击长江中下游地区，给湖北、浙江、安徽等地带来严重影响。有媒体形象地将其称为“超长待机的暴力梅”，该“暴力梅”背后就有大气河在推波助澜。在此期间，大气河源源不断地将水汽从孟加拉湾和南海输送至长江中下游，然后东折入海，途经日本南部，延展至西北太平洋广阔的洋面上。不同于一般的降水过程，与大气河相关的降水往往有着显著的特征，如降水落区呈带状，分布在大气河的北侧，空间尺度较大，且降水中心强度多在24小时降水量50毫米的暴雨级别。有研究表明，在我国江淮地区，梅雨期与大气河相关的降水占总降水的70%-80%，与大气河相关的降水强度是与大气河无关的降水强度的8-10倍。

尽管大气河对我国梅雨期降水有着如此重要的影响，但大气河如何与梅雨系统相耦合，二者之间有何影响以及互相影响的机制是什么，仍是一个未解之谜。此外在全球变暖的背景下，大气河对我国降水的影响有何新的特征，有待于更多的科研工作予以揭示。

提到“大气河（Atmospheric River）”，不少人已很熟悉，是指出现在大约1.5公里高空的大气水汽密集输送带，宽可达数百公里，长可绵延数千公里。2021年12月16日，在美国地球物理学会（AGU）秋季会议上，来自美国迈阿密大学的布莱恩·马佩斯（Brian Mapes）教授提出了一个新的大气概念，或称作新的天气现象，介绍了关于“大气湖（Atmospheric Lakes）”的发现和研究成果。

相比“大气河”，“大气湖”的尺度要小很多，实际上是指空中某处的水汽密集区，像悬浮在空中的水池。顾名思义，湖泊不会像河流那样奔流不息，而是呈现相对稳定的状态，活跃的对流云团在空中某一区域缓慢移动，与大多数风暴有所区别的是“湖”中没有显著的涡旋风场。马佩斯教授最先发现的“大气湖”是在赤道附近的南亚季风区西侧的印度洋上空，从季风的水汽流场中分离而出，形成孤立的水汽柱状体（ColumnWater Vapor，CWV），其主要特征是含有足以产生降雨的高度集中的水汽，赤道附近平静的风场使“大气湖”缓慢向西漂浮移动，逐渐向非洲沿岸靠近。

通过对5年多的卫星数据做进一步分析，马佩斯教授共发现了发生在不同季节的17个“大气湖”，持续时间超过6天，且都出现在赤道附近10度范围内。离赤道更远处也会有“湖”出现，但往往会演变成为热带气旋，这显然与科里奥利参数f有关，f在赤道处为零，随着纬度上升会逐步增大，引起涡度增加。从目前统计结果看，“大气湖”发生的频次不算高，每年有几次，每次会持续一些天。“大气湖”并不是凭空产生的，它与发生在印度-太平洋地区的“大气河”密切相关。当快速移动的“河流”穿过非洲东部海岸区域时速度会变慢，一些湿气团会脱离“河流”，形成“大气湖”。

如果“大气湖”的水汽能产生降水，就可在地面上形成几厘米深、上千公里宽的积水区域。马佩斯教授认为这可以为东非国家的干旱地区解燃眉之急，那里有数百万人居住生活，需要降雨来维持基本生存条件，从中也可看出“大气湖”存在的重要性。但目前气象学家对赤道区域降水的研究存在缺陷，多数人更愿意从月以上时间尺度的视角来考虑问题，逐日尺度的研究没有得到足够关注。马佩斯教授认为目前仅从现象上关注到了“大气湖”的存在和价值，进一步的研究仍在进行，如“大气湖”是如何从暖湿的季风气流中脱离出来的；其缓慢移动又受到哪些机制的控制，包括更大尺度系统的影响和自身发展变化的作用；在气候变化的背景下，这些“湖”又会受到怎样的影响等。

“大气湖”是个新提出的概念，能否得到广泛认同，尚有待进一步关注，但利用新的探测仪器和获取的资料，分析大气中存在的各类现象，揭示其中的规律和可能的影响，显然是有效的自然探索之路。

说明：本文转自兰大气象台、气象人生等