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新理论解释了射流中的神秘障碍

那是2003年夏天的欧洲,有一段时间,好像地球的天气系统已经崩溃了。数周以来,整个非洲大陆停滞了巨大的空气,缓慢地沉降并抑制了云的形成,日复一日的天空晴朗无比。汞上升,包括法国和德国在内的创纪录的热浪席卷各国,造成7万人死亡。然后,突然间,持久的大气层缓和了,大风带来了缓解。

很少有天气现象像大气层那样得到广泛的体验,但了解得很少。当一个障碍物出现时,通常是在一个大陆的西部边缘,喷射流就会分裂,将一团看似静止的空气捕获在数千公里的范围内。此类积木可持续数周,并引发热浪,干旱和冬季寒冷。同时,围绕区块边缘的持续流可以将风暴逐个路由到同一地点。牛津大学大气动力学家蒂姆•伍林斯(Tim Woollings)说,一个街区“在不同季节会有不同的影响”。“但这总是非常极端的。”然而,长期以来,大气科学家一直在努力理解为什么会发生阻塞并持续这么长时间,以及它们如何在变暖的世界中发生变化。

几种新理论正在提供答案。一个领先的想法将阻止与科里奥利力在高纬度的行为联系起来,这是地球自转的影响,可能导致射流弯曲和扭曲。该理论是由哈佛大学大气科学家王磊(Lei Wang)开发的,不太可能是完整的图景,但它具有令人发人深省的含义。随着世界变暖,急流可能会移至更高的纬度,这可能导致更多的阻塞事件。

有关气候变化的另一潜在影响的辩论中出现了有关阻止气候变化的新想法。伍兹霍尔研究中心的气候科学家詹妮弗·弗朗西斯(Jennifer Francis)领导的研究人员认为,北极变暖正在导致中纬度地区更严重的冬季风暴。弗朗西斯(Francis)认为,侵袭性的温暖正在减缓射流,并使其形成更大的块状蜿蜒曲折,加剧了冬季天气。但是其他科学家对此机制持怀疑态度。王说,这场争论已经暴露出有多少要学习的关于封锁的知识。“缺乏理论确实是我们现在造成许多混乱的根本原因。”

科学家确实对维持障碍物有一个标准的解释。这个想法发表于1983年,源于1976年对导致欧洲干旱的单个街区的仔细研究。一旦建立了区块,分裂的射流似乎会将后来的天气系统切开。这些大气涡流的能量然后被馈送到缓慢旋转的陷留气团中,从而形成了一个反馈回路,该回路增强并维持了该块。柏林自由大学的大气动力学家斯蒂芬·普法尔(Stephan Pfahl)说,这是一个绝妙的主意,但“与更现实的案例的联系一直是一个问号。”

王重访了这项工作。首先,他在一系列简单的大气模型中模拟了阻塞事件,以期发现众所周知的涡流反馈。他感到震惊-它不存在。回顾1980年代的原始计算,Wang看到了一个错误:即使缺少该块,它们也会生成反馈。然后,他用现代天气记录检查了几十年中约100次类似的阻塞事件。正如他今年在美国气象学会年会上所报告的那样,他发现旋涡在维护它们方面至多起着最小的作用。他说,所有迹象都表明一个结论。“在该论文中发现的反馈的存在是一种错误的警报。”

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