急流:高空中的高速公路是如何影响天气的?

这里说的急流并不是急流勇退的急流,而是一个气象学术语,指的是高空中的一股快速流动的气流(风速可以达到30米/秒),急流一般能有几千公里长,垂直高度最高可以达到十几公里,但是相对稀薄。它们存在于对流层顶端——属于对流层和平流层之间的边界。

急流是一种高速大气流动,速度可以超过30米/秒,在全球都有分布
急流是一种高速大气流动,速度可以超过30米/秒,在全球都有分布

急流又被称为是大气层中的高速公路,飞机在其中飞行的时候不但能够节省大量的飞行时间,而且还能节省大量的燃油。另外急流对于天气也有很大的影响,气象学家借助于急流来预测天气变化。

急流是如何发现的?

今天,关于急流的确切首次发现存在争议,因为急流研究花了几年时间才成为世界各地的主流认识。急流最早是在1920年代由日本气象学家荒川秀俊发现的,他利用气象气球追踪在富士山附近升入地球大气层时的高层风。他的工作极大地促进了对这些风型的了解,但主要限于日本。

日本气象学家荒川秀俊
日本气象学家荒川秀俊

1934年,当美国飞行员威利波斯特试图独自环游世界时,对急流的了解增加了。为了完成这一壮举,他发明了一种加压服,可以让他在高空飞行,在飞行期间,波斯特注意到他的地面和空速测量值不同,这表明他是在气流中飞行。

尽管有这些发现,但直到1939年一位名叫H.Seilkopf的德国气象学家在一篇研究论文中使用它时,才正式创造了“急流”一词。从那里开始,二战期间,随着飞行员在欧洲和北美之间飞行时注意到风的变化,对急流的了解增加了。

急流的成因

由于飞行员和气象学家们进行的进一步研究,今天人们了解到北半球有两条主要的急流。虽然南半球确实存在急流,但它们在纬度30°N和60°N之间最强。较弱的副热带急流位于接近30°N的位置。然而,这些急流的位置全年都在变化,据说它们是跟随太阳不断变化,因为它们在温暖的天气下向北移动,在寒冷的天气向南移动。由于北极热带气团之间的碰撞形成了巨大的反差,因此冬季的急流也更强。夏季,气团之间的温差较小,急流较弱。

急流可以蔓延数千公里
急流可以蔓延数千公里

急流通常覆盖很长的距离,可能长达几千公里。它们可能是不连续的,并且经常蜿蜒穿过大气层,但它们都以极快的速度向东流动。急流中的蜿蜒流动比其他空气慢,被称为罗斯比波。它们移动较慢,因为它们是由科里奥利效应引起的,并且相对于它们所嵌入的空气流向西转。因此,当气流中有大量曲折时,它会减慢空气向东的运动。

具体来说,急流是由风最强的对流层顶下方的气团相遇引起的。当两种不同密度的气团在这里相遇时,不同密度产生的压力会导致风速增加。当这些风试图从附近平流层的温暖区域向下流入较冷的对流层时,它们被科里奥利效应偏转并沿着原始两个气团的边界流动。结果是在世界各地形成的极地和亚热带急流。

急流的重要性

在商业用途方面,急流对航空业很重要。它的使用始于1952年泛美航空公司从日本东京飞往夏威夷檀香山的航班。通过在7600米的急流中飞行,能够将飞行时间从18小时减少到11.5小时。飞行时间的减少和强风的帮助也减少了燃料消耗。自这次飞行以来,航空业一直在借助于急流进行飞行。

急流另外一个重要的作用是它对天气的影响。因为急流是一股快速移动的强气流,它有能力推动世界​​各地的天气变化。结果是大多数天气系统不仅仅位于一个区域上,而是随着急流向前移动。然后,急流的位置和强度有助于气象学家预测未来的天气事件。

急流对于航空业非常重要
急流对于航空业非常重要

此外,各种气候因素会导致急流改变并显着改变一个地区的天气模式。例如,在北美的最后一次冰期期间,极地急流向南偏转,因为3048米厚的劳伦泰德冰盖创造了自己的天气并将其向南偏转。结果,美国通常干燥的大盆地地区经历了降水的显着增加,并在该地区形成了大型雨湖。

世界上的急流也受到厄尔尼诺和拉尼娜的影响。例如,在厄尔尼诺现象期间,加利福尼亚的降水量通常会增加,因为极地急流向南移动并带来更多风暴。相反,在拉尼娜现象期间,由于极地急流向北移动,加利福尼亚干涸,降水进入太平洋西北部。此外,欧洲的降水量通常会增加,因为北大西洋的急流更强并且能够将其推向更远的东部。

无论急流的位置如何,它都会对世界的天气模式和洪水和干旱等恶劣天气事件产生重大影响。因此,气象学家和其他科学家必须尽可能多地了解急流并继续跟踪其运动,进而监测世界各地的此类天气。

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