“气旋”(bomb cyclone)也被称为“天气”、“气象”。不过,气旋和一点关系都没有,也不是传说中的气象武器, 而是一种自然现象,指的是中纬度地区的一种极端天气过程,具体来讲,如果一个气旋系统的中心气压在24小时降低24 hPa(气压单位,百帕),这个气旋就是妥妥的气旋了。
当某个地区气压比周围低,周围空气即向此处汇集,因为地球的旋转,这些向内汇集的空气,一边向内运动,一边旋转起来,在北半球逆时针旋转,在南半球顺时针旋转,即构成气旋。气旋中心气压最低,伴随有空气汇合上升,是剧烈天气经常发生的区域,气压越低,风速越强,天气越剧烈。
也许你会认为24 hPa的变化对于总大气压强~1013 hPa似乎不算是多大的变化,但是要考虑到日常的气压波动变化也就10hPa以内,就像人体的正常温度变化大概也0.5度,在0.5度范围内上下波动人没有太大的感觉,但是24 hPa的变化就是一个显著的变化了,从正常温度37度升高1度,或者降低1度,对于普通而言,都会有不舒服的感觉,得考虑停止工作休息,或者去趟医院了。而1月份美国的“”气旋在24小时内气压降低超过50 hPa!的温度升高2.5度或者降低2.5度,那可是的状态了,得赶紧去医院了(指不定什么疾病呢,有些医院还得走专门发热通道)。因此“”只是用来形容这一类气旋的爆发力和力,其发展速度非常快,强度非常强而已,造成的影响也非常严重。
2018年1月4日美国国家海洋和大气管理局(NOAA)的卫星图片,中间螺旋状像逗点的云系即年初影响的“气旋”
气旋(bomb cyclone)这个名词听起来不像是个专业词汇,像是中常用到的词汇,事实上也是如此,专业领域内更倾向于用 explosive cyclogenesis,或者 bombogenesis。但是气象专业领域也用bomb cyclone,最早是1980年由 MIT 两位科学家 Sanders 和 Gyakum 提出来的,他们在当年的《每月天气评论》(Monthly Weather Review)上首次提出了气旋的标准,即中纬度地区气旋系统中心气压在24小时降低24 hPa 。当然,并不是每个研究者都认为这是个好词汇,欧洲有几位科学家就认为美国人总是爱用这些惊悚词汇,弄得一个天气系统像是有战争似的,发明这个词的 Fred Sanders 教授怼了回去:你们不是也在用 Front 这个词么?(front 在气象中指锋面,其还有“前线” 的含义)
在天气云图上,气旋的螺旋状云带空间尺度一般在数千公里,与飓风的空间尺度不相上下,甚至还要更大一些,因此当这样的系统发展起来,蔓延数千公里,往往能够影响像美国这样的大国甚至一半的国土和超过一半的人口。
与气旋相对应的天气现象为狂风、严寒和暴风雪,进一步引起海水倒灌、树木房屋倒塌、停水停电、航班延误,整个地区完全陷入灾害应对和灾后重建模式。
2018年1月4-5日,一个气旋袭击东海岸地区。这次袭击美国东北部的气旋,它在21个小时内气压降低了53 hPa, 这一气压降低速度创美国近年之最,中心气压降低到951 hPa,这一数值已经堪比飓风。比如2017年重创美国的四级飓风哈维中心最低气压达到937 hPa,2017年重创我国东南部的强台风天鸽最低气压达到了945 hPa。
事实上除了气压低到飓风级别,其风速也达到飓风等级,比如气旋影响严重的美国罗得岛和州最高风速达每小时134公里,弗吉尼亚州最高风速为每小时125公里,这么强的风速已经达到了美国一级飓风的等级,也超过了东亚沿岸的台风标准。
根据通用的辛普森飓风等级,最大风速为119~153公里/小时为一级飓风,风速154~177公里/小时为二级飓风,按照西太平洋台风等级表,风速118~149公里/小时为台风,风速150~183公里/小时为强台风。
中纬度地区强烈的温度对比(温度梯度),气旋南面和东面为来自低纬度的强暖湿气团,而气旋北部和西部为来自高纬度和极区的强冷空气,这种温度对比越强,发展起来的气旋系统越强烈。
尽管“气旋”强度与来自热带的飓风系统可比,“气旋”和飓风系统还是在动力学过程和形成机理上截然可分,飓风是热带现象,而气旋是中高纬度现象。中纬度气旋系统发展主要是源自中纬度的强烈的温度对比(温度梯度,斜压性),而飓风和台风靠的是热带海洋水汽潜热对台风源源不断的能量补充(CISK机制),飓风往北移动登陆后迅速减弱,而气旋一般入海后还会迅速增强。
尽管气象学家努力想在中区分飓风和冬季气旋这两个概念, 但是和还是习惯将二者相比较。
比较起来气旋要比飓风难熬一点,飓风多发生在热带和夏-秋季节,而气旋专挑冬季最冷时刻,伴随有暴风雪和严寒天气,美国东北部的缅因州 、纽约州、密歇根州等地出现有记录以来的最低气温,新罕布什尔州的地区其气温将可能低至零下35度(美国人人穿不穿秋裤棉毛裤?)。
与此同时,多地降下暴雪,美国东北部新英格兰地区,州的波士顿、罗得岛州的普罗维登斯降雪普遍超过20厘米,缅因州的波特兰最大降雪达到38厘米,连美国最南端的佛罗里达州也出现了罕见降雪。1月4日,纽约降下2018年首场暴雪(30厘米),纽约州州长安德鲁-科莫宣布该州多地进入紧急状态,纽约市所有公立学校因为天气原因停课,州、乔治亚州、北卡罗来纳州的部分地区进入州紧急状态,波士顿的公立学校当天也全部停课。
暴风雪造成乔治亚州超过1.24万户居民停电,佛罗里达州和南卡罗来纳州分别有1.02万户和2700户居民面临电力中断。民航一片混乱,纽约市的肯尼迪国际机场、拉瓜迪亚机场共有891个航班被取消。美国国家铁客运公司调整了纽约市至波士顿的列车运行安排。纽约市内的地铁、通勤铁及公交车均出现不同程度的延迟。
气旋不光在美国出现,在全球的中高纬度地区都有可能出现,主要集中在大洋上,这与气旋自西向东移动,出海后摩擦减少,在补充了大量水汽后迅速增强有关。
平均而言,在北半球每年会出现大概45个这样的强气旋,而南半球会出现大概26个。因为气旋主要是出海后或者在沿岸增强,所以气旋主要影响大洋的沿海国家,比如,西欧,日本等地。
日本把 bomb cyclone 翻译为“爆弹低气压”,每年大概会有20个这样的“爆弹低气压”影响日本,例如2014年12月29日发展起来的低压中心最低达到949.8 hPa,这一强度达到了大多数强台风的等级,当年笔者前脚刚离开日本,后面“气旋”拍马杀到,日本南部地区暴雨如注,北部地区暴雪封山,从新闻上看到凄惨情形,刚好避开实在庆幸。
因为大多数的“气旋”主要发生在海上,因此其影响有限,有些“气旋”在海上发生-发展-,除了业内人士以外,都不会引起和人们的注意。
然而今年的“气旋”出现在美国的东海岸地区,其影响就非常恐怖了,对于习惯于温暖的美国人而言,这绝对是一段惊魂的经历。
现实的剧情总是比编剧写的故事还诡异,当气旋结束之后,美国东海岸地区温度骤然升高,2018年2月21日,纽约市当日最高气温达25.6摄氏度,并在多个观测点创下2月气温历史新高,严寒忽然像是成了遥远的记忆(刚从淘宝买的秋裤棉毛裤就没用了)。
美国的纽约市区人们吊带短袖出场,趴在长凳上阅读,一幅春天景象,而波士顿当天温度也超过22度,海边已经有人穿着短袖骑车运动享受春天阳光了,而正常情况到了3月下旬(3月27日)才会升高到这一温度,在波士顿150年的历史气候记录里,2月份可从来没有这么高温过。
2月21日,纽约市当日最高气温达25.6摄氏度,哈德逊河旁边的 Greenway ,人们吊带衬衫出场,趴在边读书看报,一副春末夏初景象。Photo by Drew Angerer/Getty Images,
2月21日波士顿海边,美国东部多个城市温度创历史记录,俨然夏日时光。图片来源:Drew Angerer/Getty Images,
2月21日,美国东部多个城市高温, 创历史记录,纽约中央公园温度78华氏度(25.6摄氏度),特区温度82华氏度(27.8摄氏度),这还是冬季的2月份么?
然而好事不长久,进入三月后第二个“气旋”袭来,美国东部的麻省、纽约等地区再次宣布进入州紧急状态,发布狂风预警信号和暴风雪预警信号。,麻省,新罕布什尔州、纽约州、特区、罗得岛州、佛蒙特州、特拉华州、马里、州等重新进入应战状态。全美超过1.2万个航班延误,纽约拉瓜迪亚、纽华克、肯尼迪机场、波士顿洛根机场、特区机场将近5000个航班取消,气旋使得8000万人受灾,70万人被停电,暴风雪来临之前几乎所有超市都被抢购一空......
3月7日,本文作者做客新闻,与主持人聊“气旋”,感兴趣请移步文末“阅读原文”,领略下本文作者颓废版霍金的风采。
科学有温度,一个专注于天气、气候、与灾害等的号,由中科院大气所魏科副研究员等几位年轻科学家创立,以通俗的语言分享本领域内最新的科研,致力于探究我国自然秉性下深刻的民族秉性、文化传统和内涵。
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