文字：小凱

校稿：通麥 / 編輯：板栗

2024年的第一場雪已經來了，南方的朋友們或許不用去爾濱看雪，你們的專屬冰雪體驗卡已經在路上了！

一條從西南向東北伸展的雨雪高速公路已經形成，沿途的云南、貴州、湖北、安徽都出現了強降雨，重慶出現了濃霧，河南、山東、河北等地出現了降雪，山東南部的雪勢還非常大。

未來幾天，隨著冷空氣的南侵，雨雪分界線甚至能抵達南嶺，連華南北部都機會體驗天然冰雪。

眾所周知，強降雪除了冷空氣要足夠強，還要有足夠的水汽，這條從云南到河北的雨雪高速公路，實際上是一條輸送水汽的高速公路。

孟加拉灣、中南半島的大量暖濕氣流匯聚成一條看不見的河，一路向西北行進，沿途遇到冷空氣，不斷被抬升，凝結成雨雪。這種現象叫做“大氣河”。

空中懸河

“大氣河”是上世紀末才出現的新概念，1994年，華裔科學家朱勇和合作者紐威爾首次在論文中提出了“大氣河”——Atmospheric Rivers。當時，他們發現大氣中有一種窄而長的帶狀結構，其輸送水分的能力相當于全球徑流量第一的亞馬孫河。

大氣河在尺度上往往是巨大的

有時大氣河流所攜帶的水量可以是普通地表河流的數倍

（連接亞洲和北美的一條大氣河 圖：NASA）▼

大氣河與美國西海岸的突發暴雨有著奇特的關系，每年冬天，夏威夷群島和西海岸之間常常出現一條水汽通道，太平洋上的大量水蒸氣被輸送到落基山脈，并在西海岸引發暴雨。這一現象看起來確實與“天氣預報”的技能頗為相似。

美國西部最強的大氣河

通常能造成數億美元的損失

（2021年10月襲擊加利福尼亞州的大氣河 圖：NOAA）▼

由于夏威夷盛產菠蘿，這條大氣河又被稱為“菠蘿快車”——Pineapple Express，菠蘿快車集中在每年1、2月發車，根據NOAA的估計，西海岸年降水量的30-50%都發生在少數幾次菠蘿快車事件中。

從夏威夷北部到華盛頓的“菠蘿快車”▼

但如果車速過快，一不小心就會變成暴雨+洪澇，有時甚至能深入內陸，2014年12月洪澇就造成加州大面積斷電，前年6月，深居內陸的黃石公園，因為一次大氣河引發的洪水被迫關閉。

西海岸各州的美國居民和大氣河已經是“老相識”了

（一場強風暴給舊金山灣地區帶來了超強的大氣河）

（2021年10月24日拍攝的衛星圖像 圖：NASA）▼

“大氣河”不光美國有，在太平洋對岸的中國也很常見。這是一張拍攝于2020年7月5日的地球快照，一條寬闊的云帶橫貫中國中東部，并一直延伸到日本東海岸。

葵花8號衛星云圖，2020年7月5日12時▼

此時正值梅雨季節，通常雨量一般不會特別大，但2020年是個例外，在7月5日前后一周內，長江中下游降水量顯著提高，超過210mm，而往年整個梅雨期的降水也就280mm左右。所以，這次梅雨又被稱為“超級暴力梅”。

2020年的梅雨期降雨量為1961年以來歷史最多

降水時間與2015年并列為1961年以來歷史最長▼

為了搞清楚“暴力梅”背后的原因，氣象學家借助衛星，從高空觀察整個東亞，發現在梅雨鋒的位置上，大量水汽聚集成帶，一條長6265公里、寬670公里、深4公里的“空中懸河”浮現在眼前。

這條“空中懸河”于7月5日當天在長江中下游上空的水汽輸送量十分驚人，相當于長江在當地夏季徑流量的十倍。

水汽在高空匯聚成了一條“河流”

(2020年7月5日11時, 700 hPa)▼

大氣河雖以“河流”為名，但它畢竟在天上，和地表河流完全不是一個套路。

大氣河是從熱帶延伸到高緯度地區富含水汽的走廊

它們可以在短時間內產生大雨和降雪

（圖：NOAA）▼

首先，大氣河輸送的不是液態水而是氣態水，也就是水蒸氣，所以相同的水量，密度很低，體積龐大，寬度動輒幾百公里。

其次，地表河流的路徑是由地形規制的，河流和地形相互塑造是一個漫長的過程，而天上的大氣河可以說是恣肆橫流、難以捉摸、聚則成雨、散則無形，一條大氣河路徑從發生到消亡只有幾天到十幾天，其位置和路徑隨風場不斷移動和變化，換而言之，大氣河是一種短暫且突然的大規模水汽輸送。

與地表真正的河流不同，大氣河是在隨時移動的

它并不會在一個地方停留太久

（2014年12月太平洋和美國西南部出現的一條大氣河）

（圖：NASA）▼

強大的降水輸出buff

近年來，氣象學家已經意識到大氣河與降水之間有著緊密聯系。以2020年江淮梅雨為例，與大氣河相關的降水占到總降水的50-80%，同時，伴隨大氣河的降雨強度是沒有大氣河時候的6-12倍。

除了梅雨，很多突發暴雨背后都有大氣河的蹤跡。有研究人員稱，去年7月兩場造成重大損失的暴雨：京津冀7·12和河南7·20，發生時都有強盛的大氣河在高空向雨區源源不斷輸送水汽。

臺風煙花與鄭州之間事實上形成了一條水汽走廊

將大量水汽輸送到鄭州上空▼

2016年7月20日，北京降下特大暴雨時，西伸的副熱帶高壓和青藏高原之間有一條強盛的東北向的大氣河，大量水汽沿著這條路徑北上，促成了這次特大暴雨。

東海龍王表示他只是出來遛個彎

沒想到搞出這么大動靜

(2016年7月20日11時, 700 hPa)▼

對歷史資料的統計研究發現，在夏季，東部地區全部降水中有10-20%與大氣河有關，如果換成與極端降水的相關性，這個比例高達30-60%。

這說明在常規的降水之外，突然出現的大氣河類似一種輸出型buff，buff加在哪里，哪里的降水就變成強降水，這既是暴雨和洪澇的原因，也是降水量的重要補充，所以大氣河的時空間分布就非常重要，甚至可以在幾十年的時間尺度上深刻參與氣候變化，比如著名的“南澇北旱”。

從上個世紀下半葉至今，大體上我國華南降水增多、華北降水減少，這種南北同步變化便是“南澇北旱”。最近的研究表明，這一長期變化背后就有“大氣河”的身影。

(紅(藍)點表示在0.05水平上具有顯著正(負)趨勢的網格)

(圖：Qiang Wang, Long Yang)▼

過去70年來，長江以南每年發生的大氣河越來越多，華北地區卻越來越少。其“南增北減”與“南澇北旱”的降水量變化趨勢一致。進一步的研究表明，大氣河對降水量的年變化有顯著貢獻，在降水更依賴暴雨的北方，這一貢獻高達49%，南方相對較少，在10-30%之間。

東亞大氣河年頻率變化趨勢對年降水變化趨勢的貢獻率

（圖：Qiang Wang, Long Yang）▼

大氣河的發生機制

從全球范圍來看，大氣河很可能是溫帶氣旋的某種伴生物。溫帶氣旋是一種出現在中高緯度的低壓天氣系統，氣象學家一般根據溫帶氣旋的位置和路徑給常出現的氣旋命名，比如蒙古氣旋、東北氣旋、黃淮氣旋、江淮氣旋。

溫帶氣旋常導致風雨天氣，有時伴有暴雨或強對流天氣

往往是洪澇災害發生的“元兇”

（2016年7月導致北京等地發生特大暴雨的黃淮氣旋）▼

這些氣旋主要由三股氣流構成：靠南的暖輸送帶，靠北的冷輸送帶、以及被卷入其中的干燥氣流。

氣旋中的三股氣流▼

這三股氣流螺旋交匯，經常形成“逗點云系”，在衛星云圖上非常壯觀。“逗點云系”席卷干冷和暖濕空氣，兩種空氣是維持氣旋的主要耗材，冷暖交匯處溫度變化劇烈并形成鋒面，暖濕氣流的一側被云覆蓋并形成降雨。

“逗點云系”▼

（2014年英國上空的溫帶氣旋 圖：NASA）▼

大氣河就形成于溫帶氣旋的暖輸送帶中。類似一個熱抽風機，把大量水汽耗材源源不斷地向氣旋里送，內部劇烈的上升運動把水汽帶到高空，水汽凝結為水滴，氣態變液態，在這一凝結過程中釋放的熱能，又為氣旋發展提供動力。

大氣河流實際上是由一系列

處于不同生命周期的溫帶氣旋組成

（圖：NASA）▼

除了氣旋本身，東亞大氣河的位置還受到副熱帶高壓的影響。

中國夏季的主雨帶常常落在副高北側，最重要的原因就是順時針的高壓中心把南方的海上水汽帶到了北側，如果此時在陸地上還有一個溫帶氣旋，逆時針的氣旋+順時針的副高，夾在兩者之間的水汽輸送就會格外強烈，暴雨將至。

前面提到的2016年夏天北京特大暴雨就是這種情況，在強烈的黃淮氣旋和副高的雙buff加持下，一條強烈的大氣河直達燕山腳下，遇到陡峭的地形后高強度降雨。

這倆強強聯手，堪稱無情的抽水機

將來自海洋表面的水汽一股腦傾瀉在華北地區▼

“大氣河”這一概念的提出，有利于更好地理解和應對那些突發的極端降水，進而拯救更多的生命。

如今通過衛星和數值模型，人類能清楚看出這顆藍色星球的另一層面貌。以前我們很難想象，五千公里外的熱帶海水可以在幾天內變為你窗外的暴雨，而正是這一條條蜿蜒曲折的巨龍，每時每刻都在重新分配著地球上的水熱資源。

弄清楚盤旋在高空的“巨龍”的脾氣

日后才能更好地與之相處

(源于東南亞的大氣河穿過北太平洋在阿拉斯加東南部登陸)

(圖：Ruping Mo）▼

參考資料：

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國家氣候中心：https://mp.weixin.qq.com/s/9-57kR3fE6uCxPUlCra25g?scene=25#wechat_redirect

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*本文內容為作者提供，不代表地球知識局立場

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