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全球的風可解釋破紀錄的降雨、龍捲風

only-perception
・2011/12/30 ・1397字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 551 ・八年級

本週在一場科學研討會中有二場演講將提出 2010 年五月發生在西田納西州的一場巨大洪水以及在 2011 年四月以阿拉巴馬州為中心的歷史性龍捲風爆發的共同根源。

這二起事件似乎都可以連結到極區與亞熱帶噴射氣流(jet streams)之間相對罕見的耦合,Wisconsin-Madison大學大氣與海洋科學教授的Jonathan Martin 表示,

但吸引人的部份是,變化源自於西太平洋,離美國中部地區的強烈風暴約 9,000 英里遠,Martin 表示。

導致暴風雨之機制的起源是:在春、秋季期間,有組織的熱帶雷雨複合體(complexes of tropical thunderstorms)越過印尼將亞熱帶噴射氣流往北推,導致它與極區噴射氣流融合。

亞熱帶噴射氣流是一種高海拔風帶(band of wind),那通常位於北緯 30 度附近。極區噴射氣流通常離北極約數百英里遠。

Martin 把這種融合的風帶稱為「超級噴流(superjet)」。

北半球的噴射氣流由西以每小時約 140 英里的速度往東吹,且被環狀旋風(circular whirlwind)所包圍,看起來有點往它那邊推進的龍捲風。在噴射氣流底部(南邊)循環的風(circulating wind)由南往北吹。在北端,循環風變成垂直的,舉升並使空氣冷卻直到水蒸氣凝結並為降水加油添醋。

超級噴流及其循環風所攜帶的能量約為典型噴射氣流的二倍,Martin 說。”當這些平常分離的噴射氣流重疊時,通常會出現非常強烈的垂直環流,在正確條件下,那會產生雲、降水與龍捲風。”

而且因為超級噴流中的循環風橫掃美國南方,從墨西哥灣汲取水汽,”超級噴流帶來雙重災難 — 更多水汽以及更多舉升,造就了強降雨。”

這就是 2010 年五月所遇到的狀況,那時 Nashville 出現 10 到 20 英寸的降雨量。

Andrew Winters,現在是 Martin 門下的畢業生,在 2010 年的大學專題論文主題是田納西州洪災。”那有許多引人關注的面向:將異常大量的水汽帶入東南方,以及那場滂沱大雨,” Winters 表示。

而這個超強噴射氣流 “可追溯其在西太平洋的狀況,那幾乎是在一週之前,” Winters 表示。

12 月 6、7 二日,Martin 與 Winters 將在舊金山舉行的 American Geophysical Union 年會的演講中描述他們的研究。

針對田納西州洪災、阿拉巴馬州龍捲風以及在威斯康辛州出現的一場奇怪十月風暴的研究證明,”當亞熱帶噴流在西太平洋強烈雷雨的影響下朝極區推進時,那似乎導致美國中部出現這些強烈風暴,” Martin 表示。”那真的是一種迷人的全球性連結,那發生在七到十日之後。”

Martin 亦指出,亞熱帶噴射氣流改變過的位置或能連結到全球暖化。

“這裡有理由相信,在變暖的氣候中,這種噴射氣流的交疊或許會導致高衝擊天氣(high-impact weather)變得更加常見,” Martin 表示。

這個想法可以被檢測,Martin 補充。

“歷史性天氣資料應能告訴我們這些交疊事件的頻率是否有所變化,以及是否可以連結到高衝擊天氣事件的改變。那是一種有趣的線索,能幫助我們理解某種可能的機制。變暖的氣候會因而導致劇烈天氣的增加,” 他說。

當颶風橫渡大西洋時,雖然在一週或更早之前就能被追蹤,不過天氣現象卻很少持續這麼久,Martin 表示。”如果亞熱帶噴流經過重新排列且疊加在極區噴流上,也許就是此機制允許這麼長的延遲,使擾動能對於下游數千英里外的劇烈天氣產生明顯的效應,而且是在一週或更久之後。”

Martin 表示,如果這項新分析在更進一步的研究中倖存下來,那將會對劇烈天氣預測有所貢獻。不過,今年四月致命的龍捲風爆發在東南方現身前一、二天,就已有劇烈天氣變化的預測,”絕大部份的龍捲風預測都會領先 12 小時,至多達 24 小時。” 那能夠拯救生命。但如果我們要能提早五到六日,我們應當觀察噴射氣流的位置,我們可以說:”嘿,我們將出現相當刺激的一週,我們得要維持高度警戒。”

資料來源:PHYSORG:Global winds could explain record rains, tornadoes[December 5, 2011]

轉載自only-perception

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妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D

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天氣學家看《天氣之子》:雨災不只是淹水,是極端氣候下的慢性死亡
Y.-S. Lu
・2022/03/29 ・4824字 ・閱讀時間約 10 分鐘

新海誠,對大家來說是這五年高品質動畫電影的代表,不管是《你的名字》、《天氣之子》,都讓大家耳熟能詳,而其中的災害主題則扣住了他的愛情主題,不論隕石來時的避難,或是氣候異常的降雨,都是非常值得討論的主題。

筆者做為大氣科學從業人員,本篇文章,想要從《天氣之子》來討論極端氣候,因為極端氣候不僅是聯合國《永續發展目標 (Sustainable Development Goals)》的主要議題,也在近年來深深地影響人們生活。

天氣之子的氣候狀況

這次新海誠用了一個很大膽的主題,也就是主角再也不是為了地球飛去宇宙深處作戰的女高中生(《星之聲》),也不是挽救過去將被隕石毀滅的村子的男高中生(《你的名字》),而是在犯罪邊緣的少年少女,而他們並未為了日本跟地球,而犧牲自己成為人柱。

從某個角度來說,人都有年輕不懂事過,為了愛犧牲理性也非意想不到,但是主角在「拯救世界」與「拯救戀人」之間,選擇戀人而放棄世界,也算是少有的故事情節,因此開映之後,的確造成了一些話題性。

不過,筆者比較有興趣的,是其中的降雨情節。日本降雨從 2021 年持續到 2024 年,的確是不可能的,除了要有足夠的水氣,以及足夠的對流將氣團推往較冷的高空外,還須要足夠的氣溶膠來形成足夠大的水滴,才有機會造成降雨。

如果電影中的「神」希望靠物理作用,讓日本持續下雨三年,那我想這不會是對流造成的雨:因為在連續降雨而缺乏晴天的日本,潛熱(單純的水蒸發與植物的發散作用)與顯熱(因為地表與空氣溫差造成的熱量傳播)都將成歷史。在夏天時,缺乏地面形成低氣壓的情況下,也無法產生梅雨所需要的對流作用。

所以最有可能的,就是在太平洋上,生成一個熱帶性低氣壓造成的風暴,但又因為氣壓帶的影響,讓此風暴持續盤旋在日本外海,替日本帶來大量的水氣。

要造成三年的連續降雨,最可能的情況就是在太平洋上,生成一個熱帶性低氣壓造成的風暴。圖/envato elements

這樣的風暴若持續一整年不停歇,即使粗估每小時不到 2mm 的降雨量,一年下來也會帶給日本超過 10000mm 的降雨。日本年均降雨約在 1500mm 到 1800mm 左右,此風暴將造成四到五倍的年降雨量,這可能會對日本造成破壞力僅次於《日本沉沒》的最大自然災害。也就是說,光是一直下雨,的確有可能淹沒整個日本的都會區。實際上,2021 年的夏天,德國西部與比利時東部大小城鎮,就在低氣壓氣旋 Bernd[1] 帶來的豪雨下,受到了重大的打擊。

但可惜的是新海誠對於日本淹沒這個概念有點誇大,在影片結尾,日本的「彩虹大橋」被淹沒,彩虹大橋塔高 126 公尺[2],動畫中大約被淹沒超過一半,這邊就先估僅 63 公尺高。

這應該是天氣之子的Bug,因為要淹到 63 公尺的高度,唯一合理的解釋只有全球氣候異常,造成冰河融解。在《自然》科學期刊中,Gregory & Oerlemans (1998) 估算在全球暖化的影響下,考量到冰河區的融化量,海平面到 2100 年將會上升「數公尺」;而美國地理調查所( USGS) 在網頁簡略提到,如果全球冰層溶解,大約會是 76 公尺高[3]

也就是說,在《天氣之子》中,全球極度暖化,導致海平面上升 63 公尺,這已經是勘比《2012》的世紀災難了。

另外一點,兩年半中經歷氣候變化(真的如主角講的:「我們改變了世界」)後的日本,在海平面上升 63 公尺的情況下,造成將近有 17.41% 的國土面積喪失,而情況最嚴重的則在大東京都地區。

左:災前日本。右:災後日本淹水地區。圖/
Y.-S. Lu. Data Source: Derived from GTOPO-30 tiles, https://lta.cr.usgs.gov/GTOPO30 by CC 4.0

豪雨造成的問題

豪雨可以說是地球上最容易觸發災難的關鍵氣象要素。相較於需要板塊交界的地震、需要大氣運動才能造成的颱風/颶風,以及只有高緯度地區才有的雪災,任何地方只要「會下雨」,就有可能豪雨成災。對土木界而言,水一直是問題也是重點防治對象之一。

所以,撇除不合理的海平面上升之外,這邊還可以再淺談一些《天氣之子》中可能會出現的豪雨災害。

在豪雨的侵害下,日本平地的地下水位應該會保持在地面,而山區的地下水水位也可能會偏高,土壤含水量偏高後,不僅會造成土壤重量上升,亦導致側向土壓上升,再加上日本與台灣一樣,是造山運動強烈的地方,所以坡沙土堆積淺,土石流、泥石流的情況將會十分強烈。

在日本持續降水期間,山區會有許多因為崩坍造成的堰塞湖,山區居民應全數徹離以保全生命安全。

山區道路除了會因為坍方造成道路中斷,高水位也會超過道路上擋土牆的設計。擋土牆原本就是根據地區水位做估算與設計,但是在連年降雨下,水位高度將超過一般設計的強度,所以道路上的擋土牆也會有坍塌的危險。

豪雨侵襲將帶來嚴重土石流、泥沙淤積與堰塞湖。圖/台灣農委會林務局網頁

而岩層區也會因為岩隙間的水壓上升、破壞岩體,導致挖穿山間的隧道開始因為水壓,而坍塌阻塞。

由於山區的降水無法被土壤吸收保留,所以大多數的水將會匯流到平地,平地的淹水狀況將比往常更嚴重,都市內的排洪系統將完全失效;而河道的防洪牆雖然阻擋了河道暴漲,但都市內的淹水也將難以排除。

都市中的高樓雖然提供了居民可用的居住環境,但是因為大多數的高樓機房都設在地下層,所以樓房機能將損失殆盡,除了電梯無法使用,污水與糞水也將漂滿都市內部,好在連年下雨,所以這些污水早已成為龐大水體的分子,所以也不是真的很「污染」(但感性上不能接受),另外從山區湧入的人口,可能會因為人口擁擠,造成更大的社會與治安問題。

除此之外,伴隨降雨而來的,還有厚重的雲層。雲層阻擋了陽光,也阻擋了植物進行光合作用,可想而知,日本的農業也會隨之被破壞,菌類養植可以繼續,也就是日本在沒有被核戰爭攻擊的情況下,卻可能必須過著有如《地鐵 (Metro2033)》的生活。

同時,在缺乏陽光的基礎下,人類無法自然產生維他命 D,兒童也將因此生長不良,更惶論因為長期陰天導至人們憂鬱症比例上升。

連日下雨缺乏陽光,容易導致人們憂鬱。圖/envato elements

在豪雨不斷的氣候異常下,原本就存在的極端天氣狀況只會更甚,日本連年降雨,就有可能是某處連年乾旱。在動畫中,日本的異常降雨,代表人類的世界可能只是將更快速地步向滅亡。畢竟現今為了減低溫室效應造成的危機,各國正在提出方法來淨零,但《天氣之子》一口氣就造成了更嚴重的氣候影響。

總而言之,《天氣之子》與其說是放棄日本拯救少女,其實更有可能是放棄全世界整救少女。

當德國遇上「天氣之子」

近年最大的洪災,便發生在 2021 年,從美洲到歐亞洲,各國都遭遇到了前所未見的洪災。

2021 年,當德國還正因為 COVID-19 感染人數下降,逐步微解封之時,七月發生的大水災,造成了人命與財物[4]的重大損失。除了高達 70 億歐元的保險賠償外,德國西部的 Ahweiler、Erftstadt、Hagen 等城鎮被淹沒、房屋被沖毀,許多河道旁的居民,也在雨災過後丟出許多被洪水泡毀的家具電器,損失慘重。

雖然部份民眾將炮火轉向預警系統的失敗[5],但預警系統並非毫無作用。在德國可以裝 NINA app 做為推播使用,某些城市也會有警報廣播系統,但即便已發出手機 app 的警報,以及俗稱 Siren 的警報,民眾不一定會意識到災難的到來並進行疏散,也有民眾忽略警報選擇不避災,甚至有民眾說從未能想像德國發生「有如第三世界」的洪災,但事實上,德國大河(如萊茵河、易北河)在近 10 年內,就有過類似洪災的紀錄。

德國7月洪災淹沒了城鎮。圖/德國之聲 新聞截圖

2016 年時,德國酒鄉之一的阿爾魏勒(Ahweiler),其周邊的阿爾河(Ahr)就氾濫過一次,當年低氣壓帶來連日的綿綿大雨,造成了小部份地區被水淹沒;但是當 2021 年的洪災再次來臨,居民還是覺得很震驚,可見該地區的居民對洪災是缺乏想像的。

2021 年的這場洪災,德國城鎮的管理層級並非沒有作為,筆者居住的小鎮,在洪峰來臨前十二小時就已封閉橋樑,許多志工開始投入疏散河提居民的工作,將居民安置在大賣場,且有志工開車接送。然而,在河水暴漲的岸邊,不僅有路人無視路障通過,有更多人在岸邊拍照,紀錄淹水狀況。受災區域亦同。

但是話說回來,居民與當地警消的這種反應可能也是非戰之罪,因為許多的測站都遭遇到破紀錄的水位高,如阿爾魏勒的測站阿爾特納爾(Altenahr)在資料中寫下了「最高紀錄」[6],但是因為測站毀損,沒有具體數字;有學者則提出,這是 200 年洪災的規模。但是防災等級的提升,也意謂著公共工程經費的支出。如何在兩者間取得共識,一直是防災工程的大哉問。

德國的氣象預警也並非無作為,但並不是所有的預告都能說服人,歐洲中期天氣預報中心 (ECMWF) 的叢集預策系統 (Ensemble Prediction System)利用了氣象模擬中的不確定性,以多重運行結果進行機率預測,來替代傳統的單一運行的單一結果。然而,即便用上機率預測方法,也只能在極端的機率 (第 99 percentile) 下預測到德國西部會有 122mm/day 的最大降雨,而德國氣象中心 (DWD) 的在當日所量測到的是 144mm/day 最大降雨。

嚴格說來 ,即便使用了叢集系統亦無法補捉到雨量的最大值,實屬可惜。所以氣象預報並非完全有效,加上只有 1% 的機率可以達到四分之一的年均雨量,這個機率很難說服一般人馬上進行避險。

ECMWF與DWD雨量比較。圖/Luis Samaniego @twitter

這樣一次性的暴雨時期,德國遭受了超過七十億歐元的保險賠償,並有將近 200 人死亡,可見當災難超過預測時,人類的應對是遠遠不足的。同時,德國因為二戰時期與冷戰的陰影,對政府集權相當的反感,也間接導致無法使用如台灣的細胞簡訊的方法,來廣範地疏導民眾。如何增強防民眾對災難的因應意識,有可能將也是德國接下來的課題了。

在極端氣候之下,要更有防災意識

天氣之子因為對治安黑暗面的描寫,以及主角的選擇,造成了不少的爭議,也造成觀影程度與《你的名字》有所相差,雖然對筆者而言,其氣象的狀況算是超現實,且對社會重建的描寫不夠深入,但是在氣候變遷下,人們必須思考並建立對防災的概念與意識,在降雨強度變強、極端溫度更高的情況下,災難是有可能會更嚴重的。

台灣的讀者可以多參考水土保持局的相關防災宣導與資料,建立與更新相關知識,更重要的,應該是隨時有防災意識,才能保護自己,以及保護別人。

參考資料

Y.-S. Lu
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自從來到學界後,便展開了一段從土木人到氣象人的水文之旅。主要專業是地球系統數值模擬,地下水與地表模式的耦合系統,以及大氣氣象模擬。目前是于利希研究中心(Forschungszentrum Jülich GmbH)超級電腦中心的博士後研究員。

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耳朵太差聽不見求偶蛙鳴?南瓜蟾蜍用愛發光找伴侶
彥寧
・2019/07/25 ・2353字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 466 ・五年級

有時經過河邊或是水溝,仔細靜下來,就能聽見一陣一陣的蛙鳴聲。可是,你知道有些青蛙,是無法用蛙鳴進行溝通的嗎?

通體橘黃,南瓜一樣的小青蛙

世界上的蛙類百百種,有不斷想要侵略藍星的、也有每天都一直跑出門旅行的,不過,我們今天的主角是——鞍背短頭蟾 (Brachycephalus ephippium)。

牠就是本文的主角,鞍背短頭蟾 (Brachycephalus ephippium)。 圖/EurekAlert!

鞍背短頭蟾分布在巴西東南部的山地沿海森林,是一種小型青蛙,具體一點來說,牠真的超級小,成體只有 12.5 到 19.7 毫米,跟我們的手指甲差不多大而已。

而牠的俗名則是「Pumpkin toadlets」(直翻就是南瓜蟾蜍),顧名思義,牠的體色跟南瓜一樣,全身都是橘黃的喔!而且虹膜也是黑色的,看起來就像裝了一對假的圓滾滾黑色大眼睛,很可愛的樣子。

大家都知道狐狸怎麼叫,那青蛙呢?

大部分的蛙類高度仰賴聲音來進行溝通,有些蛙類在不同的狀況下,還會發出不一樣的叫聲。比如說,當雄蛙或其他種蛙類嘗試找對象進行假交配,卻不小心抱錯蛙時,被抱錯的蛙會發出釋放叫聲 (Release call),而當牠們被敵人抓住時,則會緊急發出求救叫聲 (Distress call)。順帶一提,去網路上搜尋「screaming frog」就能找到大量的青蛙求救叫聲影片合輯,一開始看覺得滿好笑的,不過後來知道那是求救叫聲後,就越看越難過了。

當被敵人抓住時,也些青蛙會發出求救叫聲。那關於這隻青蛙克明, 泛科學也有做過詳細的介紹喔! 圖/uludagsozlukgaleri

不過今天主要要說的是求偶叫聲 (mating call)。有些青蛙在求偶時會發出特定頻率的叫聲,且蛙類能聽到的聲音頻率範圍很窄,對同種類叫聲頻率特別敏感,尤其雌性常利用叫聲來確定雄性的位置,並選擇適當的交配對象。

那青蛙是怎麼聽到聲音的呢?鼓膜就像是蛙類的耳朵,而鼓膜內面連著耳柱骨 (columella),耳柱骨是兩爬類與鳥類的聽小骨,能將聲音傳入內耳的感覺細胞,再刺激大腦產生聽覺。

聽不見彼此,蟾蜍的愛情也可以很安靜

令人震驚的是,根據一篇 2017 年的解剖結果顯示,鞍背短頭蟾和另一種同一屬的青蛙並沒有中耳骨可以將聲波傳進內耳。所以其實鞍背短頭蟾對同種之間的求偶叫聲非常不靈敏,甚至接近聽不見!

這就奇怪了,既然聽不見,那為甚麼南瓜蟾蜍還要白做工,繼續發出求偶叫聲呢?

聽不見彼此聲音的鞍背短頭蟾,只好轉而仰賴視覺來溝通了。因此,研究團隊推斷,發出求偶叫聲這個行為,之所以沒有隨著演化消失的原因,可能是由於發出叫聲時,蟾蜍的鳴囊也會跟著震動,異性就可以藉由看見鳴囊的震動來判斷「噢!原來牠正在求偶。」

另一方面,南瓜蟾蜍求偶的季節正是沿海森林的雨季!這下子,牠們真的只能聽見下雨的聲音,還用唇語(鳴囊語?)說愛情了呢XD

在雨季期間求偶的南瓜蟾蜍真的只能聽見下雨的聲音,還用唇語說愛情,幸福也可以很安靜。 圖/Darius Krause@Pexels

你可能會想,在一整座下雨的森林中,單單只靠鳴囊震動,是絕對不夠讓南瓜蟾蜍在茫茫落葉海中,找到彼此的身影的!許多科學家及生物學家在發現牠們聽不見彼此的求偶叫聲後,也是這樣想的:「究竟他們是靠甚麼來溝通的呢?」

直到研究團隊用紫外線照了鞍背短頭蟾,一切的謎終於被解開了:發光的骨頭

深埋在骨頭裡的光芒

骨頭、發光……聽起來好像是有那麼一點,中二?

不過這可是大發現!研究團隊發現,鞍背短頭蟾的頭部、背部、關節處、手指和腳趾在紫外線的照射下,都發出了螢光!大部分生物發光的原因都是由於化學變化,不過,南瓜蟾蜍骨頭發光的原理可不一樣,是因為骨頭的分子能將光反射,且反射光的波長更長。

同時,鞍背短頭蟾的皮膚也非常非常薄,成體的皮膚厚度大約只有 7 微米而已!如此薄的皮膚,才能讓骨頭的螢光順利透出來。

鞍背短頭蟾的頭部、背部、關節處、手指和腳趾在紫外線的照射下,都發出了螢光。 圖/The National

至於另一種我們常常想到的「發光生物」──螢火蟲,牠們的發光原理,就是典型的化學反應喔!螢火蟲的發光原理和發光蕈類大同小異,泛科學也有介紹過喔!

發光的骨頭除了能求偶,還能做什麼啊?

關於鞍背短頭蟾的發光現象,還有一點很有趣,那就是年紀比較小的蛙發出來的螢光是偏藍色的,隨著年齡增長與皮膚增厚,螢光會漸漸變黃。研究團隊推斷,發出不同顏色螢光的原因,可能就是骨頭的膠原蛋白含量不同。(作者 OS:搞不好能透過螢光就能看出南瓜蟾蜍的年紀呢!)

另一方面,發光的骨頭不只有求偶作用。

對一些鞍背短頭蟾的掠食者(鳥類和蜘蛛)來說,紫外線都是可見光,意思就是南瓜蟾蜍平常骨頭的螢光,能對掠食者造成警示的效果喔!

原來,蛙兒們就算聽不見彼此的聲音,也能靠著發光找到對方,聽起來是不是有點浪漫呢?

鞍背短頭蟾骨頭的螢光能對掠食者造成警示的效果。 圖/NYU Abu Dhabi Postdoctoral Associate Sandra Goutte

參考資料

  1. The National – Abu Dhabi researchers discover toad’s ability to glow in the dark
  1. Amphibia Web – Brachycephalus ephippium
  1. 維基百科 – Pumpkin toadlet
  1. 楊懿如的青蛙學堂 – 鳴叫
  1. Types of frog calls
  1. 維基百科 – 耳柱骨
  1. Scientific Reports – Evidence of auditory insensitivity to vocalization frequencies in two frogs
  2. Science News – Tiny pumpkin toadlets have glowing bony plates on their backs
彥寧
7 篇文章 ・ 1 位粉絲
比起鯛魚燒,我更喜歡章魚燒。

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【GENE思書軒】天氣指南書
Gene Ng_96
・2018/12/08 ・2633字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 503 ・六年級

台灣天氣變化很大,「出門先看天氣」是日常作業,否則過了半天忽然大變天,那就尷尬了。

可是不是每個地方出門都要看天氣。從前在加州唸書時,幾乎不需要天天看天氣預報,要看也是看長期的,天氣很少是茶餘飯後的話題,因為變化實在不大;馬來西亞天氣大致也只有兩種,有午後雷陣雨和沒有午後雷陣雨。

氣候變化,地球最知道

自從人類瘋狂燃燒大量的化石燃料,大氣中的二氧化碳屢創新高,雖然美國保守派屢次否認甚至試圖封鎖科學數據,但氣候變化愈來愈詭異,並不是總統是誰就能無視的事實。即使人類沒有改變氣候,地球上不同地區本來就有極多樣的天氣型態,其中有許多種對人類來說堪稱酷刑,但對大地之母來說正常得很。倚老賣老的人總愛說「什麼大風大浪沒見過」,但是在地表上見識過真正的大風大浪還活到今天的,只有地球自己吧。

地球上不同地區本來就有極多樣的天氣型態,在地表上見識過真正的大風大浪還活到今天的,只有地球自己吧。
圖/pixabay

為了充分介紹多變的天氣,圖形傳記作家蘿倫.芮德妮斯(Lauren Redniss)在筆會/E.O.威爾遜文學科學寫作獎得獎作品《雷與電:天氣的過去、現在與未來》Thunder & Lightning: Weather Past, Present, Future)這部圖文並茂的作品中,用精彩的插畫和生動的文筆,引領讀者一個奇幻的旅程。她在原文書中還設計了稱作「Qaneq LR」的字型(還好原文不是中文,要不然⋯⋯)。

我長大後其實很少讀圖文書了,但讀《雷與電》的感覺很奇妙,蘿倫在充滿想像力的表達中穿插了故事和科學,讓閱讀本身就像在實際面對風雨飄搖或迷霧茫茫的體驗一般,很有藝術效果。

我們只在一部份的天氣狀況中生活著

正常來說,地表上任何地方,大多只能體會到少部分天氣狀況。例如馬來西亞是熱帶,甭說看雪或住冰屋,連長袖上衣都很少有機會穿。一直到近年,我還被高學歷的台灣朋友問我們那裡冬天有多冷 ── 對我們來說,問題不是「冬天冷不冷?」,而是「冬天是什麼意思啊?」難道沒人知道地球上有一條紅紅的線叫做赤道嗎?農曆新年時更有意思,千家萬戶播的新年歌苗讚頌春回大地,可是我們從沒冰封過啊!

我某年年底去泰國曼谷參觀大皇宮,風趣的英語解說員說玉佛寺裡價值連城的佛像已換上冬裝袈裟,我們這些在攝氏 33 度大太陽下流汗的外國遊客吐槽他這算哪門子冬天?他立馬回說夏天是攝氏 40 度以上 ── 攝氏 33 度果然是冬天啊!和台灣平地的城市人一樣,我從前也覺得冰雪好浪漫,但自從冬天上過幾次山和到過下雪的城市,才體認到冰雪真是令人頭疼的東西。

讓人頭痛的天氣

《雷與電》中提到一個靠近北極的斯瓦巴群島(Svalbard),因為冬季土壤的冰結膨脹循環,連埋葬棺木都成問題,差點立法禁止死亡。但長年的冰天雪地有助人類保存千百年精心培育的各種作物種子,留給後世子孫珍貴的遺傳資產。雖然主權屬於挪威,但那裡允許各國公民從事資源開發和經濟活動,兩千多個居民居然來自四十四個國家。

除了冰天雪地,《雷與電》也帶讀者到智利的阿塔卡馬沙漠(Atacama Desert),觀看沙漠一旦降雨會如何生機勃勃;亞熱帶和熱帶多雨,傾盆大雨在梅雨季節更是家常便飯,有時候還伴隨著雷電交加,《雷與電》書中提到一位雷擊倖存者成立了雷擊與電擊生還國際組織,出版了許多雷擊案例,令人嘆為觀止。

讓人感到困惑的天氣還有霧,對岸許多大城市已晉升霧都,霧霾瀰漫依「官方說法」是很健康的,但那不正常啊。海上突如其來的大霧,也會讓經驗豐富的海員險象環生,過去長期依賴燈塔的明燈指引,但現在科技帶來更多精確定位的方法,燈塔成了博物館。

每到夏天,颱風就接連而來,苦命的上班族偶爾能用其實不該是假期的颱風假小確幸一下。但沒有風可能會要人命的,《雷與電》提到沙烏地阿拉伯的伊斯蘭教聖城麥加,幾百萬人在最熱的季節擠在卡巴聖殿(Kaaba)朝聖,工程師最大的挑戰就是在戶外製造空調。有時候人類確實用知識把環境改造得更舒適,例如在百萬人朝聖時製造微風,但有時候則是控制慾太強,森林裡有小火就撲滅,讓枯枝落葉累積能量,反而會引發不可收拾的大火,我們需要在錯誤中學習到教訓。

圖/pixabay

用天氣風險來投資吧!

瞬息萬變的天氣有時甚至決定了誰是戰場上的贏家和政治局勢,天氣或長期氣候已非自然科學的領域而已,我們的社會深受其影響。人類早期開壇求雨,頂多像諸葛孔明那樣裝神弄鬼,但是今天我們奢求改造天氣;雖在某些條件下,造雨已經行之有年,但我們仍不可能依我們的意思改造氣候,倒是可以退而求其次地在炎炎的夏日喝冰涼的飲料,《雷與電》訴說百年多前天然冰就是門非常有利可圖的生意,做這門生意甚至還搭船行經萬里。懂得投資的人,天氣的風險本身就是門好生意。

《雷與電》談科學又有故事,也不忘政治議題,是本趣味性很高的好書,用了一個很少見但頗成功的方式來介紹嚴肅的科學知識和議題,真是老少咸宜!

本文原刊登於閱讀‧最前線【GENE思書軒】,並同步刊登於 The Sky of Gene。

Gene Ng_96
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來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

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全球的風可解釋破紀錄的降雨、龍捲風
only-perception
・2011/12/30 ・1397字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 551 ・八年級

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本週在一場科學研討會中有二場演講將提出 2010 年五月發生在西田納西州的一場巨大洪水以及在 2011 年四月以阿拉巴馬州為中心的歷史性龍捲風爆發的共同根源。

這二起事件似乎都可以連結到極區與亞熱帶噴射氣流(jet streams)之間相對罕見的耦合,Wisconsin-Madison大學大氣與海洋科學教授的Jonathan Martin 表示,

但吸引人的部份是,變化源自於西太平洋,離美國中部地區的強烈風暴約 9,000 英里遠,Martin 表示。

導致暴風雨之機制的起源是:在春、秋季期間,有組織的熱帶雷雨複合體(complexes of tropical thunderstorms)越過印尼將亞熱帶噴射氣流往北推,導致它與極區噴射氣流融合。

亞熱帶噴射氣流是一種高海拔風帶(band of wind),那通常位於北緯 30 度附近。極區噴射氣流通常離北極約數百英里遠。

Martin 把這種融合的風帶稱為「超級噴流(superjet)」。

北半球的噴射氣流由西以每小時約 140 英里的速度往東吹,且被環狀旋風(circular whirlwind)所包圍,看起來有點往它那邊推進的龍捲風。在噴射氣流底部(南邊)循環的風(circulating wind)由南往北吹。在北端,循環風變成垂直的,舉升並使空氣冷卻直到水蒸氣凝結並為降水加油添醋。

超級噴流及其循環風所攜帶的能量約為典型噴射氣流的二倍,Martin 說。”當這些平常分離的噴射氣流重疊時,通常會出現非常強烈的垂直環流,在正確條件下,那會產生雲、降水與龍捲風。”

而且因為超級噴流中的循環風橫掃美國南方,從墨西哥灣汲取水汽,”超級噴流帶來雙重災難 — 更多水汽以及更多舉升,造就了強降雨。”

這就是 2010 年五月所遇到的狀況,那時 Nashville 出現 10 到 20 英寸的降雨量。

Andrew Winters,現在是 Martin 門下的畢業生,在 2010 年的大學專題論文主題是田納西州洪災。”那有許多引人關注的面向:將異常大量的水汽帶入東南方,以及那場滂沱大雨,” Winters 表示。

而這個超強噴射氣流 “可追溯其在西太平洋的狀況,那幾乎是在一週之前,” Winters 表示。

12 月 6、7 二日,Martin 與 Winters 將在舊金山舉行的 American Geophysical Union 年會的演講中描述他們的研究。

針對田納西州洪災、阿拉巴馬州龍捲風以及在威斯康辛州出現的一場奇怪十月風暴的研究證明,”當亞熱帶噴流在西太平洋強烈雷雨的影響下朝極區推進時,那似乎導致美國中部出現這些強烈風暴,” Martin 表示。”那真的是一種迷人的全球性連結,那發生在七到十日之後。”

Martin 亦指出,亞熱帶噴射氣流改變過的位置或能連結到全球暖化。

“這裡有理由相信,在變暖的氣候中,這種噴射氣流的交疊或許會導致高衝擊天氣(high-impact weather)變得更加常見,” Martin 表示。

這個想法可以被檢測,Martin 補充。

“歷史性天氣資料應能告訴我們這些交疊事件的頻率是否有所變化,以及是否可以連結到高衝擊天氣事件的改變。那是一種有趣的線索,能幫助我們理解某種可能的機制。變暖的氣候會因而導致劇烈天氣的增加,” 他說。

當颶風橫渡大西洋時,雖然在一週或更早之前就能被追蹤,不過天氣現象卻很少持續這麼久,Martin 表示。”如果亞熱帶噴流經過重新排列且疊加在極區噴流上,也許就是此機制允許這麼長的延遲,使擾動能對於下游數千英里外的劇烈天氣產生明顯的效應,而且是在一週或更久之後。”

Martin 表示,如果這項新分析在更進一步的研究中倖存下來,那將會對劇烈天氣預測有所貢獻。不過,今年四月致命的龍捲風爆發在東南方現身前一、二天,就已有劇烈天氣變化的預測,”絕大部份的龍捲風預測都會領先 12 小時,至多達 24 小時。” 那能夠拯救生命。但如果我們要能提早五到六日,我們應當觀察噴射氣流的位置,我們可以說:”嘿,我們將出現相當刺激的一週,我們得要維持高度警戒。”

資料來源:PHYSORG:Global winds could explain record rains, tornadoes[December 5, 2011]

轉載自only-perception

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only-perception
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妳/你好,我是來自火星的火星人,畢業於火星人理工大學(不是地球上的 MIT,請勿混淆 :p),名字裡有條魚,雖然跟魚一點關係也沒有,不過沒有關係,反正妳/你只要知道我不是地球人就行了... :D