什么是“大气河流”？从天上奔腾的“河”说起

摘要：它不是普通的河，而是悬在空中的一股“水汽通道”，携带着巨量的水蒸气，像一条看不见的空中长河，从海洋蒸发出的水分通过它一路奔流向陆地，最终带来降雨、甚至暴雨。本文来源于“海洋与湿地”（OceanWetlands）：文 | 王芊佳本文约2700字，阅读约5分钟

它不是普通的河，而是悬在空中的一股“水汽通道”，携带着巨量的水蒸气，像一条看不见的空中长河，从海洋蒸发出的水分通过它一路奔流向陆地，最终带来降雨、甚至暴雨。

本文来源于“海洋与湿地”（OceanWetlands）：

文 | 王芊佳

本文约2700字，阅读约5分钟

大家都知道河流，它们是地球上的生命线，流动着淡水滋润万物。但是你有没有想过，天空中也有河流？

没错，这就是所谓的“大气河流”（Atmospheric River，简称AR、大气层河流）。当然，它不是普通的河，而是悬在空中的一股“水汽通道”，携带着巨量的水蒸气，像一条看不见的空中长河，从海洋蒸发出的水分通过它一路奔流向陆地，最终带来降雨、甚至暴雨。

加利福尼亚州博德加湾北部的俄罗斯河河口，一场暴风雨笼罩了天空。这场风暴主要由席卷加州的“大气河流”所驱动。（图片来源NOAA）

听起来挺玄乎是吧？别急，我慢慢给你讲清楚。

简单来说，大气河流就是天上的“水汽高速公路”。它们很窄，但很长，通常宽度只有几百公里，却能绵延几千公里。

大气河流特别活跃的地方，往往会出现极端天气，比如暴雨、洪水、甚至泥石流。比如美国西海岸、欧洲沿海地区以及我们中国的某些地方，都受到大气河流的影响。

为什么大气河流很重要？

那为什么科学家这么关心大气河流呢？说到底，还是因为它对我们的生活影响太大了。

大气河流的“送水量”非常惊人，据研究，它们传输的水汽可以相当于亚马逊河流量的7~15倍！但问题在于，大气河流有点“脾气古怪”，有时候带来的是好雨水，可以缓解干旱；而有时候又“脾气暴躁”，造成严重洪水。

比如，加州的冬季降水有近一半都是大气河流带来的，但有些年份，因为大气河流带来的降雨太猛烈，导致河流泛滥、房屋受损，甚至人员伤亡。想想看，天上这些“水汽河流”如果失控了，后果可不小。所以，科学家特别想弄明白，大气河流是怎么运作的，它们会不会因为气候变化变得更频繁、更“暴躁”。

美国国家海洋和大气管理局（NOAA）发布的大气河流科学信息图：通过清晰的图表和简明的文字，深入浅出地解释了大气河流这一重要气候现象的科学原理，包括其形成机制、水汽输送过程以及对全球气候变化的影响。图源：NOAA

大气河流对北美沿岸
上层海洋的影响？

最近有一项新研究特别有意思，它用一种高精度的地球系统模型研究了大气河流和海洋的关系，尤其是它们如何在北太平洋和北美洲西海岸附近“互动”。

“海洋与湿地”（OceanWetlands）小编注意到这篇由美国国家科学基金会国家大气研究中心（NSF NCAR）发表在《通讯-地球与环境》上的这项新研究，它表明：美国南加州的大气河流主要受到海洋蒸发增强的影响，而在更北的地区，海洋和大气温度的升高将成为主要驱动因素。这些变化可能导致区域内的极端天气状况加剧，例如暴雨引发的洪水等。

根据科学家们的预测，到本世纪末，如果温室气体排放持续走高，袭击太平洋西北的大气河流可能使海平面短暂上升至当前暴风雨的三倍，大大地增加洪水的风险。而相比之下，南加州尽管也会受到海平面上升的影响，但这种程度不会像北方那样剧烈。正如研究人员Christine Shields所说，这不是“一刀切”的情况，不同地区的大气河流将展现出截然不同的反应和后果。

这听起来有点专业，不过别担心，我给你拆解一下：

大气河流不仅仅是“送水”，它还会影响海洋。想象一下，当大气河流“经过”海洋时，强劲的风和降雨会“搅动”海水。就像一条船驶过湖面会激起涟漪，大气河流经过海洋，也会引起一系列变化，比如把表层海水推向海岸线，让海水温度发生变化，还会改变海洋的混合层（就是海水上下不同深度之间的交界区域）。

更有意思的是，这项研究发现，气候变化会让这些影响变得更复杂。科学家用一种叫做“高分辨率地球系统模型”的工具，把气候、海洋、大气结合起来，模拟了未来大气河流的行为。他们发现，随着气候变暖，大气河流会带来更强的风和更多的水汽，这可能让沿海地区的洪水风险更高，同时还会影响海洋的温度和能量交换。

历史时期大气河流对海洋热量和降水通量的影响。可以看出，大气河流显著改变了海洋的热量平衡和降水分布。图源：Shields, Christine A., et al.

气候变化对南加州、加州中部和太平洋西北地区海洋热量和降水通量的区域差异。不同区域的海洋热量平衡和水循环过程对气候变化的响应存在显著差异。图源：Shields, Christine A., et al.

气候变化，
让大气河流“变脸”

这项研究还指出，不同地区的大气河流，在气候变化下会表现得不一样。

比如在美国加州南部，大气河流会带来更强的蒸发降温作用，也就是让海洋失去更多的热量；而在更靠北的地方，比如华盛顿州和俄勒冈州，大气河流的影响更复杂，既有加热也有降温的混合效应。

这听起来有点像天上的“天气工厂”，在不同地区开了不同的“分店”，每个分店的业务重点还都不太一样。有的地方主要“冷却”，有的地方则“加热”，这让科学家感到非常好奇。

不过，这些变化并不是凭空发生的。随着气候变化，海洋表面的风力更强了，水汽含量也更高了，这些都让大气河流的行为更加剧烈。

听到这里，可能有人会问：“这些科学家的发现和我们的日常生活有啥关系？”其实，这种研究离我们的生活并不远。

首先，从防灾减灾的角度来讲，就很有用。沿海地区的居民需要更加关注洪水和海平面上升的风险。如果大气河流带来的降雨更猛烈，同时海平面又比过去更高，那很多沿海城市可能要面对更大的洪水威胁，比如道路被淹、房屋受损、甚至饮用水安全受到影响。

从农业和水资源管理来看，无疑，也会受到大气河流的影响。大气河流带来的降水是很多地区的重要水源，比如加州的农田。但如果降水的时机或强度不合适，比如集中在短时间内的暴雨，而不是缓慢的、持续的降水，那这些水资源可能很难被充分利用，甚至会对作物生长造成破坏。

最后，这些研究还提醒我们，气候变化的影响是全方位的，不仅仅是气温升高这么简单。大气河流的变化，是气候系统复杂性的一个缩影，它让我们看到了天气和海洋之间的“互动舞蹈”。

听了这些复杂的变化，是不是有点担心？

别急，科学家已经在行动，他们正在用更先进的模型，研究未来的大气河流变化趋势，希望能给政府和社区提供更加精准的预警信息。

同时，沿海地区的居民和政策制定者，也需要根据这些研究结果，制定更加完善的应对措施，比如改进防洪设施、加强海岸线保护、优化水资源管理等等。

所以说，大气河流的研究是一项非常有意义的工作，它不仅帮助我们更好地理解天上的“水汽高速公路”，也为人类应对气候变化提供了重要的科学依据。

大气河流这个现象，就像是气候系统中的“奔腾之河”，它连接了海洋、天气和人类生活。虽然它看不见、摸不着，但它的影响却真真切切。通过这些科学研究，我们可以更好地预见未来，保护我们的家园积极应对、减缓未来极端天气的侵害。

感兴趣的“海洋与湿地”（OceanWetlands）读者可以参看该研究的原文：

Christine A. Shields, Hui Li, Frederic S. Castruccio, Dan Fu, Kyle Nardi, Xue Liu, Colin Zarzycki. Response of the upper ocean to northeast Pacific atmospheric rivers under climate change. Communications Earth & Environment, 2024; 5 (1) DOI: 10.1038/s43247-024-01774-0
https://www.nature.com/articles/s43247-024-01774-0