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苏伊士运河大堵船与地中海气旋 精选

已有 4969 次阅读 2021-3-26 22:25 |个人分类:气候学|系统分类:科研笔记

   恰逢2021323日世界气象日,重22万吨、长达400米的长赐号(Ever Given)货轮搁浅苏伊士运河(Suez canal),堵塞了这条世界上最繁忙的水道,对全球经济产生了严重影响。据媒体报道,原因是突然的一阵横向大风夹带沙尘,将货船吹离航道,横亘在运河上搁浅,上百艘船只被堵,无法通行(图1)。目前埃及方正在设法解决这一问题,疏通航道。至于这阵突如其来的大风始于何方,需要查证。

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               1 搁浅的货轮“长赐号”(Ever Given),图片来自互联网.

 

    天气图是天气变化的记录本。通过翻阅2021320日至25日逐日天气图发现,这阵大风来自爆发性发展的地中海气旋,其生成与地中海区域前期气候背景、近期的大气环流异常及北非地中海沿岸的大气热力不稳定等有关。

    全球大致可分为季风气候区,地中海气候区和西风带气候区等三大类。其中地中海气候的特征是夏季干热少雨,冬季温暖湿润,降水主要集中在冬半年,全球地中海气候区多为干旱或半干旱土地或沙漠。在冬半年气候平均天气图上,地中海地区是一个半永久性的低压区,其中常有气旋生成活动,带来降水。地中海气旋的生成需要一定的动力、热力不稳定条件,即环境气流的状态能助力气旋的生成和发展并提供能量。例如,在20213月中旬,北半球盛行纬向环流,北极涛动AO处于正位相,北半球唯一的阻塞高压出现在大西洋上空(图2a)。后来在上游不断移来的低压槽冲击下,大西洋高压脊逐渐东移至欧洲沿岸,并且变型呈东北西南走向高压脊(图2b),其前方的东北气流引导高纬度冷空气向西南欧及地中海东部聚集,增加了地中海区域的热力差异和不稳定性,其前方形成了一条狭长的东北西南向低压槽,槽前的西南气流将北非沙漠上的干热空气向地中海东部输运,进一步增加了该区域的热力差异,并且使得320-23日埃及气温快速上升,干热异常。

    320日埃及气象局(EMA)发布了高温及沙尘预报,当地媒体也挂出了“Heatwave hit Cairo” 即 “热浪袭击开罗”的新闻。伴随这一过程,地中海东西向温差加大,大气层低层有效位能迅速积累,低层空气趋于热力不稳定;同时压扁的东北西南向高空槽也出现动力不稳定,最终导致地中海气旋生成并快速发展东移(图3),造成埃及北部的大风沙尘天气,短时强阵风导致苏伊士运河货轮搁浅,堵塞了河道。

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        2  20213500百帕天气图(5500米);(a) 31820点;(b)32308点.

                      (取自中央气象台网站)

     从图3a中可以看到,32308点在850百帕(1500米高空)图上东北西南向低压槽前出现很强的向北方暖空气平流输送,导致埃及等地剧烈升温;到北京时间32408点地中海气旋已经形成并加强中(图3c)。在地面天气图上亦可以看到与此对应的地中海气旋形成壮大的过程(图b,d)。伴随着地中海气旋的发展东移,在其西南侧地中海南岸萨赫拉大沙漠上的高气压向东扩展,其前锋造成埃及北部,特别是苏伊士运河流域的大风沙尘天气过程。在半小时一次的卫星云图动画中清晰地再现地中海气旋锋面尾部扫过苏伊士运河的一幕。因此,将这艘货轮吹离航道搁浅的是地中海气旋锋面过境所伴随的阵性大风。不过,在遭遇风暴时有无轮船操控制不当等问题也有待进一步查实。

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         图3 202132308点(a, b)和2408(c, d)850百帕(上)和地面(下)天气图.

                         (取自中央气象台网站)

    关于沙尘暴的成因,众说纷纭,归纳起来,中纬度沙尘暴的形成不外乎三个条件: 1)动力起沙机制(强烈发展的气旋);2)大气热力不稳定性(有效位能的积累);3)下垫面沙尘源。这次北非的沙尘暴与315日东亚强沙尘暴过程同样都具备这三个条件。例如,后者出现了强烈发展的蒙古气旋,以及之前中国北方和蒙古国均出现快速升温过程。升温不仅助力蒙古气旋的发展和加强,还使得下垫面沙尘能比较容易地被气旋抽吸到高空并向南长距离输运,影响中国多个省份,甚至东亚其他地区。315日前的剧烈升温过程曾导致黄河壶口瀑布出现20年来最早的桃花汛。恰巧本博主在3月14日撰写了一篇博文“最是早春桃花水,难辨其因何处寻”,分析了今年黄河壶口瀑布桃花汛异常偏早的原因可能是前期北方持续快速升温所致。鉴于 “3.15” 东亚强沙尘暴也是近20年来最强,每年黄河壶口瀑布桃花汛出现日期也许可以作为此后东亚沙尘暴可能出现的气候指标之一。

   有意思的是,世界上第一张地面天气图的诞生也与温带气旋有关。在1854年11月著名的克里米亚战争中,英法联军舰队在黑海遭遇强烈风暴,强风使舰队几乎全军覆没。事后巴黎天文台台长勒弗里埃受命调查这次风暴起因。他搜集了当时欧洲多国地面气象观测记录,根据观测站地理位置填在地图上,制成了世界上第一张天气图。通过连续几天的天气图分析,他查明了这次风暴来自西北方向移来,强烈发展的气旋。天气图的诞生开启了基于天气图的天气预报方法,天气预报员可以超越空间提前查看到可能到来的风暴或剧烈天气过程,通过外推做出预报,以减少恶劣天气可能带来的灾害或损失。

    今年世界气象日的苏伊士运河堵船事件提醒用户,不仅要及时关注天气预报,同时也要了解天气预报存在的不确定性,以及使用天气预报产品的潜在风险。用户需要根据自己行业特点制定应对措施或预案,以规避风险,减少损失。这便是叶笃正先生在21世纪初就提出的,建立与用户结合的天气预报体系。随着经济的发展,社会对天气气候预测水平的要求也会越来越高,未来的天气预报,不仅要大力发展更高时空分辨率、包含更多物理化学过程的数值模式,还要建立更贴近用户需求的气象预报服务体系。精准预报、风险评估、个性化服务,甚至“私人定制”等,也许是未来天气气候预测系统的基本特征。


2021年3月26日


参考读物

叶笃正等. 未来的天气气候预测体系. 气象,2006, 32:4-8.

曾庆存等. 千里黄云. 科学出版社,2006.



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