揭開連續大氣河事件的神秘面紗

在加州的2022-2023冬季，該州遭遇了九場大氣河事件（AR），導致極端洪水、土石流和斷電——這是過去70年中持續AR條件的最長時間。洛倫斯伯克利國家實驗室（伯克利實驗室）的科學家最近進行了一項研究，利用機器學習更好地了解這些複雜的氣象系統，發現更強烈的大氣河事件更有可能在短時間內接連發生。最近發表在《通訊地球與環境》期刊上的一篇論文詳細說明了他們的研究結果。

加州的冬季氣候在很大程度上是由這些大氣河定義的——這些大氣中的狹長區域能將水蒸氣從熱帶輸送過來，最常見的是來自太平洋沿岸的西海岸。當它們登陸（即渡過陸地）時，會釋放出大量的雨水和雪。AR事件所帶來的環境和經濟災難突顯了研究它們的緊迫性，尤其是在地球氣候變化的背景下。

「隨著氣溫上升，大氣河事件可能會變得更為嚴重，」地球與環境科學領域（EESA）的科學家及該出版物的主作者楊周解釋道。「通過研究更密集事件的成因和機制，我們可以幫助加州更好地應對這些挑戰。」

儘管大氣河事件已被廣泛研究，但連續大氣河事件背後的科學仍然在很大程度上是一個謎。周與伯克利實驗室資深科學家威廉·柯林斯和邁克·韋納合作，試圖通過使用「聚集」來研究大氣河的行為——這是指在相對較短的時間內，特定區域內發生的一組大氣河登陸事件。該研究團隊利用機器學習來識別這些聚集，研究它們的特徵、影響以及與大氣環流的關聯。

為此，研究人員專注於在聚集期間內發生的AR「天數」，即當大氣河在西海岸陸地上釋放降水時所出現的天數。這被稱為「聚集密度」。例如，一個更密集的五天聚集可能會有五天中的四天為AR天，而一個密度較低的聚集則可能只有五天中的兩天為AR天。

「我們的研究結果顯示，更強烈的大氣河事件更有可能出現在密度更高的大氣河聚集中，」周解釋道。「這意味著事件之間可供土地恢復的時間更少，且各個事件本身也更為極端。這使得密集分佈的大氣河聚集的總體影響更加嚴重。」

研究團隊還探索了聚集密度如何影響土地上後果的嚴重程度，顯示出更密集的聚集會導致更多的洪水以及對基礎設施和生態系統的損害。這是因為在持續強降雨的情況下，土地可用來恢復的時間更少，並且降雨之間的間隔變短。他們還研究了大氣模式如何影響這些聚集，發現與壓力和風有關的特定大氣條件在變暖的世界中對密集聚集的形成更為有利。

了解通常導致密集AR聚集的大氣條件，以及極端AR事件更有可能出現在AR聚集中，能幫助科學家預測這些事件在未來幾年和幾十年內的發生，並幫助社區為此做好準備。

該分析是在國家能源研究科學計算中心（NERSC）進行的，這是一個位於伯克利實驗室的能源部科學辦公室用戶設施。這項工作得到了美國能源部科學辦公室的支持。

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洛倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）致力於通過清潔能源、健康地球和發現科學的研究來為人類提供解決方案。該實驗室成立於1931年，基於團隊能最佳解決重大問題的信念，伯克利實驗室及其科學家已獲得16項諾貝爾獎。來自全球的研究人員依賴該實驗室的世界一流科學設施進行他們的開創性研究。伯克利實驗室是一個多計畫國家實驗室，由加利福尼亞大學管理，隸屬於美國能源部的科學辦公室。

美國能源部的科學辦公室是美國物理科學基礎研究的最大單一支持者，並致力於應對我們時代的一些最緊迫的挑戰。部分資料參考自美國能源部與美國NSO團隊。