作者： 撰文／戴汀格（Michael D. Dettinger）、殷格朗（B. Lynn Ingram）翻譯／張雨青 | 科學人雜誌 – 2013年3月2日 下午1:08
在海洋上空形成的巨大水氣帶，每200年會引起一次加州大洪水，而氣候變遷可能讓情況雪上加霜。
重點提要
■地質證據顯示，美國加州過去大約每200年就因暴雨而發生一次真正的大洪水。最近一次發生於1861年，加州因而破產。
■這類水患極可能是大氣長河所致。大氣長河是形成於海洋上方1.6公里處的狹窄水氣帶，綿延數千公里。規模較小的大氣長河，也經常襲擊加州以及其他國家的西岸。
■科學家以1861年的洪水為藍本，模擬了一個規模較小的巨大暴風雨，名為ARkStorm。他們發現，如果這樣的暴風雨降在今日的加州，可能迫使100萬人以上無家可歸，並造成4000億美元的損失。
■氣象預報員可以更準確預測大氣長河何時到來，以及巨大暴風雨可能帶來的災害，並改進一般暴風雨的洪水警報。
1861年耶誕夜，狂風暴雨從太平洋直撲美國加州中部而來。之後連續降下43天的大雨，雨勢片刻不減。豪雨很快就把內華達山脈沿加州東界而下的河川變成了滾滾洪流，淹沒所有淘金聚落與屯墾區。河水和雨水灌入加州遼闊的中央谷地，形成一片長約480公里、寬約30公里的內陸海，數千人因而喪生，而加州的80萬隻家畜有將近1/4溺斃。首府沙加緬度市區陡坡上的土石流傾瀉而下，整座城市泡在逾三公尺深的泥水中，州議會無法辦公，只好暫遷舊金山，六個月後，沙加緬度的水才退去，那時，加州也已經破產。
暴風雨若發生在今天，災情將更加不堪設想。中央谷地的居民超過600萬人，其中140萬人住在沙加緬度市。這塊土地的農作物年產值約200億美元，其中杏仁佔全球產量的七成，由於超抽地下水，這片農耕地有多處地層下陷10公尺，更容易淹水。科學家最近模擬同等級的風雨持續23天的結果，推估即使水患規模較小，仍會造成4000億美元的財物及農業損失，而且防災與疏散工作只要稍有差錯，就可能賠上數千條人命。
1861~62年的大水災是突發的異常事件嗎？顯然不是。針對大範圍沉積物的最新研究顯示，至少過去2000年來，這種災難規模的洪水每200年左右就會淹沒加州一次。在1861~62年的暴風雨中遭殃的，還有墨西哥北部、美國加州南部到加拿大卑詩省的沿海地區，慘況為史上之最。氣候科學家現在假設，當年的加州大水災以及發生在世界上其他地區的類似事件，起因都是「大氣長河」（atmospheric river），這現象你也許從未聽說過。科學家認為，加州還會再度變成一片汪洋。
來自熱帶的豐富水氣
大氣長河是大氣中的水氣長流，形成於大約1.6公里的高空，寬度只有400公里，卻綿延數千公里長，有時甚至橫跨整個大洋，例如太平洋。這些水氣輸送帶把相當於10~15條密西西比河的水量，從熱帶搬運到中緯度地區，行至美國西岸，撞上內陸山脈，例如內華達山脈，便被迫上升、冷卻並凝結成大量的降水。
有一種稱為「鳳梨特快車」（Pineapple Express）的暴風雨，北美西岸的居民早就不陌生。它們源自夏威夷附近的熱帶海域，每次來襲都帶來連續三到五天的豪雨或大雪，這正是大氣長河的表徵之一。根據最近的調查，每年襲擊加州的大氣長河多達九道，通常強度不足以釀成真正的巨大洪水，但即使是「普通」程度的風雨，對美國其他地區而言已經算得上是「暴風雨」等級，對於救難人員、防洪當局與水利管理部門都是一大挑戰。
大氣長河也為其他大陸的西岸帶來降雨，偶爾還會不按牌理出牌。例如2010年5月，一道異常的大氣長河從墨西哥灣北上美國東部的田納西州，帶來連續兩天無情的暴雨，使得那許維爾市發生大水患，奪走近30條人命並造成逾20億美元的損失。2009年英國南部與西班牙各地的大水，也是大氣長河的傑作。不過，我們最了解的是太平洋沿岸的大氣長河，最新研究顯示，由於全球暖化，未來這些水氣河流可能變得更大。
儘管大氣長河的破壞力驚人，科學家卻直到近年才發現，而且是個意外。
天上水龍
1998年1月，美國國家海洋暨大氣總署（NOAA）的環境技術實驗室啟動了加州登陸噴流（CALJET）計畫，目的是更精準預報侵襲加州沿岸的大型暴風雨。該實驗室的氣象學家芮爾夫（Marty Ralph）等人搭乘特殊配備的飛機飛到北太平洋上空，進入一個逼近美國的冬季風暴內直接測量。他們形容這個暴風雨是「噴流」，即高風速區。研究人員發現，單是這個才形成沒幾天的暴風雨，就攜帶了中緯度地區向北極移動的大氣中近20%的水氣。噴流集中在海面上方高達1.6公里的高空，地面上的傳統氣象觀測方式很難辨認出來。
同樣在1998年，當時在麻省理工學院的研究員朱勇（Yong Zhu）與已故氣象學家紐威爾（Reginald Newell），從歐洲中期天氣預報中心（European Center for Medium-Range Weather Forecasts）模擬的全球風與水氣模式中，察覺到不尋常的特徵。他們發現，在熱帶地區以外，所有朝兩極傳送的水氣中，平均約有95%集中在五或六道狹窄區帶內。這些水氣帶從西向東橫跨中緯度地區，隨機分佈在全球各地，為了描述這些水氣帶，他們創造了「大氣長河」這個詞。
大約同一時期，搭載新型特殊微波感測相機的人造衛星，首次針對全球水氣分佈提供清晰完整的觀測結果。影像顯示，水氣往往集中在狹長的移動廊帶，最常從熱帶地區的暖濕空氣延伸到熱帶以外、比較乾冷的地區。這幾條「水龍」從出現到散逸，為期數天到兩個星期不等。
想當然耳，研究人員很快就把這三個明顯互補的發現兜在一起。從那時起，科學家做了越來越多研究，只為把美國西岸的大氣長河弄得更清楚。他們還建置了配備有仰視雷達與剖風儀的新氣象站，以便進行監測。NOAA的水文氣象試驗平台計畫正深入內陸觀測，好弄清楚大氣長河到了內陸會發生什麼事。
運用這些觀測網絡所得到的數據，預報員更能從天氣模型中認出大氣長河，並且能更準確預測它們到達美國西岸的時間。最近幾年，有的暴風雨在登陸前一個星期就被發現。大氣長河也出現在用來預測未來氣候變遷的氣候模型中。預報員對自己的預測能力更有信心，跟過去相比，他們對超大豪雨的示警更為迅速。有了這些進展，防災應變的時間會更充裕。
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