2003年，欧洲经历了一个创纪录的炎热夏季，许多人认为今年夏天也将重蹈覆辙。在此次热浪期间，《Nature Geoscience》期刊发表了一项研究，有助于我们理解此类极端天气状况。大约两年来，ETH研究团队分析了全球各地的气候数据，旨在解释稳定高压系统背后的驱动力。长期以来，人们已经知道，对流层上层（即距地面5至10公里的大气中）极为稳定的高压系统可引发夏季热浪。研究人员将这些特殊的高压状况称为“阻塞”，因为它们会使低压系统偏转，进而可能导致暖天气型。这些天气型直径约2000公里，可覆盖欧洲大片地区。它们打断了来自北大西洋的典型西风气流，而该气流原本会决定我们所在地区的天气状况。
与出汗相反
尽管此前的所有研究都试图通过关注对流层上层的气团环流来解释阻塞现象，但由ETH教授Heini Wernli领导的大气动力学研究团队现提出了一种新方法。“我们表明，来自对流层低层的气团上升也可能是此类系统形成和维持的决定性因素，”Wernli团队的高级科学家Stephan Pfahl说道。
‘潜热’发挥着重要作用：云在上升的气团中形成，水汽凝结并释放出所谓的潜能。“这与出汗正好相反，出汗时水分蒸发，使身体降温，”Pfahl解释道。由此产生的气块加热可能导致气团进一步上升。因此，潜热为气团上升提供了部分所需的动力。
延迟过程
在对过去21年气象数据的分析中，ETH研究人员现已发现：在气团抵达阻塞区域前三天，多达45%的气团通过这一过程被加热；在前一周，这一比例升至高达70%。通过天气变化不难理解这一点：大西洋上空形成云团或恶劣天气区域，数天后，晴朗天气的格局出现在欧洲上空。“因此，该过程总是存在延迟；在阻塞发生前一周，远超半数的气团经历这一潜热加热过程，”ETH教授Heini Wernli说道。
二十年来，Wernli一直专注于低压系统的分析，其中潜热长期以来被公认为一个关键过程。该研究团队专注于阻塞现象已有十余年。“起初，我们都很好奇，为何气流会突然从西风转变为另一种状态，”Wernli说道。本项研究将低压区分析的发现与阻塞研究的成果结合起来。
分析海量数据
ETH苏黎世研究团队分析了一大批数据，这些数据来自英国雷丁的欧洲中期天气预报中心，包括地面测量、气球探测、飞机和卫星所获数据。关于风、温度、云层形成和湿度的新数据每六小时接收一次。Stephan Pfahl利用轨迹计算评估了构成阻塞系统的单个气块的运动。共分析了超过1亿条轨迹。
这些新发现也可能在气候研究的其他领域证明有用。“全球变暖使空气中的水汽增多。这导致释放出更多潜热，这也可能改变阻塞天气状况的发生频率，”Pfahl说道。“但这仍然是高度推测性的；我们需要对此开展进一步研究。”天气预报或许也能从这些新发现中受益，因为它常常错过阻塞形态形成或瓦解的时刻，而这可能对天气演变产生重大影响。潜热过程在现有天气模型中能否得到良好再现，仍有待观察。
阻塞也会带来浓雾
但阻塞并非仅限于夏季现象：在冬季，阻塞可能导致我们在瑞士高原十分熟悉的寒冷高雾天气，这类天气还会从意大利波河平原一直延伸至德国北部。“换句话说，人们总是抱怨的所有那些天气状况，”Wernli笑着说道——从极端高温到灰暗寒冷的冬季天气，无一例外。
本文与 ETH Zurich合作发表。发表本文不意味着世界经济论坛认同其中观点。
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作者：Astrid Tomczak-Plewka是ETH Zurich的撰稿人。
图片：热带气旋伊恩，2014年1月12日格林尼治标准时间（GMT）14:00拍摄，图片由NOAA GOES卫星提供。REUTERS/NOAA/Handout via Reuters
