是誰？如何？將要？塑造我們的天氣和氣候

這是我在9月17日“第九屆海峽青年節暨海峽氣象青年匯”活動上做的口頭報告，獻給大家，有些腦洞並不嚴謹，大家看著玩玩就好，見諒。

海峽兩岸的朋友們，大家好：

兩月前，福州氣象局同事給我發了一張圖片，有市民在12345平臺提出拆除鎮海樓以消暑——他認為鎮住了颱風導致福州夏季炎熱，不再是有福之州了。無獨有偶，今年春季在海峽的那一頭，我們看到了市長祈雨的畫面——很有意思，相同的玄學文化背景、相同血統的人們，對天氣相同的理念和述求手段。這手段管用嗎？

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玄學我不懂，來看看表面上不是玄學的例子：地震雲——我們稱其為“透光髙積雲”，真的跟地震有關嗎？科學嗎？

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再來個打著科學幌子的：說三峽大壩改變了氣候，甚至有板有眼的解釋說“蒸發量加大，在水域上空形成氣牆，阻礙空氣流動”，這有道理嗎？

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更有甚者，不僅僅是牟其中，而是有真正意義上的科學家也曾提出過炸開喜馬拉雅山引導印度洋水汽至西北乾旱區的設想，可以嗎？

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這幾個例子都與天氣、氣候以及它們的形成原因相關，步子從玄學邁到了科學。

“這次寒潮是不是拉尼娜造成的？這次暴雨是不是厄爾尼諾造成的？”這些也是我被問到最多的問題，所有這些都指向一個問題：是誰塑造了我們的天氣氣候？如何塑造？未來將會如何？

正好，今年世界氣象日的主題“海洋、我們的氣候和天氣”點出了海洋在其中扮演的重要角色。那麼我的問題是：除了海洋，還有誰？海洋在其中又算老幾？

實際上造成各種天氣氣候現象最直接的原因都是空氣運動和其中的水迴圈，廣義上我們稱其為大氣環流，所有問題的答案都在大氣環流上，最經典的幾個聯絡：高壓晴好天氣低壓多陰雨。那我們來看看決定大氣環流的各路神仙。

大氣環流決定因子及三圈環流概念圖

日——太陽是當之無愧的老大，是加熱大氣的最根本原因；

地——地球本身是老二，向更冷的太空輻射能量是冷卻大氣的最根本原因，而球形也是受太陽加熱不均的根本原因；有了老大和老二，理論上就會有一圈經向大氣環流：空氣在赤道被加熱上升，在極低冷卻下沉。

轉——老三是地球的旋轉，旋轉使一圈環流變成了三圈環流，形成了東、西風帶和副熱帶高壓、副極地低壓等基本大環流。

海陸差異——海洋終於登場，與陸地一起排在老四。海陸的熱力差異帶來了冬季大陸向海洋流動，夏季海洋向大陸流動的季風；海陸的相對位置與基本氣流以及洋流的結合，帶來了海陸東西端的氣候差異，同樣的緯度帶，歐洲與東亞氣候差異的最大的原因就在於此（陸西洋東與陸東洋西的不同）。

大地形——與海陸差異其實同屬於下墊面的不均勻這個大因素，最典型的是青藏高原：體量雖相對海陸小些，但作用卻不遑多讓。橫亙在副熱帶地區、亞歐大陸中南部、印度洋北面、太平洋以西，在熱力上獲取太陽輻射加熱高空大氣，切斷了副熱帶高壓，加劇了夏季風；動力上基本氣流（西風帶、季風）只能繞路或者爬山，不僅阻擋了西伯利亞冬季風南下，也影響了印度洋夏季風的行為模式。它疊加在老大到老四的各項因素之上，共同決定了我們這片土地上的季風氣候，而這氣候又在塑造我們中華文明中扮演了重要角色。同在陸東洋西，美國中東部與中國氣候差異最大的原因就在於此。

青藏高原與氣候（濤淘風雲製圖）

小地形——如果說前面的大哥們決定了大氣候，那麼各具特色的小氣候就少不了小地形的塑造。譬如臺灣島，北有“冬季到臺北的看雨”，南有“熱情的陽光探出了頭”。

臺灣島小氣候（濤淘風雲製圖）

所有的這些影響因子，都可以從能量角度來考慮（

個人腦洞，換個思路，並不嚴謹

）：輻射能、風（動勢）能、水（潛熱）能，那麼誰想要影響大氣環流？就得掂量下自己的分量（能級）了。明確了這些後，我們嘗試來回答前面那些問題：

炸開喜馬拉雅：只會事與願違，正是為了補充青藏高原上被曬熱上升空氣後的空缺，印度洋的暖溼氣流才會北上，它的目的地本不在高原以北，憑啥要去西北地區？這種想法根源就錯了，錯在對北上暖溼氣流因果的本末倒置。

印度洋北上暖溼氣流的志向（濤淘風雲製圖）

三峽大壩及水庫的影響：垂直高度忽略不計，水平尺度實在不夠看，至於水汽牆的說法，缺乏基本的物理常識，不存在！湖面與地面只有小尺度的湖陸風（類似海陸風）交替環流。三峽大壩及其庫區水面只會影響周邊很小一部分地區很小一部分天氣氣候特點，原有的大氣候不會明顯變化。

三峽大壩及水庫的體量與影響（濤淘風雲製圖）

地震雲：大地是剛體，大氣是密度極低的流體，地震的能量傳導到大氣中的部分微乎其微，雲由空氣垂直運動導致的降溫進而水汽凝結而成，地震本身都不能造成哪怕微風，更何況未震之時！至於電磁場一說，類似水汽牆，假借物理學概念的想當然之物，沒有任何相關探測結果支援。除非地震引發大火山爆發，否則對天氣的影響可忽略不計。

鎮海樓與祈雨的：這是沒打算用科學話語的玄學語境，道不同不相為謀，開心就好！

我們已經瞭解了體量和能級對於影響大氣環流的重要性，那麼是否存在能級不夠太極來湊的四兩撥千斤式影響呢？比如說，“蝴蝶效應”，今天我想講的有點不同。

我要告訴你們，“蝴蝶效應”誕生於計算，也只存在於計算，在現實大氣運動中，可以認為它是不存在的，否則天氣預報就沒有了任何科學性和可行性。

洛倫茲在數值求解非線性方程時，發現初始的微小誤差（截斷誤差）可以在長時間積分之後造成巨大誤差。於是蝴蝶效應誕生了，它的核心其實是證明了長時效數值預報必然失敗。

“蝴蝶效應”的經典表述

而現實的大氣科學中，無論是從物理的理解上還是從預報的分析上，尺度分析都是最根本的出發點，簡言之：必須略去小量。一隻蝴蝶煽動翅膀所引起的微小擾動能量，很快就會在大氣系統中耗散掉，不可能對大氣環流造成明顯影響，也就不可能與千公里外的龍捲風構成因果關聯。

也正因為透過尺度分析略去了小量，以及數值模擬對計算穩定性問題的解決，才有了今天的天氣預報局面——我們可以把握住很多的天氣大局了。

但是，在我們模擬大氣運動的數值預報體系而言，蝴蝶效應就確實有可能一直在那裡了。所以，依據它而來的現代天氣預報，其不準確實在是一件天經地義的事情啊！（

敲黑板！不要想當然的認為天氣預報必須準確

）

關於數值預報

最後我們來聊一聊極端天氣與全球變暖。

作為一個預報員，我永遠不會說某次極端天氣是因為全球變暖造成的。意外嗎？

但我並不否認“在全球氣候變暖的背景下，極端天氣增多”之說。矛盾嗎？

二氧化碳的非自然升高與全球變暖這是兩個已經被絕大多數科學家公認的，大家都熟知的觀測事實了，二氧化碳的溫室效應導致全球變暖，這樣的因果關聯也已經得到普遍接受。

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但預報員在分析預報天氣時，絕不會去考慮二氧化碳濃度問題，數值天氣預報體系中（我指天氣模式，非指氣候模式）也沒有。我們考慮的是具體的大氣環流與地理地形的配置，它們才是直接原因。

而全球變暖是一個氣候概念。天氣的平均態構成了氣候，氣候透過每天的天氣來積累。天氣是觀測得到的，氣候是透過計算天氣得到的，它們之間不能構成因果關聯，因為它們是同一個事物的兩個方面。這同一個事物就是——大氣環流，人類活動影響後的環流！

想象一下：化石燃料，那是地球攢了億萬年的太陽能，而我們兩百多年就把它放了出來，怎麼可能指望它對大氣環流不產生影響呢？

歸根結底，地球大氣是一個與太陽和外太空動態交換能量的平衡系統，但人類活動影響了這個平衡，極端的天氣（不論極寒還是極暖）與全球變暖的氣候，就（都）是大氣環流找到的新平衡。

我們還想要新的未知平衡態嗎？甚至可能最終失衡的地球大氣嗎？如果不想，碳達峰與碳中和就是目前已知最有希望的解決之道，是真正的責任擔當！

——-全文完——-

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