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西風急流是地球大氣中一支強大的氣流，隨著全球變暖的加劇，其變化可能會對天氣模態、極端天氣事件以及航空飛行產生深遠的影響。大家好，我是魏科。我們的大氣中有各種天氣現象，其中一種很少被大眾關注，但卻很重要，那就是西風急流。
1. 什么是西風急流？
西風急流是中緯度西風帶對流層上層或平流層中一股強而窄的氣流，一般水平寬度數百千米，垂直厚度數千米，長幾千千米，彎彎曲曲自西向東圍繞半球一圈，這支西風急流中還有些區域被稱為西風急流核區，其中的西風氣流可達100~150 m/s或以上，這個風速已經超過了地表最強的臺風和龍卷的風速了。
西風急流的形成與地球的自轉和大氣的熱力差異有關。赤道地區受到太陽直射，空氣較暖上升，到高空之后向兩極運動，由于地球自轉產生的科里奧利力，使得向兩極運動的氣流在北半球向右偏轉，在南半球向左偏轉。并進一步在熱力和渦旋的驅動下，風速越來越大，從而在副熱帶地區形成西風急流，這就是副熱帶急流，另外南北溫度差異導致氣壓差，也進一步加強了風速。
人類在上世紀20年代開始認識西風急流，并發展出了西風帶中的Rossby波理論，成為大氣動力學的基礎理論和天氣預報的理論依據。在第二次世界大戰后期，日本利用西風急流，進行了大規模的遠距離轟炸，他們制作并發射了約9300個攜帶炸彈和燃燒彈的氣球，日本人稱其為“風船爆弾”，也就是氣球炸彈的意思。每個氣球直徑約10米，攜帶15千克高爆炸彈和燃燒彈，按照日本的估算，這些氣球順著西風急流可以在3天之內到達美國本土，可在美國本土引起大規模爆炸和森林火災事件，從而導致恐慌。按照事后統計，大約300個氣球到到北美地區，但是由于戰時美國的消息封鎖，日本無法評估行動的效果，加之資源緊缺，最終草草結束了這一行動。盡管如此，這些氣球還是造成了一些破壞和傷亡，但并未達到日本預期的戰略效果。
2. 西風急流對飛行的影響
西風急流對飛行有著顯著的影響，它既可以是飛行員的朋友，也可以是麻煩制造者。當飛機順著西風急流飛行時，實際速度會增加，從而縮短飛行時間和減少燃油消耗。2024年初，美國CBS新聞報道，有些順風飛行的航班速度超過每小時800英里（1287.472千米/小時），遠比商業航班通常以每小時500英里（804.67千米/小時）至600英里/小時（965.604千米/小時）的速度快得多，這使多趟飛機提前幾十分鐘到達。（1英里約等于1.60934千米）
當然，飛機飛過去還得飛回來，如果你在西風急流中飛，飛機的實際速度會降低，這會增加飛行時間并增加燃油消耗。但是最大的麻煩是西風急流內部的氣流并不均勻，有時會形成強烈的湍流和風切變，這會導致飛機顛簸，給乘客帶來不適，甚至對飛機結構造成損害。
所以，航空公司和飛行員需要根據西風急流的位置和強度來規劃航線，以最大限度地利用順風或避免逆風和顛簸區域。
3.西風急流與氣候變化
西風急流的變化會對局地天氣和氣候造成顯著的影響。一方面，西風強度會影響中緯度地區的極端天氣，當西風急流比較強的時候，就更容易把冷空氣禁錮在高緯度和極區地區，中緯度冷空氣活動較少氣溫較為溫和，而當西風急流變弱的時候，西風急流更容易發生波動，可能導致極地冷空氣向南擴散，引發中緯度地區的寒潮和暴雪等極端天氣事件。西風急流的存在就像一個旋轉的陀螺一樣，當陀螺旋轉更快的時候就更穩定，而當陀螺旋轉速度減慢時，就容易倒地。
另一方面，急流位置也會影響全球和局地氣候，當北大西洋和歐洲地球西風急流向北移動時，會給歐洲帶來溫暖、暴風雨和潮濕的天氣，但緯度偏南的地區缺乏降雨。但是當這一地區急流向南移動時，急流會徑直穿過大西洋進入地中海地區，給這些南部地區帶來了充足的暴雨。
在氣候變化過程中，當全球溫度升高的時候，熱帶地區向兩極擴展，西風急流就隨著向兩極擴展，而當全球溫度降低的時候，熱地地區收縮，西風急流就向赤道移動。Micheal Mann在Fragile Moment這本書里寫到，當古氣候中溫度降低，冰川分布更廣的時候，擴張的冰蓋驅動大氣急流向赤道移動，使亞熱帶和熱帶地區降溫并干旱化，反過來，當冰期結束進入間冰期時，全球升溫使得大氣急流向極地移動，很多亞熱帶地區溫度降水開始增多植被開始恢復。
隨著目前全球變暖愈演愈烈，極地地區的氣溫上升速度比低緯度地區快，這被稱作“北極放大”現象，這會導致極地與赤道之間的溫度差異減小。這種溫度差異的減小可能會影響西風急流的強度和位置。一些研究表明，隨著全球變暖的加劇，西風急流可能會變得更加不穩定，導致極端天氣事件的頻率和強度增加。例如，西風急流的波動可能會引發更頻繁的極地氣團南下，導致中緯度地區的嚴寒天氣。同時，西風急流的變化也可能影響大氣中的水汽輸送，進而影響降水模態的分布。
另外，在航空安全方面，研究表明，在過去幾十年，與西風急流相關的風切變持續增加，例如，在1979-2017年間，北大西洋地區高空急流的風切變強度增加了15%，這使得這一地區嚴重的晴空湍流時間和強度都有所增加。而隨著全球變暖持續，這種情況會變得愈發嚴重，有氣候模式模擬顯示，當二氧化碳濃度增加一倍時，北大西洋冬季高空晴空湍流的中位數強度將繼續增加10-40%，其中重度湍流增加達149%，東亞地區也是晴空湍流頻率增大趨勢最顯著的區域，這對航空業而言，可不是什么好事。
總的來說，西風急流是地球大氣中一支強大的氣流，對天氣和氣候有著重要的影響。隨著全球變暖的加劇，西風急流的變化可能會對天氣模態、極端天氣事件以及航空飛行產生深遠的影響。了解和研究西風急流，對于預測和應對氣候變化帶來的挑戰至關重要。
本文為科普中國·創作培育計劃扶持作品
作者： 魏科
審核： 戴云偉 中國氣象局 高級工程師
出品：中國科協科普部
監制：中國科學技術出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司
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