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加州大火,谁之过? 马力
这些天加州洛杉矶地区发生了四十年来最大的山火,造成史上最大的破坏和损失。一万多家豪宅被毁坏,已经发现的受难人数有二十多人。初步估计损失高达近六百亿元。到目前为止,大火还没有最后熄灭。人们都在问,引起大火的原因是什么?所有与个人或设施有关的因素都在调查中。这里只说说与自然和气候变化有关的原因,分为近因和远因两部分来说。
一、近因
近因很简单就是大家都会想到的焚风(foehn)。名称来自拉丁语favonius, 即温暖的西风。焚风是一种温度远高于周围大气的干热下山气流,有山的地方就会有,且不一定是西风。引发洛杉矶山火的焚风主要是来自东北方向,流经圣安娜峡谷后,从洛杉矶东侧的海岸山脉吹下来的圣塔安娜风(Santa Ana winds)。焚风形成的原理上网很容易查到,但有不少术语。这里就简单说一下。
当气流翻越高山时,在迎风坡上升,所受的气压越来越小(气压是受体上面空气柱的重量)。这时气流膨胀对外做功使得温度下降,大约每上升一百米温度下降一摄氏度。这与压缩机的工作原理相似,因能量守恒压缩时升温,扩张时降温。上升气流在温度下降至露点后达到水汽饱和的状态,所含的水汽开始凝结成水离开气流。这就使气流变得干燥。同时由于水汽凝结时会释放凝结潜热,当饱和气流继续上升时温度下降减少(记住这一提示)。
气流到达山顶后从背风坡下降进入升压阶段。同样根据压缩机原理,气流受压后致使温度跟着升高1C/100米。温度越高相对湿度越小气流越干燥。干躁的空气在下降了相同的高度后温度会大于上升前的温度(对应之前的提示),于是就形成了干燥又高温的下沉气流,叫做焚风。焚风吹过易燃物或火苗时就很容易引发大火。
二、远因
那么这次的洛杉矶大火为什么如此强大,且发生在冬季呢?这就不能不提到引发这次大火的远因。2018年8月11日我在本网发表的副热带焚风下的全球火炉中提到了全球焚风和山火增加与气候异常有关。没想到就在不到三个月后的11月8日,洛杉矶北部的比尤特县发生了当时史上最具破坏性的山火,整个天堂鎮化为废墟,超过300人死亡和失踪。
在那篇文章里,我明确指出当今地球的气候异常与二氧化碳等温室气体没有关系,因为其作用远远小于人类的其他破坏行为,比如工业化对地表热容量的破坏和改变,尤其是对热带雨林的破坏,直接导致了地球大气的环流异常。在更早的文章欲救今之寰球,舍我其谁也(2009 ,2010年修改后转载在香港的刊物上)中,还详细描述过这些气候异常所具有的某些特征。为了方便读者现将这些特征转录如下:
“这一真实原因导致的气候异常将会使亚欧大陆和美洲大陆东岸降水增多,而西岸日渐干燥。由于是单波异常,这些气候反常不一定同时在两大陆两岸出现。美国加州近年来山火增多实际上是美洲西部沙漠化的表现,只是还没有其他人认识到这一点。
这一原因造成的气候异常远比二氧化碳的作用快很多,并且还在加速进行中。人类也许只有短短一、二十年的时间能有效阻止这一过程。二氧化碳增多造成的大气增温具有负反馈机制,使增温在一定程度上终止下来。但这一原因造成的增温没有负反馈机制,故不会自行终止。所造成的气候异常反会使人类进一步加速这一过程。”
鉴于气候问题的严重性和紧迫性,我2015年在加州沙漠化,谁之过? 中再次描述了气候变化的特征。
三、详解
造成气候异常的原因在副热带焚风下的全球火炉中就已经说明,即全球工业化对热带雨林的破坏。这加强了哈得来环流和副热带高压,进而产生南加州地区的高温干旱天气和沙漠化。说这些是希望人类能够停止改变热带地区亿万年来形成的气候平衡机制。然而今天全球化已经进入到低纬度国家,对热带地区自然平衡的破坏正在加速,气候异化的速度也随之加快。现在就对这一过程加以更详细的说明。
热带地区是保护地球气候最重要的心脏地区。推动全球大气环流的第一动力源自热带地区的能量转换,在那里太阳辐射被转化成大气运动的最初动力。受热的空气在赤道附近上升,到达高处后因扩张冷却失去浮力而转向朝着两极方向的水平运动。接着在地转偏向力(一种惯性力Coriolis force)的作用下变成西风气流,并因质量堆积压力加大而在副热带地区开始下沉,在对流层下部和地面形成通常所说的副热带高压。下沉气流接近地面后又流回赤道。这就形成了一个完整的经圈环流,称为哈得来环流。赤道地区的地表温度越高,哈得来环流越强,达到的纬度也越高。
哈得来环流中上升后又下沉的气流像不像前面说得焚风?所以我把副热带高压比喻成焚风高压。有些地方没有山脉也会在副热带高压下出现干旱和山火。在理论上哈得来环流和其产物副热带高压应该是围绕着地球维度均匀分布的。但由于大陆与海洋分布不均,地表温度和磨擦力的分布也是不均的。比如在冬季海洋表面的温度大于陆地,到夏季则相反。于是从长期平均来看,副热带高压在中维度大陆的西侧较强存在时间也较长。而在大陆东侧通常较弱甚至是低压所在。这一结果也可以通过解偏微分方程组获得。于是大陆西侧高温干旱的天气多,沙漠地带也多在西侧。而东侧则降水量相对较大。
当热带雨林遭到大面积破坏后,赤道地区地面温度升高长波辐射增强,气温也随之升高哈得来环流加强。结果就是大陆西侧的副热带高压加强且滞留时间更长。增强的高压会进一步减少降水量,更经常出现高温和干旱的天气,加重了原先的沙漠化倾向。不言而喻,焚风和山火也会增多增强,山火面积扩大季节拉长。比如有山火时洛杉矶就经常处在副热带高压的南侧。那里的东风(高压附近是顺时针的风向)穿过海岸山脉的圣安娜峡谷后,沿着峡谷走向变成东北风,并在背风坡下沉产生焚风引发洛杉矶山火。
当哈得来环流和副热带高压特别强时,高温干旱的地区还会延伸到大陆东部。比如2024年美国经历了一个创纪录的夏天,大部分地区普遍干旱。增强的热带环流还能加强热带地区的厄尔尼诺(El Nino)和拉尼娜(La Nina)现象,造成2024年上半年南加州雨量的异常增加,植物生长茂盛。到下半年才转成有记录以来最干燥的天气,这种极端气候的年中切换推迟了山火的爆发,也聚集了大量枯萎的草木树叶为大火提供了充分的燃料。
四、谁之过
不管读者的看法如何,我想说的是这次加州大火是天之过,也是人之过。天之过就是气候异常造成南加州地区降水量减少,干旱加重,焚风加强和山火增多。但气候异常是人类的工业化改变了热带地表热容量所造成了。热带植被和雨林被改造成城市和工业园区后,地表的比热减小温度升高,强化了哈得来环流和副热带高压,最后造成了南加州地区和全球的气候异常。这就是人之过或人之祸。除此以外,自私的人类为了一己之私无视有识之士的忠告,甚至排斥和打击不同意见者。抱着从未被证明的假说和偏见,白白错过了拯救气候变化的各种机会,至今还在加速气候异化的进程。贪婪愚昧和傲慢的人类终将自食其恶果,逃不脱大自然的惩罚。
“最后的审判,公允而恰当”。
—— Emily Dickinson
后记:
本文的目的是希望大家正确认识当今越演越烈的气候异化和其原因,解放思想实事求是,重视证据减少偏见,以实践和事实,而不是权威和书本,为科学的标准.好巧不巧,美国新任总统特朗普于1月20日上任第一天就签署了行政命令,宣布美国将再次退出应对气候变化的《巴黎协定》。相信这与本文无关.本人认为与其退出,不如利用美国强大的经济和科研实力,加强对地球气候异常的研究,找到应对气候变化的正确途径.消极应对同样与事无补.