去年我们还在谈论美国加州长达3年的干旱，以及加州为此进行的政策调整和节水黑科技，然而这个史诗般的干旱在这个冬季已经成为往事，大坝危急，大水围城，一个洪涝频繁的时代大幕可能已经悄然拉开了，这不得不提这个冬季频繁的—— 菠萝快车 

　　什么是菠萝快车？

　　这里说的菠萝快车（pineapple express），并不是塞斯·罗根和詹姆斯·弗兰科主演的电影《菠萝快车》（大卫·戈登·格林执导，2008年8月6日在美国上映），在那个电影里“菠萝快车”是一种新品种大麻，抽了后估计会像飙快车一样，马上进入自high的快车道。 

　　这里所说的“菠萝快车”特指一种天气现象，经常出现在美国的新闻播报里，与这个天气相联系的是每年冬季来自夏威夷岛（太平洋中东部热带低纬度地区）附近持久而强烈的暖湿气流，这股强劲的暖湿气流带来美国西海岸地区大范围的强降雨、洪涝、山体滑坡和泥石流灾害，估计因为夏威夷岛这个季节附近盛产菠萝，所以得名。 

　　菠萝快车是指从热带中东太平洋向美国西海岸一直细长而强劲的水汽输送带，给美国西部到来暴雨、洪涝、山体滑坡和泥石流等灾害。

　　有人认为菠萝快车这个词是来自于上面的电影，其实这个词在上世纪70年代就出现和被使用了，和嬉皮士们向美国西部进军历史差不多一样长。 

　　那时候卫星云图第一次展现了地球大气中水汽和云的流动走向，在加州冬季暴雨时，卫星云图上清楚的显示有细长的云系从夏威夷一直延伸到美国西海岸，所到之地暴雨成灾、山体滑坡和泥石流爆发，美国西海岸（也许是西雅图）的某位气象学家发明了这一词汇，从而成为新闻媒体报道中的常见词汇，虽然形象，但是很多情况下，使用的时候都得给大家解释一下，反倒是增加了麻烦。 

　　菠萝快车并不是一个正宗的专业词汇，更专业一点的词汇是大气河“Atmospheric River”，当然大气河也是一个比喻，但是适用范围更广泛，指的是大气中细长而强劲的水汽输送过程，大气河在全球各地都有，从这个意义上来讲，菠萝快车是大气河在美国西海岸的特例。 

　　菠萝快车的水汽输送主要来自于低空急流，高度在1至2.5公里，宽度大约300公里，可绵延5000~6000公里，携带的水量甚至达到美国最大的河流密西西比河流量（近河口处年平均流量达1.88万立方米/秒）的20倍以上，因此这个“快车”所到之地一般都会下暴雨，带来洪灾和泥石流等。 

　　进入2017年2月以后，位于北加州的美国最高的奥罗维尔水坝出现险情，2月12日，政府紧急撤离近20万当地居民，这迅速成为热点新闻，尽管这与水坝等基础设施年久失修有关，但是近期几次强暴雨过程造成水位上涨超过最高点则是直接原因，在这几次暴雨背后，菠萝快车都是暴雨的来源。 

　　2017年2月18日，美国加州威廉姆斯镇，洪水约过80号洲际公路，造成交通中断

　　2017年2月17日，美国加州森瓦利

　　2017年2月21日，美国加州圣何塞，洪水淹没社区

　　这边水坝险情还未彻底解除，加州洛杉矶地区2月17日开始又遭受新一轮暴风雨袭击，暴风雨范围向北延伸到700公里外的旧金山，向南延伸到300公里外属于科罗拉多沙漠的因皮里尔山谷。截至当地时间18日晚，洛杉矶及周边城市降水量都达到了80毫米至150毫米左右。一些城市由于排水系统老旧形成严重积水，水深超过250毫米。 

　　截至19日，至少有5人因风暴死亡，3人死于交通事故，1人被倒下的路边树木砸死，另一人死于触电，狂风和降雨引发山洪和泥石流爆发，导致部分地区交通（州内17、35、12、1、84、9、152号公路和80号州际公路）和电力供应中断，在洛杉矶地区就造成8万多户居民断电。 

　　所幸，这次暴雨过程奥罗维尔水坝为受影响，更让当地人长嘘一口气的是，加州地区完全摆脱了自2014年1月以来的严重旱情。加州人民奔走相告，咱家以后草坪可以敞开浇水了….，美国媒体认为，这长达3年的史诗般的干旱结束，也许后面狂风暴雨洪水泛滥的序幕才开正式打开。 

　　这并不是菠萝快车第一次发威，其实每年这个快车都会带来暴雨，只是今年似乎历史罕见的强悍。 

　　威力强大的菠萝快车 

　　菠萝快车强大的水汽输送

　　1952年的时候，那时候还没有菠萝快车的概念，那时候的叫法是“夏威夷风暴”（Hawaiian Storm）。1952年1月第2周，一系列夏威夷风暴横扫北加州，导致湾区大范围洪灾，这场暴雨还席卷了内华达山区，造成连接芝加哥和加州奥克兰的旧金山号火车（city of San Francisco）被困。 

　　2005年，南加州从1月7日开始，连下5天暴雨，这是自1997年以来最大的暴雨事件，造成大范围的泥石流和洪涝，其中在美国加州可恩郡摩罗戈谷北部的沙漠里也降下了230毫米的降雨，在朝南和朝西南的山口地区，降水更是夸张，在加州的圣巴巴拉郡圣马科斯山口的过程降水量达到了624毫米，在洛杉矶的圣盖博山（San Gabriel Mountains）降水更是达到了夸张的803毫米。 

　　整个北美的西海岸基本上都是菠萝快车的袭击范围，从北部的加拿大南部到南部的墨西哥地区，2006年11月，数次菠萝快车过程袭击从加拿大温哥华到华盛顿奥林匹亚的广大地区，在长达一月时间里，反复折腾这一片区域，普吉特海湾地区的山口被迫关闭，暴雨也使得华盛顿州格拉尼特福尔斯（Granite Falls）的斯蒂拉瓜密什河(Stillaguamish River)洪水暴涨，各水库不得不启动紧急泄洪道，各个泄洪道都以最大的的泄洪能力泄洪。

　　2006年11月6日，美国华盛顿州格拉尼特福尔斯（Granite Falls）的斯蒂拉瓜密什河(Stillaguamish River)洪水暴涨

　　2010年12月，一次强大的菠萝快车过程又来，在12月15日到22日的一周内，给洛杉矶的圣盖博山（San Gabriel Mountains）带来610毫米的降水，在内华达的山区更是带来深达4米的积雪，整个加州都深受影响，尤其是南部诸县（圣贝纳迪诺县、橙县、圣地亚哥和洛杉矶）饱受洪水和泥石流影响。 

　　2014年12月，北加州遭受菠萝快车袭击，导致大范围洪水、大风和暴风雪，美国国家气象局自2008年以来首次对内华达北部地区发布暴风雪预警，暴风雪造成了5万人断电，是过去4年里最强大的冬季暴风雪，在洛杉矶同时还引起了一次龙卷过程，所幸这次龙卷只有EF0级，并未造成人员伤亡，不过在湾区很少有龙卷（洛杉矶上一次龙卷要追溯到1983年），看着房顶四处乱飞，加州人民可是震惊空前。

　　2014年12月12日，洛杉矶一次EF0级龙卷过程

　　影响菠萝快车的主要因子 

　　菠萝快车的低空急流经常穿越北美西海岸的大片区域，中心位置位于45oN附近（美国俄勒冈州波特兰市附近）。菠萝快车一般发生在强烈发展的温带气旋的东南侧锋面区域，尤其是当中纬度地区的风暴轴位置偏南时，中纬度气旋锋面的南端更有可能延伸到热带，从而将热带的暖湿空气向东北方向输送到北美的西海岸。因此菠萝快车主要发生在10月份到4月份之间，绝大多数发生在1月份和2月份。在这些月份中，平均来看，北太平洋的急流和风暴轴在它们最南端的位置。 

　　从季节内时间尺度来看，菠萝快车受MJO过程的影响，在菠萝快车发生的7-10天前，伴随MJO的东移，热带强对流区到达热带西太平洋，一条水汽带从热带西太平洋斜伸向夏威夷岛，同时一般在阿拉斯加海湾存在一个强的阻塞高压，在阻塞高压的北侧有强的极锋急流。随着MJO的强对流区东移到日界线附近并减弱，伴随的云团进一步向东北方向延伸并穿过夏威夷岛。原来在阿拉斯加海湾的阻塞高压西移并减弱。极锋急流分裂为两支，伴随着南支西风的加强。热带和热带外环流的相互作用，使得中纬度的低压槽得以利用热带的水汽带。MJO继续减弱东移，水汽不断补充进入位于北美西海岸的低压槽中。水汽的输送，适宜的天气条件和山脉的抬升造成强降水，随即可能造成洪水、滑坡或者泥石流等危害。 

　　MJO过程影响菠萝快车事件的示意图

　　在年际和年代际时间尺度上，ENSO和PDO对菠萝快车事件有一定的影响，研究表明，基本在每个El Ni？o冬季都能产生至少一个菠萝快车事件，而La Ni？a冬季中则有将近一半的冬季没有发生菠萝快车事件。并且有强烈菠萝快车发生的4-5个冬季都发生在PDO的正位相期间，这可能与PDO正位相期间北太平洋的西风带和风暴轴更加偏南有关。 

    菠萝快车未来如何变化 

　　大气河是大气中细长而强劲的时期输送通道，尽管其宽度仅占总纬圈的10%，但是其输送的水汽占到中低纬度像极方向输送水汽总量的90%，在中纬度地区，极端暴雨过程（降雨量是最强的2%的强天气过程）有30~50%都与大气和密切相关，如果对欧洲地区做一个统计，过去20年有19次最强的风暴过程，每次风暴过程都造成至少10亿美元的经济损失，这19次风暴有14次与大气河过程密不可分。 

　　因此大气河未来变化特征如何，将决定整个地球气候系统中的水循环和能量输送特征，其活动与极端天气过程密切相关，大气河的变化也会决定未来极端事件出现的频次和强度。 

　　在可以预计的未来，直到本世纪末期，如果没有意外（一些列强火山活动或者小行星撞击等）事件发生，全球气温变暖将是本世纪的主旋律，到世纪末的增暖幅度多半会超过2度（中等排放的RCP4.5情形），根据CC（Clausius-Clapeyron）关系，当大气温度增加时，大气中的水汽含量必然增加，与之对应会有副热带地区的蒸发增加，因此大气河的水汽输送量会随之增加，可以预计会带来极端事件强度的增加。这得到了多个数值模拟结果的印证，这些结果一直认为未来在全球变暖的背景下，大气河过程的频次和强度都会增加。 

　　比如Christine A. Shields和Jeffrey T. Kiehl在2016年7月在GRL发表了研究成果，利用高精度（全球半度）的CCSM4耦合模型模拟了直到世纪末的菠萝快车事件频次和强度变化，结果表明登陆北美西海岸的菠萝快车事件引起的降水无论持续时间和强度都有显著的增加，这将必然给美国西海岸带来极大的威胁。 

　　美国加州四个地区的降水频次在20世纪末（黑色）和21世纪末（红色）的变化情况，很明显小雨的频次降低，而大雨的频次有很大增加。图片来自于Christine and Jeffrey (2016) 

　　与全球变暖相对应，菠萝快车过程造成的极端天气事件可能会屡创新纪录，届时当一次百年一遇的超级菠萝快车袭来，造成创纪录的暴雨、强风、大面积洪水、泥石流和山体滑坡，造成的经济损失可能超过数千亿美元，这样的损失甚至超过一次大地震所能造成的灾难损失。 

　　尽管创纪录的全球变暖可能是数十年之后的事情，至少现在加州地区已经见识到了菠萝快车的威力了，一方面加紧检修危急中的大坝，另一方面应对频繁发生的滑坡泥石流，持续三年的干旱顿时成为了往事，而下一个洪涝频繁的时代大幕可能已经悄然拉开了。未来当海表升温、El Nino事件与MJO等过程叠加的时候，必然会产生令人恐惧和战栗的超级菠萝快车，让我们拭目以待吧。 

　　菠萝快车专指影响北美西海岸的大气河，是导致这一地区冬季强暴雨天气的主要系统，对应这一地区的极端天气过程。在世界其他地区，大气河依然存在，也会给其他地区带来水汽输送和强降水过程。在干旱季节，大气河的到来是缓解干旱过程的最迅捷系统，然而当雨量过多时，则会引起洪涝、山体滑坡和泥石流等灾害。 

　　对于我国而言，在夏季雨季期间，存在一支西南低空气流，这只低空气流携带有低纬度地区的充沛水汽，因此也存在我国上空的大气河过程。对这一大气河的动力结构、气候态统计特征、极端过程分析、数值模拟和未来变化的预测，还是大有可为的研究领域。 

　　作者：魏 科 

　　中科院大气物理研究所 季风系统研究中心（CMSR）研究员 

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