美國超級寒潮的原因,找到了!

2021年1月初,受北極極地渦旋出現分裂、南移的影響,中國從北方開始出現寒潮,所到之處氣溫驟降,北京甚至出現了1966年以來的最低氣溫,伴隨著刺骨的寒風,進一步降低了體感溫度,讓室外行走都成為了一種折磨。

那幾天相當要命,仿佛把北極搬到了北方

伴隨著大風,體感溫度還要低得多

(2021年年初的超級寒潮)▼

好在因為當時南方的濕潤空氣北上受阻,沒有形成降雪,對於供電、交通、能源供應還算是不幸中的萬幸。寒潮加暴風雪的次生災害最終也沒有在中國北方大規模出現。

可能隻有俄國人對此是習以為常的

(2021年2月13日,莫斯科)

(圖:shutterstock)▼

而從2021年2月初開始,美國也陸續出現數次降溫,範圍近乎波及整片中部地區。其實這已經不是美國近年來第一次遭遇嚴重寒潮,在2019年1月整片五大湖地區的平均氣溫降至-34℃至-40℃,不少市鎮出現了創紀錄的低溫。

2019年1月27日的北美五大湖,寒冷徹骨

(圖:NASA)▼

今年的寒潮讓美國很多地區的低溫再創新低,其中受寒潮波及嚴重的地區,甚至包括美國南部靠近墨西哥灣的得克薩斯州。

時隔兩年,橫跨東西半球的三次寒潮背後有同一個關鍵因素的影響——極地渦旋。

寒潮下的得克薩斯州(緯度相當於中國湖北)

(衛星圖:NOAA)▼

極地渦旋的新家

地球不同緯度接受的太陽輻射量不同,低緯地區能受到太陽直射,氣溫高,地表氣壓低,而高緯度氣溫較低,地表氣壓高,平流層附近氣壓卻較低,這導致極地高空出現巨大的寒冷的渦旋。

渦旋可以將極地溫度極低且密度較大的空氣,一直通向上空的平流層,就像無形的彈力繩“束縛”著冷空氣,把冷空氣限製在極地地區。

相當於打了個封印,雖然不那麽牢靠▼

南北極都有極地渦旋,南極因為存在較為規則的南極大陸,而四周為海洋,所以南極的渦旋中心較為穩定,通常靠近南極點。而北極因為陸地分布不規律,北極點位於北冰洋中,而海陸熱力差異又導致陸地在冬季時氣溫更低,所以北極渦旋也相對呈狹長狀,中心分布於西伯利亞北部和巴芬島上空兩個區域。

南極點在陸上而北極點在海上

北冰洋周邊環境也複雜得多▼

受地球高低緯度之間的氣壓差的影響,極地與赤道的溫差越大,極地渦旋也就越穩定,越能將冷空氣鎖定在極地。可是近年來,全球變暖海冰消融,北大西洋和北太平洋水溫升高,北極渦旋開始出現分裂趨勢。在洋流和大氣環流的綜合影響下,南方的溫暖空氣會向北移動,“擠壓”北極冷氣團,甚至將其“擠”出多個中心,並在不穩定的情況下向南移動。

相當於分出好多條北海龍王

每一條南下都是一次大寒潮

(圖片:NOAA)▼

西半球的北極冷渦中心巴芬島位於加拿大東北部。這裏與美國之間僅有哈得孫灣、哈得孫沿岸平原與五大湖相隔,地勢一馬平川,並不能有效阻礙寒潮南下。

這個時候就看出阿巴拉契亞山脈的作用了

(2019年1月寒潮南下)

(圖:NOAA)▼

近年來氣候變化日益明顯,北極海冰持續減少,北極冷渦變得很不穩定,巴芬島上空的冷渦中心經常南下到五大洲周邊地區和美國東北部,在北美的人口密集地區肆虐。而美國的中央大平原同樣地勢低平,有利於寒潮的進一步南下,冷空氣常常得以貫穿全美,美國自然深受其害。

也就是說在駐巴芬島北海龍王麵前

從哈得孫灣到墨西哥灣,幾乎無險可守

南北向的密西西比河上空,寒流可以肆意流淌

(底圖:shutterstock)▼

每次冷渦一到,美國各地降溫幅度也非常誇張。今年1月,其在北京創造的最低溫度是-19℃,而五大湖周邊受寒潮影響時,則動輒出現-30℃的低溫。南下的冷渦除了帶來低溫,還與哈得孫灣與五大湖的水汽碰撞,導致大規模降雪、道路結冰、凍雨等次生災害,為交通、供電、農業帶來巨大壓力。

2月19日早晨的低溫美國

圖中溫度應為華氏度,1華氏度相當於-17.22攝氏度

所以-10華氏度,相當於-27攝氏度,相當冷了

(圖:NOAA)▼

換句話講,冷渦為美國帶來的除了“冷”,還有“凍”。

美國這一次寒潮範圍之廣也實屬罕見,從加拿大邊界的聖勞倫斯河到墨西哥邊界的裏奧格蘭德河,美國本土領土從北至南近2000英裏的廣袤土地被寒潮貫穿,普遍遭遇降溫。1.54億美國人可能受到寒潮的影響,位於平原地帶的亞拉巴馬州、俄克拉荷馬州、堪薩斯州、肯塔基州、密西西比州和得克薩斯州先後發布了緊急聲明。

相當於得克薩斯可以和阿拉斯加一個溫度

免費體驗了一把北極

(2月15日北美氣溫,圖:NASA)▼

極寒氣候下的能源危機

近幾天,寒潮裹挾的水汽為美國北部從阿肯色州到紐約州北部,以及南部的得克薩斯州部分地區帶來15-30厘米的積雪。當強風刮起積雪,行人的視線會受到嚴重影響,道路結冰又讓行車的安全性大大降低,在短短的幾天中,就有15人死於交通事故。

本來以為開春了,沒想到又加強版入冬了

(得克薩斯州-麥金尼,圖:shutterstock)▼

仙人掌表示:我是誰、我在哪、這是啥

(得克薩斯州-奧斯汀,圖:shutterstock)▼

暴風雪不但為東北部和大湖旁邊的中西部帶來了影響交通的積雪,還導致數百座城市出現創紀錄的低溫。人們隻能躲在家中,用取暖器愜意片刻。然而當幾百座城市的居民都想在同一時間“愜意一下”的時候,能源需求卻成倍暴增了。

特別是考慮到美國郊區城市化的現狀,每戶人家供暖所需的燃料數量都會比公寓樓更多,聚沙成塔的消耗為能源供應帶來的壓力也不能小覷。

能源重鎮得克薩斯州表示毫無壓力,燃料要多少有多少▼

偏偏在這樣的關鍵時刻,不少能源的供給、運輸企業掉了鏈子。

近年來美國的原油自給率油波動上升,然而這次寒潮導致一些油井隻能暫時關閉,已經讓能源安全跛了一隻腳。此外,美國逐漸重視環保問題,天然氣取暖爐成為重要的取暖器,然而中部地區卻出現了大量天然氣管道被凍裂的情況。

這種天氣狀況換俄國人早就見怪不怪

對美國人就很突發了

(圖:shutterstock)▼

不但一次能源出現緊缺,作為現代社會基礎的電力,也出現了嚴重的供應問題。部分州大力推動清潔能源建設,讓風力渦輪機成為重要的電力來源,然而凍雨讓風力渦輪機凍結,大大影響了風力發電的效率。

這些不利因素綜合在一起,導致至少14個州出現了大規模停電,截至2月15日有510萬戶美國人遭遇停電問題。

得克薩斯州經濟發達,人口眾多,不但集中了眾多耗能巨大的工礦類、煉化類企業,還因為良好的投資環境,在近年來吸引了不少逃離矽穀的科技公司,成為人口新的人口流入區,日常耗電量巨大。

得克薩斯州有著著名的油氣帶

長期不缺能源不缺電,用起來也是大手大腳

(圖:https://eaglefordshale.com/)▼▼

正因地處中部地區,受到本次寒流影響,70%人口生活在可能受到寒潮影響的區域,德州成為這次大停電的重災區。全州電力供應一時減少了四成,批發電價飆升至每兆瓦時9000美元,到達了最高限價價格。

然而從這幾天時間德州居民遭遇的230萬次停電來看,恐怕大家是有錢也買不到電。

得克薩斯州-休斯敦大麵積停電

(上圖:2月7日,下圖:2月16日,圖:NASA)▼

暴風雪暴露的結構問題

停電不但意味著停電本身,還意味著停水、斷網,雖然德州麵對電力緊缺的情況試圖用間歇停電的辦法保障自來水供應,但是數小時停水本身已經讓不少水管出現了凍結、甚至開裂的情況。不少德州人一度過上了取暖靠壁爐,幾戶分享一個水源的傳統清教徒生活。

德州麵對寒潮偷襲顯得尤為無力,與它的特殊性有關。孤星州長期自視為準國家,並對州內對電網的掌控能力引以為傲。羅斯福新政時期試圖整合美國的電網,但是得克薩斯州並未參與其中,這導致如今美國本土的電網由三部分組成,即西部電網、東部電網和得克薩斯州電網。

除了這三個外,北美還有阿拉斯加電網和魁北克電網

最大的是東部和西部

(圖:wikipedia)▼

獨立性讓德州電網的布局有了更高的靈活性,避免了聯邦的過度幹預,長期保持著低電價。但這並不是沒有代價的,在大天災麵前,弱小的德州電網獨木難支,而東、西電網卻難以施以援手。

得克薩斯州電力可靠性委員會(ERCOT)是運營得克薩斯州電網的獨立組織,理論上講這是一個由專家、工程師獨立運營的機構,本應保障德州的電力供應,然而他們顯然對本次寒潮準備不足,應對與回複產能的工作也明顯滯後。

兩千多萬人口的用電由他們來保障

(圖:wikipedia)▼

沒有對比就沒有傷害,在德州電網控製的90%的電力供應之外,其餘10%在東、西電網協調下供電的網絡,不久陸續恢複了供電秩序。更讓公眾感到憤怒的是,ERCOT主席住在密歇根州,副主席住在加州,完全不受爛攤子的影響。德州長與州議會商議,準備在下周對這一組織進行調查,掀起一場美國能源界的重要改革也未可知。

遠水不解近渴,怎麽審判這些懶政之輩是後話,眼下最重要的是解決人民的用電困難。得克薩斯州的首席能源監管機構召集了一次緊急會議,準備在全州範圍內分配天然氣,優先醫院、學校、教堂和住宅的天然氣供應,抑製工業部門的天然氣消耗。州政府還出動國民警衛隊進行福利檢查派遣資源。

也是美國南方大學打雪仗的機會..

(圖:shutterstock)▼

為了減少降溫可能帶來的死亡,各地也增加了流浪者救助站。這些固然是嚴寒中的溫暖舉動,但是對於改變能源緊缺的大環境則於事無補,看似科技昌明的人類,麵對環境的巨變仍然是無力至極。而且寒潮依舊沒有結束,肯塔基州運輸部長15日時則表示七日內還要麵臨三場風暴。

還是搶購宅家物資要緊

(圖:shutterstock)▼

夏天越來越熱、秋季山火頻繁、而冬季嚴寒頻發也許就是人類不得不麵對的新常態。

大國博弈和國家對立似乎成為了20時代的主旋律,但是21年初跨越一個地球的兩場寒潮,卻源自同一原因,全球同此涼熱。也許在至高無上的國家博弈之上,還有一個越來越難以回避的人類生存環境問題。

參考文獻:

1.https://www.bloomberg.com/news/articles/2021-02-15/how-extreme-cold-turned-into-a-u-s-energy-crisis-quicktake

2.https://edition.cnn.com/2021/02/15/weather/winter-storms-weather-monday/index.html

3.https://edition.cnn.com/2021/02/17/politics/texas-power-grid/index.html

4.https://www.bigcountryhomepage.com/weather/20000-customers-without-power-in-big-country-winter-weather-and-rolling-blackouts-to-blame/

5.https://nymag.com/intelligencer/2021/02/extreme-winter-weather-wreaks-havoc-across-u-s.html

6.https://edition.cnn.com/2021/02/17/weather/texas-winter-storm-wednesday/index.html

*本文內容為作者提供,不代表地球知識局立場

 

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