加州大火,誰之過? 馬力
這些天加州洛杉磯地區發生了四十年來最大的山火,造成史上最大的破壞和損失。一萬多家豪宅被毀壞,已經發現的受難人數有二十多人。初步估計損失高達近六百億元。到目前為止,大火還沒有最後熄滅。人們都在問,引起大火的原因是什麼?所有與個人或設施有關的因素都在調查中。這裡只說說與自然和氣候變化有關的原因,分為近因和遠因兩部分來說。
一、近因
近因很簡單就是大家都會想到的焚風(foehn)。名稱來自拉丁語favonius, 即溫暖的西風。焚風是一種溫度遠高於周圍大氣的乾熱下山氣流,有山的地方就會有,且不一定是西風。引發洛杉磯山火的焚風主要是來自東北方向,流經聖安娜峽谷后,從洛杉磯東側的海岸山脈吹下來的聖塔安娜風(Santa Ana winds)。焚風形成的原理上網很容易查到,但有不少術語。這裡就簡單說一下。

圖上顯示了以大盆地為中心的高氣壓H。順時針方向的反氣旋風從高壓中心流出,
經過南加州的山口和峽谷後下降形成乾燥的東北風,稱為聖安娜風。(圖片來自維基百科)
當氣流翻越高山時,在迎風坡上升,所受的氣壓越來越小(氣壓是受體上面空氣柱的重量)。這時氣流膨脹對外做功使得溫度下降,大約每上升一百米溫度下降一攝氏度。這與壓縮機的工作原理相似,因能量守恆壓縮時升溫,擴張時降溫。上升氣流在溫度下降至露點后達到水汽飽和的狀態,所含的水汽開始凝結成水離開氣流。這就使氣流變得乾燥。同時由於水汽凝結時會釋放凝結潛熱,當飽和氣流繼續上升時溫度下降減少(記住這一提示)。
氣流到達山頂后從背風坡下降進入升壓階段。同樣根據壓縮機原理,氣流受壓后致使溫度跟著升高1C/100米。溫度越高相對濕度越小氣流越乾燥。乾躁的空氣在下降了相同的高度后溫度會大於上升前的溫度(對應之前的提示),於是就形成了乾燥又高溫的下沉氣流,叫做焚風。焚風吹過易燃物或火苗時就很容易引發大火。
二、遠因
那麼這次的洛杉磯大火為什麼如此強大,且發生在冬季呢?這就不能不提到引發這次大火的遠因。2018年8月11日我在本網發表的副熱帶焚風下的全球火爐中提到了全球焚風和山火增加與氣候異常有關。沒想到就在不到三個月後的11月8日,洛杉磯北部的比尤特縣發生了當時史上最具破壞性的山火,整個天堂鎮化為廢墟,超過300人死亡和失蹤。
在那篇文章里,我明確指出當今地球的氣候異常與二氧化碳等溫室氣體沒有關係,因為其作用遠遠小於人類的其他破壞行為,比如工業化對地表熱容量的破壞和改變,尤其是對熱帶雨林的破壞,直接導致了地球大氣的環流異常。在更早的文章欲救今之寰球,捨我其誰也(2009 ,2010年修改後轉載在香港的刊物上)中,還詳細描述過這些氣候異常所具有的某些特徵。為了方便讀者現將這些特徵轉錄如下:
「這一真實原因導致的氣候異常將會使亞歐大陸和美洲大陸東岸降水增多,而西岸日漸乾燥。由於是單波異常,這些氣候反常不一定同時在兩大陸兩岸出現。美國加州近年來山火增多實際上是美洲西部沙漠化的表現,只是還沒有其他人認識到這一點。
這一原因造成的氣候異常遠比二氧化碳的作用快很多,並且還在加速進行中。人類也許只有短短一、二十年的時間能有效阻止這一過程。二氧化碳增多造成的大氣增溫具有負反饋機制,使增溫在一定程度上終止下來。但這一原因造成的增溫沒有負反饋機制,故不會自行終止。所造成的氣候異常反會使人類進一步加速這一過程。」
鑒於氣候問題的嚴重性和緊迫性,我2015年在加州沙漠化,誰之過? 中再次描述了氣候變化的特徵。
三、詳解
造成氣候異常的原因在副熱帶焚風下的全球火爐中就已經說明,即全球工業化對熱帶雨林的破壞。這加強了哈得來環流和副熱帶高壓,進而產生南加州地區的高溫乾旱天氣和沙漠化。說這些是希望人類能夠停止改變熱帶地區億萬年來形成的氣候平衡機制。然而今天全球化已經進入到低緯度國家,對熱帶地區自然平衡的破壞正在加速,氣候異化的速度也隨之加快。現在就對這一過程加以更詳細的說明。
熱帶地區是保護地球氣候最重要的心臟地區。推動全球大氣環流的第一動力源自熱帶地區的能量轉換,在那裡太陽輻射被轉化成大氣運動的最初動力。受熱的空氣在赤道附近上升,到達高處后因擴張冷卻失去浮力而轉向朝著兩極方向的水平運動。接著在地轉偏向力(一種慣性力Coriolis force)的作用下變成西風氣流,並因質量堆積壓力加大而在副熱帶地區開始下沉,在對流層下部和地面形成通常所說的副熱帶高壓。下沉氣流接近地面后又流回赤道。這就形成了一個完整的經圈環流,稱為哈得來環流。赤道地區的地表溫度越高,哈得來環流越強,達到的緯度也越高。
哈得來環流中上升后又下沉的氣流像不像前面說得焚風?所以我把副熱帶高壓比喻成焚風高壓。有些地方沒有山脈也會在副熱帶高壓下出現乾旱和山火。在理論上哈得來環流和其產物副熱帶高壓應該是圍繞著地球維度均勻分佈的。但由於大陸與海洋分佈不均,地表溫度和磨擦力的分佈也是不均的。比如在冬季海洋表面的溫度大於陸地,到夏季則相反。於是從長期平均來看,副熱帶高壓在中維度大陸的西側較強存在時間也較長。而在大陸東側通常較弱甚至是低壓所在。這一結果也可以通過解偏微分方程組獲得。於是大陸西側高溫乾旱的天氣多,沙漠地帶也多在西側。而東側則降水量相對較大。
當熱帶雨林遭到大面積破壞后,赤道地區地面溫度升高長波輻射增強,氣溫也隨之升高哈得來環流加強。結果就是大陸西側的副熱帶高壓加強且滯留時間更長。增強的高壓會進一步減少降水量,更經常出現高溫和乾旱的天氣,加重了原先的沙漠化傾向。不言而喻,焚風和山火也會增多增強,山火面積擴大季節拉長。比如有山火時洛杉磯就經常處在副熱帶高壓的南側。那裡的東風(高壓附近是順時針的風向)穿過海岸山脈的聖安娜峽谷后,沿著峽谷走向變成東北風,並在背風坡下沉產生焚風引發洛杉磯山火。
當哈得來環流和副熱帶高壓特彆強時,高溫乾旱的地區還會延伸到大陸東部。比如2024年美國經歷了一個創紀錄的夏天,大部分地區普遍乾旱。增強的熱帶環流還能加強熱帶地區的厄爾尼諾(El Nino)和拉尼娜(La Nina)現象,造成2024年上半年南加州雨量的異常增加,植物生長茂盛。到下半年才轉成有記錄以來最乾燥的天氣,這種極端氣候的年中切換推遲了山火的爆發,也聚集了大量枯萎的草木樹葉為大火提供了充分的燃料。
四、誰之過
不管讀者的看法如何,我想說的是這次加州大火是天之過,也是人之過。天之過就是氣候異常造成南加州地區降水量減少,乾旱加重,焚風加強和山火增多。但氣候異常是人類的工業化改變了熱帶地表熱容量所造成了。熱帶植被和雨林被改造成城市和工業園區后,地表的比熱減小溫度升高,強化了哈得來環流和副熱帶高壓,最後造成了南加州地區和全球的氣候異常。這就是人之過或人之禍。除此以外,自私的人類為了一己之私無視有識之士的忠告,甚至排斥和打擊不同意見者。抱著從未被證明的假說和偏見,白白錯過了拯救氣候變化的各種機會,至今還在加速氣候異化的進程。貪婪愚昧和傲慢的人類終將自食其惡果,逃不脫大自然的懲罰。
「最後的審判,公允而恰當」。
—— Emily Dickinson
後記:
本文的目的是希望大家正確認識當今越演越烈的氣候異化和其原因,解放思想實事求是,重視證據減少偏見,以實踐和事實,而不是權威和書本,為科學的標準.好巧不巧,美國新任總統特朗普於1月20日上任第一天就簽署了行政命令,宣布美國將再次退出應對氣候變化的《巴黎協定》。相信這與本文無關.本人認為與其退出,不如利用美國強大的經濟和科研實力,加強對地球氣候異常的研究,找到應對氣候變化的正確途徑.消極應對同樣與事無補.