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美国超级寒潮的原因,找到了!

加拿大家园 iask.ca 2021-02-22 13:10 来源: 地球知识局 作者: 点击:

2021年1月初,受北极极地涡旋出现分裂、南移的影响,中国从北方开始出现寒潮,所到之处气温骤降,北京甚至出现了1966年以来的最低气温,伴随着刺骨的寒风,进一步降低了体感温度,让室外行走都成为了一种折磨。

那几天相当要命,仿佛把北极搬到了北方

伴随着大风,体感温度还要低得多

(2021年年初的超级寒潮)▼

好在因为当时南方的湿润空气北上受阻,没有形成降雪,对于供电、交通、能源供应还算是不幸中的万幸。寒潮加暴风雪的次生灾害最终也没有在中国北方大规模出现。

可能只有俄国人对此是习以为常的

(2021年2月13日,莫斯科)

(图:shutterstock)▼

而从2021年2月初开始,美国也陆续出现数次降温,范围近乎波及整片中部地区。其实这已经不是美国近年来第一次遭遇严重寒潮,在2019年1月整片五大湖地区的平均气温降至-34℃至-40℃,不少市镇出现了创纪录的低温。

2019年1月27日的北美五大湖,寒冷彻骨

(图:NASA)▼

今年的寒潮让美国很多地区的低温再创新低,其中受寒潮波及严重的地区,甚至包括美国南部靠近墨西哥湾的得克萨斯州。

时隔两年,横跨东西半球的三次寒潮背后有同一个关键因素的影响——极地涡旋。

寒潮下的得克萨斯州(纬度相当于中国湖北)

(卫星图:NOAA)▼

极地涡旋的新家

地球不同纬度接受的太阳辐射量不同,低纬地区能受到太阳直射,气温高,地表气压低,而高纬度气温较低,地表气压高,平流层附近气压却较低,这导致极地高空出现巨大的寒冷的涡旋。

涡旋可以将极地温度极低且密度较大的空气,一直通向上空的平流层,就像无形的弹力绳“束缚”着冷空气,把冷空气限制在极地地区。

相当于打了个封印,虽然不那么牢靠▼

南北极都有极地涡旋,南极因为存在较为规则的南极大陆,而四周为海洋,所以南极的涡旋中心较为稳定,通常靠近南极点。而北极因为陆地分布不规律,北极点位于北冰洋中,而海陆热力差异又导致陆地在冬季时气温更低,所以北极涡旋也相对呈狭长状,中心分布于西伯利亚北部和巴芬岛上空两个区域。

南极点在陆上而北极点在海上

北冰洋周边环境也复杂得多▼

受地球高低纬度之间的气压差的影响,极地与赤道的温差越大,极地涡旋也就越稳定,越能将冷空气锁定在极地。可是近年来,全球变暖海冰消融,北大西洋和北太平洋水温升高,北极涡旋开始出现分裂趋势。在洋流和大气环流的综合影响下,南方的温暖空气会向北移动,“挤压”北极冷气团,甚至将其“挤”出多个中心,并在不稳定的情况下向南移动。

相当于分出好多条北海龙王

每一条南下都是一次大寒潮

(图片:NOAA)▼

西半球的北极冷涡中心巴芬岛位于加拿大东北部。这里与美国之间仅有哈得孙湾、哈得孙沿岸平原与五大湖相隔,地势一马平川,并不能有效阻碍寒潮南下。

这个时候就看出阿巴拉契亚山脉的作用了

(2019年1月寒潮南下)

(图:NOAA)▼

近年来气候变化日益明显,北极海冰持续减少,北极冷涡变得很不稳定,巴芬岛上空的冷涡中心经常南下到五大洲周边地区和美国东北部,在北美的人口密集地区肆虐。而美国的中央大平原同样地势低平,有利于寒潮的进一步南下,冷空气常常得以贯穿全美,美国自然深受其害。

也就是说在驻巴芬岛北海龙王面前

从哈得孙湾到墨西哥湾,几乎无险可守

南北向的密西西比河上空,寒流可以肆意流淌

(底图:shutterstock)▼

每次冷涡一到,美国各地降温幅度也非常夸张。今年1月,其在北京创造的最低温度是-19℃,而五大湖周边受寒潮影响时,则动辄出现-30℃的低温。南下的冷涡除了带来低温,还与哈得孙湾与五大湖的水汽碰撞,导致大规模降雪、道路结冰、冻雨等次生灾害,为交通、供电、农业带来巨大压力。

2月19日早晨的低温美国

图中温度应为华氏度,1华氏度相当于-17.22摄氏度

所以-10华氏度,相当于-27摄氏度,相当冷了

(图:NOAA)▼

换句话讲,冷涡为美国带来的除了“冷”,还有“冻”。

美国这一次寒潮范围之广也实属罕见,从加拿大边界的圣劳伦斯河到墨西哥边界的里奥格兰德河,美国本土领土从北至南近2000英里的广袤土地被寒潮贯穿,普遍遭遇降温。1.54亿美国人可能受到寒潮的影响,位于平原地带的亚拉巴马州、俄克拉荷马州、堪萨斯州、肯塔基州、密西西比州和得克萨斯州先后发布了紧急声明。

相当于得克萨斯可以和阿拉斯加一个温度

免费体验了一把北极

(2月15日北美气温,图:NASA)▼

极寒气候下的能源危机

近几天,寒潮裹挟的水汽为美国北部从阿肯色州到纽约州北部,以及南部的得克萨斯州部分地区带来15-30厘米的积雪。当强风刮起积雪,行人的视线会受到严重影响,道路结冰又让行车的安全性大大降低,在短短的几天中,就有15人死于交通事故。

本来以为开春了,没想到又加强版入冬了

(得克萨斯州-麦金尼,图:shutterstock)▼

仙人掌表示:我是谁、我在哪、这是啥

(得克萨斯州-奥斯汀,图:shutterstock)▼

暴风雪不但为东北部和大湖旁边的中西部带来了影响交通的积雪,还导致数百座城市出现创纪录的低温。人们只能躲在家中,用取暖器惬意片刻。然而当几百座城市的居民都想在同一时间“惬意一下”的时候,能源需求却成倍暴增了。

特别是考虑到美国郊区城市化的现状,每户人家供暖所需的燃料数量都会比公寓楼更多,聚沙成塔的消耗为能源供应带来的压力也不能小觑。

能源重镇得克萨斯州表示毫无压力,燃料要多少有多少▼

偏偏在这样的关键时刻,不少能源的供给、运输企业掉了链子。

近年来美国的原油自给率油波动上升,然而这次寒潮导致一些油井只能暂时关闭,已经让能源安全跛了一只脚。此外,美国逐渐重视环保问题,天然气取暖炉成为重要的取暖器,然而中部地区却出现了大量天然气管道被冻裂的情况。

这种天气状况换俄国人早就见怪不怪

对美国人就很突发了

(图:shutterstock)▼

不但一次能源出现紧缺,作为现代社会基础的电力,也出现了严重的供应问题。部分州大力推动清洁能源建设,让风力涡轮机成为重要的电力来源,然而冻雨让风力涡轮机冻结,大大影响了风力发电的效率。

这些不利因素综合在一起,导致至少14个州出现了大规模停电,截至2月15日有510万户美国人遭遇停电问题。

得克萨斯州经济发达,人口众多,不但集中了众多耗能巨大的工矿类、炼化类企业,还因为良好的投资环境,在近年来吸引了不少逃离硅谷的科技公司,成为人口新的人口流入区,日常耗电量巨大。

得克萨斯州有着著名的油气带

长期不缺能源不缺电,用起来也是大手大脚

(图:https://eaglefordshale.com/)▼▼

正因地处中部地区,受到本次寒流影响,70%人口生活在可能受到寒潮影响的区域,德州成为这次大停电的重灾区。全州电力供应一时减少了四成,批发电价飙升至每兆瓦时9000美元,到达了最高限价价格。

然而从这几天时间德州居民遭遇的230万次停电来看,恐怕大家是有钱也买不到电。

得克萨斯州-休斯敦大面积停电

(上图:2月7日,下图:2月16日,图:NASA)▼

暴风雪暴露的结构问题

停电不但意味着停电本身,还意味着停水、断网,虽然德州面对电力紧缺的情况试图用间歇停电的办法保障自来水供应,但是数小时停水本身已经让不少水管出现了冻结、甚至开裂的情况。不少德州人一度过上了取暖靠壁炉,几户分享一个水源的传统清教徒生活。

德州面对寒潮偷袭显得尤为无力,与它的特殊性有关。孤星州长期自视为准国家,并对州内对电网的掌控能力引以为傲。罗斯福新政时期试图整合美国的电网,但是得克萨斯州并未参与其中,这导致如今美国本土的电网由三部分组成,即西部电网、东部电网和得克萨斯州电网。

除了这三个外,北美还有阿拉斯加电网和魁北克电网

最大的是东部和西部

(图:wikipedia)▼

独立性让德州电网的布局有了更高的灵活性,避免了联邦的过度干预,长期保持着低电价。但这并不是没有代价的,在大天灾面前,弱小的德州电网独木难支,而东、西电网却难以施以援手。

得克萨斯州电力可靠性委员会(ERCOT)是运营得克萨斯州电网的独立组织,理论上讲这是一个由专家、工程师独立运营的机构,本应保障德州的电力供应,然而他们显然对本次寒潮准备不足,应对与回复产能的工作也明显滞后。

两千多万人口的用电由他们来保障

(图:wikipedia)▼

没有对比就没有伤害,在德州电网控制的90%的电力供应之外,其余10%在东、西电网协调下供电的网络,不久陆续恢复了供电秩序。更让公众感到愤怒的是,ERCOT主席住在密歇根州,副主席住在加州,完全不受烂摊子的影响。德州长与州议会商议,准备在下周对这一组织进行调查,掀起一场美国能源界的重要改革也未可知。

远水不解近渴,怎么审判这些懒政之辈是后话,眼下最重要的是解决人民的用电困难。得克萨斯州的首席能源监管机构召集了一次紧急会议,准备在全州范围内分配天然气,优先医院、学校、教堂和住宅的天然气供应,抑制工业部门的天然气消耗。州政府还出动国民警卫队进行福利检查派遣资源。

也是美国南方大学打雪仗的机会..

(图:shutterstock)▼

为了减少降温可能带来的死亡,各地也增加了流浪者救助站。这些固然是严寒中的温暖举动,但是对于改变能源紧缺的大环境则于事无补,看似科技昌明的人类,面对环境的巨变仍然是无力至极。而且寒潮依旧没有结束,肯塔基州运输部长15日时则表示七日内还要面临三场风暴。

还是抢购宅家物资要紧

(图:shutterstock)▼

夏天越来越热、秋季山火频繁、而冬季严寒频发也许就是人类不得不面对的新常态。

大国博弈和国家对立似乎成为了20时代的主旋律,但是21年初跨越一个地球的两场寒潮,却源自同一原因,全球同此凉热。也许在至高无上的国家博弈之上,还有一个越来越难以回避的人类生存环境问题。

参考文献:

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

*本文内容为作者提供,不代表地球知识局立场

 
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