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上文書我們講到了理查森設(shè)想的超級天氣預(yù)報工廠。要靠幾百人，乃至于幾千人一起演算，對全世界的天氣進行數(shù)值預(yù)報。這個設(shè)想很宏偉，如今我們就是用大型電子計算機這么干的。但是在當(dāng)年，毫無疑問是做不到這一點的。有幸的是老頭一直活到了電子計算機問世，而且用電子計算機來計算天氣預(yù)報也開始正式起步了，這輩子也算是不遺憾了。當(dāng)時給老爺子寄送論文的那個氣象學(xué)家朱爾·查尼也和挪威的皮耶克尼斯父子開創(chuàng)的卑爾根學(xué)派有著非常深的聯(lián)系，挪威的這個卑爾根氣象研究所有點20世紀氣象學(xué)“黃埔軍?！钡囊馑肌：芏鄬μ鞖忸A(yù)報和氣象研究做出重要貢獻的人都和這個研究所有聯(lián)系。當(dāng)然，這個研究所最重要的一位氣象學(xué)家則是老爺子威廉的兒子雅克比·皮耶克尼斯。
威廉·皮耶克尼斯抱著兒子雅克比（1897年）
雅克比年輕的時候就一直跟著父親在各地溜達，因為老威廉經(jīng)常換工作。孩子自然也就不得不跟著到處搬家。后來嘛，老爹開創(chuàng)了卑爾根的氣象研究所，兒子雅克比自然就成了得力干將了。1918年，他就成了氣象探究所的首席預(yù)報員。就是在1918年的10月份，20歲的雅克比完成了一篇論文，名字叫《移動中的氣旋》這篇論文發(fā)表在了《挪威科學(xué)院學(xué)報》，前后一共8頁。這篇文章可以說具有里程碑意義，也標(biāo)志著挪威卑爾根學(xué)派的正式確立。
雅克比·皮耶克尼斯 這篇文章里提到了一個新的氣旋模型。提出了一套嶄新的觀察和探究中緯度風(fēng)暴和其他天氣現(xiàn)象的三維模型 —— 輻合線。這個詞在三維模型之中變成了“不連續(xù)面”的重要概念。也就是后來的“鋒面”，鋒面這種詞都是卑爾根學(xué)派發(fā)明出來的。
輻合線 這些專有名詞弄得大家云里霧里的。其實呢，也不復(fù)雜，兩個氣團相撞的地方，空氣是如何流動的呢？道理很簡單，向上嘛。兩個氣團各不相讓，都想往前走，大家沒地方去，只能變成上升氣流嘛。中間這個上升氣流地帶，就叫“輻合線”。既然氣流是上升的，這就不是平面模型能表述的，一定是個三維模型，還涉及到高空的空氣流動情況。實際上，我們可以把兩個氣團比喻為互相咬合的齒輪，互相帶動著對方在垂直方向上兜圈子。
冷熱空氣是不對稱的
我們說起來簡單，但是如果相遇的是冷暖氣團呢？情況就復(fù)雜多了。暖氣團是不是要被抬起來，冷氣團是不是像楔子一樣斜插進暖氣團的底部呢。接觸面還變成了有坡度的。
還有更復(fù)雜的情況呢。我們想象兩大坨人流迎面對著走，總不能就這樣齊刷刷的迎面對撞吧。大家都靠右走，給對方讓出一條路。就這樣冷空氣伸出一條舌頭插進暖氣團里邊，暖氣團也伸出一條舌頭插進冷氣團里邊，接觸線就變得彎彎曲曲的，弄不好還能弄出個太極圖陰陽魚來，這事兒就復(fù)雜了。弄不好還有兩個鋒面撞在一起的情況，那就更是麻煩。
所以這種冷暖氣流接觸的地方，往往就是風(fēng)霜雨雪都來了。要是真出現(xiàn)太極圖那樣的陰陽魚形狀，冷暖氣團扭在一起了，這種情況就叫“錮囚鋒”，禁錮的錮，囚禁的囚，反正不是好詞兒。這個陰陽魚的眼，往往就是風(fēng)暴發(fā)生的地方。在1919年到1924年之間，皮耶克尼斯父子、哈爾沃·索伯格等人組成的團隊建立了一套全新的天氣科學(xué)理念的基礎(chǔ)。一個瑞典的年輕學(xué)者托爾·貝吉龍?zhí)岢隽恕板d囚鋒”的概念。后來這些成果被寫在了《氣旋的生命周期和大氣環(huán)流的極鋒理論》這篇論文里，在1923年發(fā)表了。這篇論文提出了一個極鋒理論。說白了，地球的極地上空有個冷空氣的帽子，赤道地區(qū)有個暖空氣的腰帶。冷空氣時不時伸出個舌頭往南伸，暖空氣也時不時伸出個舌頭往北伸。這個冷暖空氣交鋒的過渡地帶就會出現(xiàn)彎彎曲曲的接觸帶。這種在中緯度地區(qū)繞著地球一圈的接觸帶就是所謂的“極鋒”。當(dāng)然，地球是南北對稱的，南半球也是類似的情況。
因為地球上有復(fù)雜的地形，有的地方是陸地，有的地方是海洋，到底是冷空氣打敗熱空氣，還是熱空氣打敗冷空氣，那就不一定了。接觸線上高空部分，往往就是高空急流的路線。雅克比因為這一系列出色的研究，在1924年拿到了博士學(xué)位。你瞧人家這個博士學(xué)位含金量真是高啊。
阿蒙森 挪威有個著名的探險家叫阿蒙森。他在1909年的時候聽說美國人羅伯特皮里第1個到達了地球的北極。阿蒙森本來有計劃要去探測北極海盆，但是聽說了這件事以后，他知道自己再要去北極探險的話，籌集資金可能會有點困難，畢竟第1名已經(jīng)讓別人拿了，所以他就改去南極探險。阿蒙森為此準(zhǔn)備了很長時間。一直到1911年的1月份。他們在南極建立了一個大本營。1911年的12月14日。阿蒙森領(lǐng)導(dǎo)的探險隊來到了南極點。比他的競爭對手斯科特稍稍早了那么一點。所以如今在南極點上有一個美國的科考站，就被命名為阿蒙森-斯科特，以紀念這兩位杰出的探險家。斯科特在回程之中遭遇了不幸，沒能活著走出南極冰原，阿蒙森則要幸運得多，他來來回回在南極和北極折騰了好多趟。1918年，阿蒙森探測了東北水道。就是說從白令海峽進入北冰洋，然后貼著俄羅斯的海岸轉(zhuǎn)圈圈，然后從挪威附近進入大西洋。這段航線往往是千里冰封，萬里雪飄。船經(jīng)常就被封在了極地的冰雪之中。這條路他足足走了有3年，一直到1921年，他才進入到大西洋。1923年阿蒙森又打算乘坐飛機飛越南極，但是這次嘗試顯然是失敗的，所以他又開始籌集資金，試圖從阿拉斯加飛往斯瓦爾巴德群島，也就是說乘飛機橫穿北極。
道爾尼鯨魚飛機（Do·J·Wal），這架是被放棄的N24號
一直準(zhǔn)備到了1925年。阿蒙森領(lǐng)著兩架飛機穿越北極。這架兩飛機是德國造的道爾尼鯨魚飛機。這架飛機的機翼被高高地舉在機身之上，發(fā)動機是裝在機翼中軸線上，而且是在機翼之上，一前一后兩個螺旋槳。這種結(jié)構(gòu)可以保證飛機的船身在冰面上滑行而不會碰到螺旋槳，因為發(fā)動機被舉得高高的，比較適合北極飛行。每架飛機可以乘坐兩名到4名飛行員。說實話，面對北極那么惡劣的天氣，這兩架飛機的結(jié)構(gòu)還是挺單薄的。有一架飛機壞了，不得不迫降在了北極的冰原上。那里距離北極點還有一段距離，大概是北緯87度44分。兩個機組沒剩下多少吃的，他們一天只能吃400克口糧，而且還要去鏟雪鋪跑道，就這么折騰了三個多星期。
飛回來的N25號復(fù)制品被擺放在博物館里
兩個機組6個人塞進了，原本只能裝4個人的飛機里面。這唯一的一架飛機就顯得特別沉重。開足馬力一直飛到了跑道的盡頭，飛機才勉強升空。當(dāng)時大家都以為阿蒙森他們這回是死定了，沒想到他們能活著回來。但是很遺憾這一次飛機沒能穿過北極點。所以阿蒙森還是不甘心。1926年他在籌劃乘坐新式的飛艇飛越北極。從斯瓦爾巴德群島出發(fā)，一直飛到美國的阿拉斯加。為這一次探險行動提供氣象服務(wù)的就是雅克比，這一次阿蒙森還是比較順利的，他們于1926年5月11日離開了斯瓦爾巴德群島。5月12日就飛到了北極點，而且在北極點上插上了挪威美國以及意大利的國旗。阿蒙森是挪威人。他的探險伙伴埃爾斯沃斯是美國人，飛艇設(shè)計師這一次也陪他一起到了北極，飛艇設(shè)計師是意大利人，所以他們?nèi)齻€就把三國的國旗插在了北極點。
阿蒙森他們乘坐的挪威號飛艇 然后他們又飛了72小時。在5月14號早晨，他們順利在阿拉斯加的一個小村莊著陸。他們成了第1批順利飛越北極點的人。所以阿蒙森可以說是南極北極他都去過，這個人閑不住，而且還是個熱心腸，1928年有一條叫做意大利號的飛艇，在北極遇難了，阿蒙森乘坐飛機去營救，結(jié)果他乘坐的飛機失蹤了，至今沒有被找到。可以說這個人是為探險奉獻了一輩子，最后把命都搭上了。沒辦法，這就是探險家的宿命。扯遠了，我們還是把話題扯回雅克比。就是阿蒙森去世的這一年，雅克比結(jié)婚了。1931年他離開了卑爾根的氣象研究所。氣象研究所就由他的同學(xué)皮特森掌舵。雅克比則前往卑爾根地球物理研究所，成了一名氣象學(xué)教授。他終于擁有了夢寐以求的高層大氣的資料。他把所有的聰明才智都投入到了高層大氣的波動發(fā)展，以及它們與中緯度氣旋的關(guān)系研究之中去了。
中年的雅克比·皮耶克尼斯 1939年的7月，雅克比帶著家人前往美國開始了一次為期8個月的演講旅行。但是就在這一年9月份。德軍突襲波蘭，第2次世界大戰(zhàn)爆發(fā)了。到了1940年的4月份，挪威被德國攻占。雅克比他們一家人想回挪威也回不去了，所以他們干脆就在美國定居了，成為加州大學(xué)洛杉磯分校的氣象系主任。雖然那時候美國人還沒有參戰(zhàn)，但是美國已經(jīng)開始未雨綢繆。所以美國請雅克比幫忙，在加州大學(xué)組織一個氣象學(xué)家的培養(yǎng)項目。因為天氣預(yù)報跟軍事行動是緊密相關(guān)的。雅克比在加州大學(xué)洛杉磯分校上的第1堂課，下邊就坐著一個好學(xué)生，就是那個朱爾·查尼。當(dāng)時他學(xué)的是數(shù)學(xué)和物理，后來他堅定地選擇了氣象學(xué)，而且為這個學(xué)科帶來了驚天動地的突破。雅克比就是他的授業(yè)老恩師。雅克比1937年發(fā)表在《德國氣象學(xué)家雜志》上的一篇德語文章闡述了高空風(fēng)與地面氣旋之間的聯(lián)系。這篇文章可以說是直接導(dǎo)致了朱爾·查尼后來在數(shù)值計算上的巨大突破。也就為后來的數(shù)值天氣預(yù)報奠定了基礎(chǔ)。到二戰(zhàn)以后的50年代，雅克比已經(jīng)60歲了。他已經(jīng)成了氣象學(xué)界的一代宗師，可以說是桃李滿天下。那時候他把自己的興趣轉(zhuǎn)向了另外一個方面，那就是從混沌之中尋找規(guī)律。
地球物理年LOGO 1957年到1958年是地球物理年。這是一個全世界科學(xué)家跨國協(xié)作的科學(xué)計劃。因為這次活動，所以導(dǎo)致美蘇雙方開始了太空競賽，蘇聯(lián)于1957年的10月4號發(fā)射了世界上第1顆地球人造衛(wèi)星斯普特尼克1號。美國也著急忙慌的發(fā)射了自己的第1顆人造衛(wèi)星，探索者1號，而且發(fā)現(xiàn)了范艾倫輻射帶。這是我在航天史里面講過。同樣是在這次地球物理年活動之中?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)了大西洋底的一座巨大海底山脈，也就是大洋中脊。這檔子事兒我以前也講過，反正這些發(fā)現(xiàn)都是地球物理年的科學(xué)成果吧。雅克比工作上的巨大突破就是因為這次地球物理年收集了大量的資料。當(dāng)時恰好處于厄爾尼諾時期，所以科學(xué)家們對海水為什么會變暖很感興趣。所謂的“厄爾尼諾現(xiàn)象”就是南美洲沿海的水溫會變得比以往更溫暖。南美洲太平洋沿岸的漁民發(fā)現(xiàn)，過不了幾年就會出現(xiàn)一種現(xiàn)象，那就是海里的魚類大量死亡。后來才發(fā)現(xiàn)，這是海水溫度過高導(dǎo)致的。這可不是說海水把魚給煮熟了，不是這個意思，所謂的“海水溫度過高”，實際上也高了就那么一兩度而已。但是引起的后果已經(jīng)很嚴重了。
所以對于這種現(xiàn)象，秘魯人就用西班牙語“圣嬰”來命名它，音譯就是“厄爾尼諾”。當(dāng)時大家都認為厄爾尼諾現(xiàn)象不過是個局部現(xiàn)象。但是地球物理年收集的資料表明，厄爾尼諾現(xiàn)象絕對不是一個局部現(xiàn)象，影響要廣泛得多。對厄爾尼諾現(xiàn)象的研究由來已久。早期英國的數(shù)學(xué)家叫吉爾伯特·沃克在印度做季風(fēng)研究的時候發(fā)現(xiàn)了一個規(guī)律。那就是處于熱帶太平洋地區(qū)的澳大利亞達爾文港和中太平洋附近的塔希提的表面氣壓具有一種規(guī)律性的此消彼長的關(guān)系，說白了就是個蹺蹺板。你高它就低，它高你低，他管這種現(xiàn)象叫做“南方濤動”。沃克發(fā)現(xiàn)，南方濤動和一些離它很遠的天氣狀況之間是有聯(lián)系的，比如說加拿大西部偏暖。當(dāng)時大家都覺得這兩者好像沒什么太大關(guān)系吧，畢竟離得這么遠。大家都認為這只是統(tǒng)計學(xué)上的某種巧合罷了。所以相關(guān)的研究也就沒有深入下去。時間過得真快，一晃過去50年了，這種互相關(guān)聯(lián)現(xiàn)象才重新被雅可比所關(guān)注。到1969年，他發(fā)了一系列的文章，闡明了南方濤動的真實特性，他第1次意識到，南方濤動的這種氣壓蹺蹺板效應(yīng)和厄爾尼諾現(xiàn)象是具有內(nèi)在關(guān)聯(lián)性的。
正常年份 在正常的年份，赤道上一直是刮東風(fēng)，北半球是刮東北信風(fēng)，南半球是刮東南信風(fēng)，這些信風(fēng)帶動著太平洋的海水就自東向西流動。大家搞清楚方位，南美洲是在太平洋的東岸，咱們這邊是在太平洋的西岸。表面的海水會被風(fēng)吹動，可海底的海水風(fēng)是沒法吹動的，所以表面的海水自東往西流，那么深層次的海水就會自西向東去補償。所以實際上形成了一個循環(huán)的傳送帶。也就是說，下層冷的海水應(yīng)該恰好是在南美洲沿岸冒頭冒上來，所以南美洲沿岸的水溫應(yīng)該比較低才對。
厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生時 但是一旦由于某種原因?qū)е聳|風(fēng)減弱，甚至倒過來變成西風(fēng)的時候。赤道上東太平洋地區(qū)的冷水上翻就會減少，甚至是停止，海水的溫度自然就會比原來高得多。形成了大范圍的海水溫度異常增暖。這股強勁的暖流就會沿著厄瓜多爾海岸南侵，使得冷水魚類大量死亡。海鳥也因為魚都死了，它們也找不到吃的，所以就紛紛離去了。沿岸國家也會遭受到巨大的損失，因為好多國家的漁民要靠打魚維持生計。海水溫度升高可不僅僅是海里的事兒。海水的溫度要是高了，能把海面上的空氣也都烤熱了，如果南美洲太平洋沿岸這邊的空氣被烤熱了，就會形成上升氣流。其他地方的氣流就要補償過來，于是在大氣之中又形成了另外一種循環(huán)。這些空氣上升到高層以后，溫度降低變冷，在高空是從東往西。低空是從西往東，形成了這么一個環(huán)流。大家發(fā)現(xiàn)這個氣流方向好像不太對啊。按理說赤道上應(yīng)該是吹東風(fēng)的，這怎么變成吹偏西風(fēng)了？于是這個問題就又變成了惡性循環(huán)。雅克比把這種穿過熱帶的海洋與大氣之間的大尺度環(huán)流稱為“沃克環(huán)流”。大氣和海洋之間的互動關(guān)系遠比想象的要復(fù)雜得多。有關(guān)厄爾尼諾現(xiàn)象和南方濤動之間的聯(lián)系。是雅克比最后一個大的貢獻，他也無愧于氣象學(xué)一代宗師的稱號。1975年的7月7號，他在家中因為心臟病突發(fā)去世。至此，接力棒已經(jīng)交到了后輩的手里，氣象學(xué)面臨著第三次飛躍，也就是芝加哥學(xué)派的興起。我們下回再說。
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