我1947年8月，星尘号在布宜诺斯艾利斯启动发动机，下午飞往圣地亚哥。这一场景类似于格雷厄姆·格林的小说：一架巨大的活塞发动机客机在一座充满异国情调的南方城市上空轰鸣，一小群神秘的乘客在机舱里调整着安全带。其中包括一位带着丈夫骨灰的德国寡妇，一位携带隐藏钻石的巴勒斯坦人，还有一名英国外交部信使——“国王的信使”——为王室执行一些不透明的任务。从布宜诺斯艾利斯到圣地亚哥的航线向西延伸约700英里，穿越南美海岸平原，然后跨越安第斯山脉到达智利首都。就地理而言，从丹佛到旧金山的旅行大致类似于北方。“星尘”号当天的旅程似乎是在常规情况下进行的，起飞约四小时后，机组人员用无线电向空中交通管制部门报告了他们即将抵达圣地亚哥的消息。这是1998年之前最后一次有人看到或听到他们的消息，当时一群登山者发现飞机残骸正从安第斯冰川缓慢融化，距离她的目的地大约50英里。
急流通常被描绘成平坦的道路，但它们实际上更像是辫子状的河流。
到那时，“星尘”号的最后一次飞行已经成为航空运输领域尚未解决的重大谜团之一，从纳粹破坏到外星人绑架，各种可能的解释层出不穷。利用航空科学和一点法医气象学，这项长期拖延的调查得出了一个更科学的结论：星尘号在24000英尺高空的云层上飞行，撞上了一股意料之外的逆风——急流——的牙齿，结果严重高估了她的进步。很有可能，机组人员在控制下降落到地面，以为他们的船已经远离群山，而实际上她还有几英里的路要走。
急流是高空西风，由不同纬度大气密度的急剧变化产生。它们集中在全球主要气团边界的狭长地带，风力足以减缓21世纪的航空旅行。最显著的溪流出现在极地锋，在那里，每个半球的温带空气与来自北极和南极地区的冷空气相遇。它们通常被描绘成平滑连续的特征，像道路一样规则，但实际的现象实际上更像是辫状河或虚线——由多个蜿蜒的子部分组成，加在一起产生运动。
在星尘事件发生时，经过飞行员和气象学家几十年的观察，人们对高空风的了解才刚刚开始形成。关于这一主题的第一个学术报告是由一位名叫瓦西博罗·大石（Wasiboro Ooshi）的默默无闻的研究人员撰写的，他于20世纪20年代初独自在东京北部的一个实验室工作。大石发射了数千个纸气球，并通过经纬仪的目镜跟踪它们，因为风把它们吹走了。根据对距离和海拔的测量，他得出结论，在日本上空，有稳定的西风急速吹过天空。它们在冬季最为常见，在100海里/小时的速度下，它们会非常活跃。
对Ooshi数据的现代分析证实了他的发现，但当时西方学术界基本上忽视了这些发现。他是一个遥远的人物，远离当代科学的中心，并用令人怀疑的世界语乌托邦语言出版了他的作品。欧洲或美国没有人关心他。Ooshi发现的第一个直接应用是在二战期间，一场奇怪的战役中，一支由日本发射的燃烧气球组成的舰队袭击了美国。一万个这样的装置被建造在秘密的车间里，并漂浮在海上，装备有压载装置，以使其保持在沿途适当的高度。在战争的最后几年，至少有300件这种奇怪的武器落在了北美。其中一人在喀斯喀特山脉的一次教堂旅行中偶然发现它，导致六人死亡。考虑到许多无人机可能在野外无人发现，据估计，1000架漂移的无人机，占总数的10%，可能是在Ooshi的风下穿越太平洋的。
直到1939年，一位名叫海因里希·塞尔科夫（Heinrich Seilkopf）的德国科学家在一本教科书中创造了这个术语，喷气流才被赋予了真正的名称，但到那时，人们已经意识到那里正在发生什么事。作为19世纪中期工作的一部分，美国数学家威廉·费雷尔（William Ferrell）根据地面测量数据推导出了一组方程，预测高空强风的存在。不久之后，在比利时，一位名叫莱昂·蒂塞伦·德·博尔特的气象学家用风筝和气球验证了费雷尔的一些理论。通过收集海拔高度的温度读数，德博尔特还成功确定了对流层顶的存在，这是一个稳定的最低温度层，距离地面约8英里。有一天，当他的一把风筝在几英里长的钢琴线上串在一起，在巴黎上空咆哮时，他陷入了短暂而严重的麻烦之中。
这些较短的能量脉冲是地面天气的日常触发因素。
威利·波斯特（Wiley Post）是20世纪初的先驱飞行员，正是美国人喜欢把他奉为英雄的那种有远见的疯子。波斯特在第一次世界大战中失去了作为飞行员参加战斗的机会，但在短暂的油田工作和汽车失窃后，他找到了重返天空的路。在20年代的狂欢节上，他作为一名空中赛车手和特技飞行员迅速成名。他戴着眼罩，在监狱里呆了一段时间。尽管受教育程度很低，但他也有天生的工程天赋，并正确地看到了航空业在高速、高空邮件和乘客运输方面的未来。他是第一个独自完成环球飞行的飞行员，也许也是第一个穿着压力服的飞行员。后者使威利看起来像戴着潜水头盔的米其林男子，但在1935年的一系列横贯大陆的飞行尝试中，它使威利飞得高达50000英尺。虽然这些努力最终都没有取得成功，但他的仪器数据使他注意到，对流层上部部分地区存在强烈的西风带。为此，波斯特有时被认为是发现了喷射流，但更公平的说法是他遇到了喷射流。
第二次世界大战的飞行员也遇到了喷射流，这通常是出乎意料的。当时，航空气象学的大部分内容都偏向于预测云层覆盖（看不见的东西就不能炸了），虽然高空高速风的概念当时还不是全新的概念，但在任务简报中经常会出现这种情况。急流是纬向的，这意味着它们主要是从西向东流动。从欧洲空袭中返回的盟军飞机有时会遇到极端的逆风，当燃油耗尽时，被迫在英吉利海峡内迫降。美国B-29轰炸机在轰炸日本的途中逆风行驶，时速高达140海里。通常，只要稍作改变航向和高度就可以避开溪流，但编队飞行的航行限制使得这在实践中很难做到。
事实上，在卡尔·古斯塔夫·罗斯比（Carl-Gustav Rossby）领导下的芝加哥一个组织出版了第一份关于喷气流的综合研究报告，而注定要毁灭的星尘（Stardust）也在同一年消失了。罗斯比是一个迷人的人物，是20世纪中叶气象学发展的中心人物。他是一位卓有成效的老师和组织者，据报道，他有点乐在其中，喜欢在餐馆里吃长时间热闹的晚餐，显然自己开车从来都不舒服。芝加哥小组的第一篇文章“关于中纬度大气的一般环流”在高空风测量的长期数据库中确定了一个理论框架。本着罗斯比合作的精神，这篇具有里程碑意义的文章的作者被简单地归功于“芝加哥大学气象系的工作人员”，而没有科学论文中常见的作者等级列表。在深入调查事实之前，该文件呼吁在新的大气研究领域的参与者之间进行更好的沟通，并使用一种迷人的老式外交手段：
目前……在正确解释大气中的几个基本过程方面存在着明显的意见分歧。由于这种分歧……我们努力将代表不同观点的研究人员聚集在一起。在建立真正有效的向感兴趣的机构分发数据的方法之前，可以肯定的是，政府投资于华盛顿以外的研究机构的资金将无法产生最大回报。
考虑到这份声明的后半部分可以像1947年一样在2020年写成，可以公平地说，罗斯比关于大气的理论比他关于精简政府资助科学的建议更具吸引力。
T型对流层是大多数天气发生的地方，可以想象它是一个大房间，天花板从赤道向两极倾斜，随着下面的大气层变得越来越冷和稠密，它越来越接近地面。这个天花板是对流层顶。这不是一个平坦的斜坡，更像是一系列被悬崖隔开的缓缓倾斜的高原。这些悬崖中最陡峭的是寒冷的极地地带和温和得多的温带之间的陡峭热边界。第二次突破有时出现在赤道附近，即温带地区和热带地区的交界处。在这两种情况下，温度的突然变化都会导致高空压力的急剧变化。空气流经倾斜的对流层顶，在陡峭的地方加速。科里奥利效应使其向东偏转，形成了从西到东的风通道，集中在大气温度最剧烈的过渡带。
变革之风：尽管喷射流是地球天气系统的一个决定性特征，但直到20世纪，人们才对其进行科学描述。图像来自阅读玻璃。芝加哥的这篇论文主要关注极地喷气流系统，该系统被视为最强大和最有影响力的系统。Rossby和他的同僚将其描述为一个独特而令人惊讶的西风带：“一条蜿蜒的河流向东蜿蜒，穿过相对停滞的气团，流向南北。”他们对形成环流曲线的波浪形状特别感兴趣。这些曲流通常被称为长波，现在被认为是气旋的催化剂和在纬度之间移动热量的主要机制。罗斯比推导出一个方程来描述这些特征，现在这些特征都以他的名字命名。
当预报员讨论急流的位置时，他们通常是在谈论罗斯比波——在他们的位置上，罗斯比波是地面天气的主要决定因素。随着漫长的蜿蜒，罗斯比波将冷空气槽推入温带地区，而波峰或脊则将暖空气楔形物推回两极。罗斯比波向东传播的速度很慢，但在大规模流动中有较小、移动较快的短波，我的气象学家朋友、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）海洋预报中心（Ocean Prediction Center）分中心主任乔·西恩凯维茨（Joe Sienkiewicz）将其比作海浪上的涟漪。这些较短的能量脉冲是地面天气的日常触发因素。向赤道推进的冷空气波纹与暖空气碰撞，将其抬高，并通过挪威人在模型中称之为锋面抬升的过程产生气旋。因此，地面风暴是一种漩涡，它与高空更强大的风河接壤，其轨迹或多或少与上方的气流同步。它们是短暂的特征，但如果它们背后的长波模式持续存在，它们可能会一次又一次地发生。
2015年冬天，一个巨大的冷槽像冰冷的牛舌一样停在北美上空，随着南部暖气的脉动逐渐演变成气旋，一场又一场的暴风雪开始酝酿。奶牛的舌头终于动了，但直到全国大部分地区都下了创纪录的雪。2019年1月，一股较短但同样残酷的冷空气抵达芝加哥，当时芝加哥曾一度是地球上最冷的地方。气温降至零下50华氏度左右，媒体兴奋地报道了极地涡旋的袭击，这是近年来借用的一个术语，用来恶化北美地区特别残酷的冬季事件。事实上，真正的极地涡旋是一团寒冷刺骨的空气，每年冬天都会高高地驻留在平流层中，通常被民众忽视，直到它像疯牛一样从围栏中挣脱出来，在城镇中肆虐。2019年芝加哥的冰冻实际上开始于来自亚洲的暖空气进入平流层，迫使原本平静的极地涡旋分裂成叶状，其中一个在北美上空摇晃下来，伴随着极地急流的深冷蜿蜒。这被称为北极爆发，由于研究人员仍在努力解决的原因，这些流离失所现象在过去半个世纪里似乎变得更加普遍。
发件人阅读玻璃Elliot Rappaport著，Dutton出版，企鹅出版集团旗下，企鹅兰登书屋有限责任公司。版权所有©2023 Elliot Rappaport.
主图像：蓝色大理石数据由雷托·斯托克利（NASA/GSFC）提供。
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埃利奥特·拉帕波特
发布日期：2023年4月11日
自1992年以来，埃利奥特·拉帕波特（Elliot Rappaport）一直担任美国海事行业的船长，主要参与培训各种传统帆船上的其他水手。目前，他是缅因州海事学院的一名教员，为学员在海上的职业生涯做准备，他还曾在马萨诸塞州伍兹霍尔的sea教育协会广泛工作。
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