當地時間1月7日，美國加利福尼亞州南部地區突發山火，火勢在大風下迅速蔓延，美國第二大城市洛杉磯遭遇有記錄以來破壞程度最嚴重的火災。截止當地時間1月9日，山火已經造成至少7人遇難，數萬棟房屋被毀，超過10萬人被迫疏散。山火還波及到著名的好萊塢山，多名演員的豪宅被燒燬。

美國加州南部山火持續肆虐（圖片來源：央視新聞）

當地時間1月8日，WorldView-3衛星拍攝的美國加利福尼亞州洛杉磯阿爾塔迪納地區圖像（圖片來源：Maxar）

引發山火的罪魁禍首——焚風

引發山火肆虐的直接原因是當地的著名乾熱風——聖塔安娜風（Santa Ana winds）。聖塔安娜風是沿着加州南部山口吹過的強風，風力經常達到8級以上，而且特別溫暖乾燥，因易於引發山火而被稱爲“魔鬼之風”（Devil Winds）。在聖塔安娜風影響下，加州南部幾乎每年都會出現山火蔓延的災情。

多角度成像光譜儀（MISR）拍攝的聖塔安娜風掀起空氣塵埃的圖像（圖片來源：wikipedia）

在氣象學上，聖塔安娜風實際上是一種焚風（foehn）。焚風是氣流在山地迎風坡上升時發生物理變化，在背風坡下沉後形成的乾熱風，名字源於拉丁語的favonius，意爲“溫暖的西風”。

焚風形成過程的示意圖（圖片來源：David Darling）

介紹焚風的形成原理之前，我們需要先了解氣溫垂直遞減率，其分爲幹絕熱垂直遞減率和溼絕熱垂直遞減率，也就是說空氣在不同溼度條件下隨着海拔變化的幅度並不相同。

關於氣溫隨海拔降低，可能很多人聽說過這個說法：海拔每上升100m，氣溫平均下降約0.6℃。如果忽略其他熱量交換的因素，只考慮海拔上升帶來的溫度變化，0.6℃/100m的變化率是在相對溼度100%的飽和溼空氣中的溼絕熱遞減率。

而在不飽和的溼空氣或者較爲乾燥的空氣中，海拔每上升100m，氣溫平均下降約1℃，這就是幹絕熱遞減率。溼絕熱遞減率更低的原因在於空氣中的水汽達到飽和後，更多的水汽會凝結成水滴，而凝結會釋放熱量，這就導致了溫度減少沒那麼快。

氣流在翻越山脈時降溫，直到溫度降低到露點（空氣中水蒸氣達到飽和而凝結液態水所需的溫度），空氣中的水汽凝結成雲或雨，這也是迎風坡降水或者地形雨的原理。此時空氣溼度達到100%，參考溼絕熱遞減率低於幹絕熱遞減率，空氣接着以較慢的速度降溫。等氣流翻過山脈下沉，由於大部分水汽都在爬升過程中成雲致雨了，所以這時候較爲乾燥的空氣便以較快的增溫速率下沉，在經過背風坡後氣溫較高且非常乾燥，容易產生焚風效應。

背風坡（右側）氣溫比迎風坡（左側）更高（圖片來源：dailyECO）

我國川滇地區的乾熱河谷就是發生焚風效應的典型地區，來自印度洋方向的西南氣流在翻越橫斷山脈以後就會下沉，導致這一帶的河谷較爲溫暖乾燥，是春季山火多發的重要原因。我國的太行山東麓地區在每年六月份前後容易出現乾熱高溫天氣，其中也有焚風效應的因素。

橫斷山區的乾熱河谷（圖片來源：《氣象知識》）

從內陸而來的“惡魔之風”

說回聖塔安娜風，這類風常常在每年秋季到次年初春季出現，這是由於這個時間段的加州內陸地區容易形成內陸高壓，氣流會從內陸向沿海流動，形成東北風。聖塔安娜風在翻越海岸山嶺、內華達山脈等多個山脈產生焚風效應後，還要經過乾燥的莫哈維沙漠，因此在到達處於背風坡的洛杉磯地區時格外乾燥，極易引發山火。

東北風經過加州的山脈後形成焚風（圖片來源：USGS）

近兩日的探空氣球數據顯示，在多方氣象因素影響下，洛杉磯當地的氣溫遞減率居然達到了-3.6℃/100m，遠超正常的幹絕熱遞減率，意味着聖塔安娜風從兩三千米高的南部山脈下沉時，每下降100m氣流溫度就會上升3.6℃之多，達到城區時溫度極高。

除了南加州的聖塔安娜風以外，北加州的大惡魔風（Diablo Wind）也是具有類似成因的焚風，主要影響舊金山地區。“魔鬼”和“大惡魔”兩種焚風使得加州每年都會出現規模不小的山火。

南、北加州同時存在焚風引發山火的問題（圖片來源：CBS）

山火背後的拉尼娜效應

此次加州肆虐的山火與拉尼娜現象也存在聯繫。太平洋是世界第一大洋，熱帶太平洋的冷暖對全球氣候有着非常顯著的影響。赤道中東太平洋的表面溫度異常增暖現象，叫做厄爾尼諾（El Nino），而其相反的異常變冷的現象，叫做拉尼娜（La niña）。

2024上半年，隨着赤道信風的增強，赤道中東太平洋各區域的海溫開始快速衰減，於2024年五月份進入偏冷狀態，一次中等偏強的厄爾尼諾已於2024年春季末期結束；而隨着後續信風的持續增強，赤道中東太平洋在最近一段時間已經顯著偏冷，一次拉尼娜事件正在發展當中。

1月7日全球海表溫度距平，赤道太平洋中部地區明顯偏冷（圖片來源：OISST）

而這次拉尼娜的發展和南加州地區持續乾旱有密切聯繫，根據美國國家氣象局（National Weather Service）的說法，2024年下半年洛杉磯經歷了有記錄以來最爲乾旱的時期之一：從5月6日~12月31日，洛杉磯市中心降雨量僅僅只有4.06mm，僅僅比1962年要高，是歷史第二乾旱的時期。

近日美國多地遭遇旱情，地圖中顏色越深表示旱情越嚴重（圖片來源：UNL）

拉尼娜導致太平洋東海岸出現寒冷水層，進而通過太平洋-北美遙相關機制影響到北美地區的氣候。遙相關是一種特殊的大氣現象，在複雜的海氣相互作用機制或大氣橋機制作用下，相隔數千公里的兩地也有在氣候要素上達到較高程度的相關性。

在太平洋-北美遙相關機制作用下，北美西部受到持續的西北氣流影響，西風帶的梯度風加強，導致中高緯度地區溫暖溼潤的太平洋海風進入山區後在迎風坡下雨，移動到低緯度地區則在背風坡下沉形成焚風，加劇當地的氣候乾燥程度。2024年下半年，美國南部地區出現罕見的乾旱，北方地區出現分佈不均的暴雨。

2021年，美國拉蒙特-多赫蒂地球觀測站的內森·斯泰格(Nathan Steiger)和同事通過彙編兩個半球的氣候代用指標記錄，將數據納入一個氣候模型。他們重建了北美地區特大幹旱的發生模型，發現在過去千年內，北美西南部發生9次特大幹旱，南美西南部發生12次，平均持續時間分別爲31.8年或21.2年。其中，7次事件在兩個地區同時發生，都是與拉尼娜氣候事件有關的東太平洋海面溫度較低所致。

而氣候變化帶來的影響不止於此，根據相關的研究表明，加州地區的氣候近年來出現明顯的雨量減少、氣溫上升的年代際特徵變化，進一步加劇當地森林火災風險。