研究人員試圖闡明干旱區(qū)向南北極移動因果

探尋熱帶擴(kuò)張之謎

研究人員試圖闡明干旱區(qū)迅速向南北極移動的起因和后果

過去20年間，澳大利亞經(jīng)歷的嚴(yán)重干旱給試圖讓牲畜和作物保持健康的農(nóng)民帶來了巨大損失。圖片來源：Amy Toensing

2004年的一個春日，當(dāng)Qiang Fu正在瀏覽收集自衛(wèi)星的大氣資料時，也注意到一個不同尋常且看上去無法解釋的模式。在赤道兩側(cè)的兩個地帶中，低層大氣比地球上其他任何地方都要變暖得多。這位來自美國華盛頓大學(xué)的大氣學(xué)家甚為不解。

直到1年后，他才意識到自己發(fā)現(xiàn)了什么：熱帶地區(qū)快速擴(kuò)張的證據(jù)。熱帶核心區(qū)是蒼翠的，但南北邊緣很干旱。而且，這些炎熱的邊界正在擴(kuò)展至亞熱帶，并將后者逼向南北極。

目前恰好坐落在熱帶以外的城市，很快會處于干旱的熱帶邊緣中間。對于像加州圣地亞哥這樣的地方來說，這是一個壞消息。“從將獲得多少降雨的角度來說，加州南部僅一個緯度的遷移便足以對這些社區(qū)產(chǎn)生巨大的影響。”猶他大學(xué)氣候模型專家Thomas Reichler解釋說。

自從Fu和同事于2006年宣布了他們的發(fā)現(xiàn)，很多科學(xué)家便在研究熱帶的擴(kuò)張，并試圖揭秘其起因。解釋從全球變暖、臭氧枯竭到未來將會逆轉(zhuǎn)的自然循環(huán)不一而足。而關(guān)于熱帶邊界遷移得有多快，目前還未有共識：估測結(jié)果從每十年少于半個緯度到若干個緯度不等。更加極端的結(jié)局是，氣候上的變化將會像在1個世紀(jì)的時間里把倫敦搬遷到羅馬的位置那么大。關(guān)于如何定義熱帶地區(qū)缺少共識，這令問題更加錯綜復(fù)雜，使科學(xué)家很難就變化幅度達(dá)成一致意見。無論如何，探尋這一現(xiàn)象的研究人員均贊同，它真的在發(fā)生。

奇怪的天空

在Fu首次從衛(wèi)星數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)怪異模式的同時，Reichler注意到，天空中出現(xiàn)了一些不同尋常之處。他正在研究對流層頂——最低層大氣（對流層）和上面一層大氣（平流層）之間的邊界。在赤道地區(qū)，對流層頂通常比南北極高幾千米，因為溫暖的空氣向上升，并由此將邊界往上推。在分析收集自氣象氣球的溫度數(shù)據(jù)時，Reichler發(fā)現(xiàn)，這種對流層頂在赤道地區(qū)的隆起正向南北極擴(kuò)展，而這正是熱帶擴(kuò)張的跡象。Fu聽說了Reichler的數(shù)據(jù)，兩人決定共同發(fā)表他們的發(fā)現(xiàn)。

在他們敲響警鐘的10年后，科學(xué)家仍努力探尋著正在發(fā)生的事情。去年7月，50名研究人員在新墨西哥州圣達(dá)菲市會面，旨在討論一切關(guān)于熱帶擴(kuò)張的已知事情——如何測量它、是什么正在引發(fā)擴(kuò)張，以及熱帶的未來邊界可能在哪兒。

熱帶的一些變化或許是全球變化的結(jié)果。在一項由華盛頓西北太平洋國家實驗室地球系統(tǒng)科學(xué)家Jian Lu主導(dǎo)的研究中，Reichler分析了這種可能性。同美國國家海洋和大氣管理局氣候?qū)W家Gabriel Vecchi一起，他們研究了氣候預(yù)測，以分析變暖可能如何影響被稱為哈得來環(huán)流圈的大氣環(huán)流模式，即將熱量從地球較為溫暖的部分輸送至溫度較低的地區(qū)。作為哈得來環(huán)流圈的一部分，溫暖、潮濕的空氣在熱帶上空抬升，而寒冷、干燥的空氣在南北緯約30度處向地面下沉。這幫助建立了地球上一些最干燥的沙漠，比如非洲南部的喀拉哈里沙漠和非洲北部的撒哈拉沙漠。同時，這也是最常見的衡量熱帶和較為干燥的亞熱帶邊界的方法。

邊緣效應(yīng)

幾乎在科學(xué)家首次就熱帶擴(kuò)張?zhí)岢鼍娴耐瑫r，澳大利亞氣象局氣候?qū)W家Chris Lucas正經(jīng)歷著可能由此導(dǎo)致的直接效應(yīng)。2006～2007年，澳大利亞遭受了自歐洲居住者到達(dá)那里以來這片大陸經(jīng)歷的最嚴(yán)重干旱之一。Lucas回憶說，從墨爾本驅(qū)車行至附近的伊爾頓湖，發(fā)現(xiàn)曾經(jīng)滿溢的湖泊已經(jīng)變干。與此同時，墨爾本的水庫處于低位運行，而城市以北，森林火災(zāi)在山區(qū)肆虐。澳大利亞受災(zāi)最嚴(yán)重的地區(qū)，如珀斯、阿德萊德、墨爾本等城市，都位于南緯30度以南。這表明，變干燥可能是由哈得來環(huán)流圈位置和降雨噴射氣流的遷移引起的。一項2010年發(fā)表的研究顯示，，最近幾十年，澳大利亞東南部受到來自北部的較干燥氣候的侵襲，而這使得降水大幅減少。“我們不能說，這完全是由熱帶擴(kuò)張導(dǎo)致的，但它確實同熱帶擴(kuò)張相符。”Lucas解釋說，“我們的擔(dān)心是澳大利亞將持續(xù)變得越來越干燥。”

在其他地方，有證據(jù)表明，熱帶擴(kuò)張正在影響海洋。在哈得來環(huán)流圈沉降并致使冷空氣下行的地方，它為海洋注入了能量，并且激起水流高速流動。這種能量推動著寒冷且富含營養(yǎng)物質(zhì)的水流上涌至表面，從而為全球最具生產(chǎn)力的一些漁場提供了食物。不過，有跡象表明，由于哈得來環(huán)流圈的遷移，一些地區(qū)正遭受著損失。

均在得克薩斯大學(xué)工作的Edward Vizy和Kerry Cook已在本格拉海流所經(jīng)區(qū)域發(fā)現(xiàn)了一些危險跡象。該地區(qū)位于南緯30度，是非洲西部海岸的近岸上升流區(qū)。Cook的研究顯示，整個地區(qū)的水流在過去30年里發(fā)生了改變。一個影響是上升流變?nèi)�，而這對于該地區(qū)的漁業(yè)和生物多樣性來說是一些令人擔(dān)憂的暗示。Cook表示，相同的事情也可能發(fā)生在更容易經(jīng)歷哈得來環(huán)流圈位置改變的開闊海域的上升流系統(tǒng)中。

他還介紹說，這些上升流區(qū)會隨著時間的推移向南移動，并且或者變?nèi)�，或者變�?qiáng)，這取決于哈得來環(huán)流圈發(fā)生了什么。無論如何，這意味著依賴于這些資源的漁業(yè)社區(qū)將無法指望傳統(tǒng)的模式。

可持續(xù)的文明

詹姆斯庫克大學(xué)環(huán)境地理學(xué)家Steve Turton擔(dān)心，變化速率將會非常迅速，以至于這些生態(tài)系統(tǒng)無法適應(yīng)。在最糟糕的情形下，亞熱帶將代替生態(tài)結(jié)構(gòu)豐富的熱帶邊緣地區(qū)，而更加炎熱、干燥的條件將產(chǎn)生重要影響。

而對于致力于研究該領(lǐng)域的科學(xué)家來說，考慮到不確定性的程度，交流熱帶擴(kuò)張帶來的威脅是一件棘手的事情。“看到我們還有如此多的工作要做，實在令人沮喪。”圣達(dá)菲會議的召集者之一、科羅拉多州立大學(xué)氣候?qū)W家Thomas Birner表示。那次會議的一個成果是針對科學(xué)家應(yīng)當(dāng)比較衡量熱帶擴(kuò)張的各種參數(shù)以期就前進(jìn)的最佳道路形成共識達(dá)成了一致意見。

同時，更多的時間也將有所幫助。約翰斯·霍普金斯大學(xué)大氣學(xué)家Darryn Waugh認(rèn)為，如果熱帶擴(kuò)張繼續(xù)以相對穩(wěn)定的狀態(tài)進(jìn)行，自然變異是禍?zhǔn)椎母怕蕦䴗p少，而矛頭將更加強(qiáng)烈地指向其他起因。

不過，要經(jīng)歷如此長時間的等待才能得到答案，對于生活在諸如圣地亞哥、墨爾本等城市的居民以及數(shù)十億生活在熱帶和亞熱帶邊界附近的其他人來說是一件痛苦的事情。“我們需要理解這個問題。”Lucas說，“以便在那些地方擁有可持續(xù)的文明。”（宗華）

《中國科學(xué)報》 (2016-02-17 第3版 國際)
 

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