利用過去的季風預測未來的氣候條件

2022 年夏季，夏季風暴在大盆地的沙漠地區(qū)上空發(fā)展。新的研究表明，這些類型的風暴在上新世得到加強，導致西南部大部分沙漠地區(qū)變得更加潮濕。

近年來，北美西南部一直遭受著極端天氣的影響，從灼熱的熱浪和灼熱的野火到導致山洪和泥石流的季風降雨。隨著全球變暖導致全球氣溫持續(xù)上升，來自錫拉丘茲大學、康涅狄格大學、亞利桑那大學、喬治梅森大學和哈佛大學的一組研究人員正在尋找過去數百萬年的環(huán)境線索，預測未來西南地區(qū)的氣候會是什么樣子。通過分析古代氣候數據，科學家們懷疑更高的溫度可能會導致西南部夏季降雨量更大、范圍更廣。

像北美西南部這樣的亞熱帶地區(qū)正因全球變暖而變得更加干燥，因為更高的溫度會導致整體更加干旱。然而，氣溫上升也可能導致夏季降水過多。推動這種情況的機制是加強季風。就在剛剛過去的這個夏天，南加州感受到了季風的影響，歷史性的洪水蔓延到了死亡谷和其他以少雨著稱的地區(qū)。

在由地球與環(huán)境科學系Thonis Family 教授Tripti Bhattacharya領導的一項研究 中，研究人員探索了地球歷史上另一個具有強烈北美夏季風的時期。在大約三百萬年前的上新世中期，盡管二氧化碳水平與今天相似，但北美西南部令人驚訝地充滿了湖泊以及需要潮濕環(huán)境的動植物物種。該團隊發(fā)表在AGU Advances雜志上的新論文表明，上新世中期更強的季風可以解釋過去更潮濕的條件，并對未來產生影響。

在古老的葉蠟中尋找答案

為了了解季風在上新世中期的變化，Bhattacharya 和研究生 Claire Rubbelke，博士。地球和環(huán)境科學的候選人，分析了保存在下加利福尼亞州和南加利福尼亞州海洋沉積物巖心中的上新世時代葉蠟。這些蠟的氫同位素組成揭示了過去季風的變化。由于雨水是用于生產葉蠟的氫氣來源，因此測量氫氣濃度可以揭示過去特定時刻的降水總量。研究人員通過在高溫高壓下使溶劑流過沉積物來提取葉蠟，并使用一種稱為氣相色譜-同位素比質譜儀的設備進行同位素測量，該設備根據蠟的分子量將其分離出來。

“根據葉蠟中編碼的信息，我們發(fā)現上新世在墨西哥西部有更強的夏季季風，一直延伸到現在的南加州，這與之前的工作形成鮮明對比，之前的工作表明上新世水文氣候變化只是冬季的結果，而不是夏季，降雨量，”Bhattacharya 說。“我們的論文首次提供了季風變化導致上新世中期潮濕環(huán)境的直接證據。”

受溫度變化驅動

康涅狄格大學地球科學系教授、該研究的第二作者氣候建模專家 Ran Feng進行了模擬，以確定海面溫度如何影響上新世中期更強的北美季風。她的團隊發(fā)現，太平洋的海洋溫度被安排成一種方式，可以將更多的水分從熱帶輸送到亞熱帶。具體來說，亞熱帶-熱帶溫度梯度降低，導致北美季風加強。

溫度是季風強度背后的驅動因素之一。赤道太平洋東部變暖的條件導致北美西南部許多季風區(qū)出現下降運動，降低了大氣對降雨的有利程度。但是，當加利福尼亞邊緣比東赤道太平洋更溫暖時——就像今天海洋熱浪事件期間可能發(fā)生的那樣——更多的熱帶水分進入亞熱帶，帶來增強的北美季風降水。

“通過研究上新世中期的氣候，我們可以確定我們的星球在溫暖條件下的運作方式，”馮說。“我們在這里確定的機制已經在當今的海洋熱浪事件中發(fā)揮作用，我們預計未來隨著氣候變暖以及可能更頻繁的海洋熱浪事件，它會變得更加普遍。”

他們的研究結果證實，加利福尼亞州邊緣的較高溫度有助于增加大氣對季風降雨的有利程度——實質上是為季風風暴提供更多能量。

“未來北美西南部的夏季降雨和洪水可能會增加，”Bhattacharya 說。“我們相信我們的工作很好地說明了如何利用過去來預測未來的氣候危害。”