利用過(guò)去的季風(fēng)預(yù)測(cè)未來(lái)的氣候條件

2022 年夏季，夏季風(fēng)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(fēng)暴在上新世得到加強(qiáng)，導(dǎo)致西南部大部分沙漠地區(qū)變得更加潮濕。

近年來(lái)，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(dǎo)致山洪和泥石流的季風(fēng)降雨。隨著全球變暖導(dǎo)致全球氣溫持續(xù)上升，來(lái)自錫拉丘茲大學(xué)、康涅狄格大學(xué)、亞利桑那大學(xué)、喬治梅森大學(xué)和哈佛大學(xué)的一組研究人員正在尋找過(guò)去數(shù)百萬(wàn)年的環(huán)境線索，預(yù)測(cè)未來(lái)西南地區(qū)的氣候會(huì)是什么樣子。通過(guò)分析古代氣候數(shù)據(jù)，科學(xué)家們懷疑更高的溫度可能會(huì)導(dǎo)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?yàn)楦叩臏囟葧?huì)導(dǎo)致整體更加干旱。然而，氣溫上升也可能導(dǎo)致夏季降水過(guò)多。推動(dòng)這種情況的機(jī)制是加強(qiáng)季風(fēng)。就在剛剛過(guò)去的這個(gè)夏天，南加州感受到了季風(fēng)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(xué)系Thonis Family 教授Tripti Bhattacharya領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究 中，研究人員探索了地球歷史上另一個(gè)具有強(qiáng)烈北美夏季風(fēng)的時(shí)期。在大約三百萬(wàn)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(dòng)植物物種。該團(tuán)隊(duì)發(fā)表在AGU Advances雜志上的新論文表明，上新世中期更強(qiáng)的季風(fēng)可以解釋過(guò)去更潮濕的條件，并對(duì)未來(lái)產(chǎn)生影響。

在古老的葉蠟中尋找答案

為了了解季風(fēng)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(xué)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(shí)代葉蠟。這些蠟的氫同位素組成揭示了過(guò)去季風(fēng)的變化。由于雨水是用于生產(chǎn)葉蠟的氫氣來(lái)源，因此測(cè)量氫氣濃度可以揭示過(guò)去特定時(shí)刻的降水總量。研究人員通過(guò)在高溫高壓下使溶劑流過(guò)沉積物來(lái)提取葉蠟，并使用一種稱為氣相色譜-同位素比質(zhì)譜儀的設(shè)備進(jìn)行同位素測(cè)量，該設(shè)備根據(jù)蠟的分子量將其分離出來(lái)。

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

受溫度變化驅(qū)動(dòng)

康涅狄格大學(xué)地球科學(xué)系教授、該研究的第二作者氣候建模專家 Ran Feng進(jìn)行了模擬，以確定海面溫度如何影響上新世中期更強(qiáng)的北美季風(fēng)。她的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，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(lái)說(shuō)，亞熱帶-熱帶溫度梯度降低，導(dǎo)致北美季風(fēng)加強(qiáng)。

溫度是季風(fēng)強(qiáng)度背后的驅(qū)動(dòng)因素之一。赤道太平洋東部變暖的條件導(dǎo)致北美西南部許多季風(fēng)區(qū)出現(xiàn)下降運(yùn)動(dòng)，降低了大氣對(duì)降雨的有利程度。但是，當(dāng)加利福尼亞邊緣比東赤道太平洋更溫暖時(shí)——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(jìn)入亞熱帶，帶來(lái)增強(qiáng)的北美季風(fēng)降水。

“通過(guò)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(yùn)作方式，”馮說(shuō)。“我們?cè)谶@里確定的機(jī)制已經(jīng)在當(dāng)今的海洋熱浪事件中發(fā)揮作用，我們預(yù)計(jì)未來(lái)隨著氣候變暖以及可能更頻繁的海洋熱浪事件，它會(huì)變得更加普遍。”

他們的研究結(jié)果證實(shí)，加利福尼亞州邊緣的較高溫度有助于增加大氣對(duì)季風(fēng)降雨的有利程度——實(shí)質(zhì)上是為季風(fēng)風(fēng)暴提供更多能量。

“未來(lái)北美西南部的夏季降雨和洪水可能會(huì)增加，”Bhattacharya 說(shuō)。“我們相信我們的工作很好地說(shuō)明了如何利用過(guò)去來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)的氣候危害。”