太平洋覆蓋了地球表面積的 32%，超過(guò)了所有陸地的總和。毫不奇怪，它的活動(dòng)影響著全球各地的狀況。
海洋水溫和風(fēng)的周期性變化，稱為厄爾尼諾-南方濤動(dòng)，是一種主要的氣象力量?？茖W(xué)家們知道人類(lèi)活動(dòng)正在影響這個(gè)系統(tǒng)，但仍在確定其影響程度。《自然》雜志的一項(xiàng)新研究揭示了大氣成分——稱為“太平洋沃克環(huán)流”——在工業(yè)時(shí)代以意想不到的方式改變了它的行為。國(guó)際作者團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，火山噴發(fā)會(huì)導(dǎo)致沃克環(huán)流暫時(shí)減弱，誘發(fā)厄爾尼諾現(xiàn)象。研究結(jié)果為了解厄爾尼諾和拉尼娜事件未來(lái)可能如何變化提供了重要見(jiàn)解。
“問(wèn)題是，‘背景循環(huán)如何變化?’” 共同作者、加州大學(xué)圣巴巴拉分校布倫環(huán)境科學(xué)與管理學(xué)院副教授薩曼莎·史蒂文森說(shuō)。“我們關(guān)心沃克環(huán)流，因?yàn)樗绊懯澜绺鞯氐奶鞖狻?rdquo;
地球自轉(zhuǎn)導(dǎo)致溫暖的地表水聚集在海洋盆地的西側(cè)。在太平洋，這導(dǎo)致亞洲氣候更加潮濕，低空信風(fēng)越過(guò)大海向西吹。高空東風(fēng)創(chuàng)造了一種大氣環(huán)流——沃克環(huán)流——驅(qū)動(dòng)著熱帶太平洋及更遠(yuǎn)地區(qū)的天氣模式。
“熱帶太平洋對(duì)全球氣候有著巨大的影響，”研究合著者、夏威夷大學(xué)馬諾阿海洋與地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院地球科學(xué)助理教授斯隆·科茨說(shuō)。“了解它如何應(yīng)對(duì)火山噴發(fā)、人為氣溶膠和溫室氣體排放，對(duì)于自信地預(yù)測(cè)氣候變化至關(guān)重要。”
這些影響留下了生物和地質(zhì)特征。該團(tuán)隊(duì)利用來(lái)自冰芯、樹(shù)木、湖泊、珊瑚和洞穴的數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)查過(guò)去 800 年來(lái)太平洋的長(zhǎng)期天氣模式。
“它們不是溫度計(jì)，但它們包含有關(guān)氣候的信息，”史蒂文森說(shuō)。
某些條件有利于將一種稱為同位素的較重或較輕的元素吸收到碳酸鹽骨架、沉積物和樹(shù)木年輪等結(jié)構(gòu)中。研究人員使用復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)分析不同類(lèi)型的氧氣和氫氣的比率。這使他們能夠追蹤沃克環(huán)流過(guò)去的變化，并比較溫室氣體增加前后的趨勢(shì)。
“我們著手確定溫室氣體是否影響了太平洋沃克環(huán)流，”主要作者、澳大利亞國(guó)立大學(xué)和 ARC 極端氣候卓越中心研究員喬治·法爾斯特 (Georgy Falster) 說(shuō)。“我們發(fā)現(xiàn)整體實(shí)力尚未改變，但每年的表現(xiàn)卻有所不同。” 法爾斯特在圣路易斯華盛頓大學(xué)擔(dān)任博士后研究員時(shí)開(kāi)始了這項(xiàng)研究。
他們觀察到，沃克環(huán)流在類(lèi)厄爾尼諾現(xiàn)象和類(lèi)拉尼娜現(xiàn)象之間切換的時(shí)間長(zhǎng)度在工業(yè)時(shí)代略有放緩。法爾斯特說(shuō)：“這意味著未來(lái)我們可能會(huì)看到更多的多年拉尼娜或厄爾尼諾事件，因?yàn)樘窖笊戏降拇髿饬髟谶@兩個(gè)階段之間切換得更慢。” 這可能會(huì)加劇干旱、火災(zāi)、降雨和洪水的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。
也就是說(shuō)，作者還沒(méi)有注意到發(fā)行強(qiáng)度有任何重大變化。“這是一個(gè)令人驚訝的結(jié)果，”史蒂文森說(shuō)，“因?yàn)榈?21 世紀(jì)末，大多數(shù)氣候模型都表明沃克環(huán)流將會(huì)減弱。”
他們還發(fā)現(xiàn)火山噴發(fā)影響了循環(huán)。“火山爆發(fā)后，我們看到太平洋沃克環(huán)流持續(xù)減弱，”合著者、圣路易斯華盛頓大學(xué)助理教授布朗文·科內(nèi)基說(shuō)。這會(huì)導(dǎo)致火山噴發(fā)后出現(xiàn)類(lèi)似厄爾尼諾現(xiàn)象的情況。
“我們的研究為熱帶地區(qū)大氣-海洋系統(tǒng)的基本組成部分提供了長(zhǎng)期背景，”科茨說(shuō)，他的專(zhuān)業(yè)知識(shí)涵蓋了過(guò)去 2000 年的氣候變化。“了解太平洋沃克環(huán)流如何受到氣候變化的影響將使太平洋地區(qū)及其他地區(qū)的社區(qū)能夠更好地為未來(lái)幾十年可能面臨的挑戰(zhàn)做好準(zhǔn)備。”
了解氣候變化對(duì)沃克環(huán)流的影響對(duì)于做出可靠的預(yù)測(cè)也很重要。“如果我們不知道現(xiàn)實(shí)世界中發(fā)生了什么，那么我們就不知道我們用來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)變化、影響和風(fēng)險(xiǎn)的模型是否為我們提供了正確的畫(huà)面，”史蒂文森解釋道。
研究人員目前正在研究可能導(dǎo)致他們?cè)谖挚谁h(huán)流中目睹的變化的原因。史蒂文森的一名博士生正在研究一個(gè)系統(tǒng)模型，其中包括氫和氧同位素的比率。開(kāi)發(fā)一個(gè)預(yù)測(cè)這些測(cè)量結(jié)果的模型將為研究人員提供測(cè)試不同假設(shè)的工具。
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