沙漠悖论:干旱地区无视气候变化湿度预测

沙漠悖论:干旱地区无视气候变化湿度预测

新的研究发现,随着全球变暖,干旱和半干旱地区的大气湿度并没有像预期的那样增加,这与气候模型的预测相矛盾。

最近的一项研究发现,随着全球变暖,干旱和半干旱地区的大气湿度并没有像预测的那样上升,这给气候科学带来了新的挑战,并引发了对野火和极端天气风险增加的担忧。

热力学定律表明,温暖的大气可以容纳更多的水蒸气,但新的研究发现,随着气候变暖,世界上干旱和半干旱地区的大气水分并没有像预期的那样增加。

这些发现尤其令人费解,因为气候模型一直在预测,即使在干旱地区,大气也会变得更加潮湿。如果大气比预期的更干燥,干旱和半干旱地区可能比预计的更容易受到未来野火和极端高温的影响。

 

由美国国家科学基金会国家大气研究中心(NSF NCAR)领导的这项新研究的作者不确定是什么导致了这种差异。

“影响可能很严重,”该研究的主要作者NSF NCAR科学家Isla Simpson说。“这是一个全球性问题,鉴于我们的气候模型结果,这是完全出乎意料的事情。

辛普森和她的合著者说,需要后续研究来确定为什么水蒸气没有增加。原因可能与水分没有像预期的那样从地球表面移动到大气中或以意想不到的方式在大气中循环有关。也可能是一个完全不同的机制负责。

更神秘的是,这项新研究表明,虽然世界潮湿地区的水蒸气正在增加,但在一年中最干旱的月份,水蒸气的上升幅度并没有预期的那么大。

这项研究本周发表在《美国国家科学院院刊》上。该研究由美国国家科学基金会、NOAA和美国能源部资助。它由加州大学洛杉矶分校的科学家合著;加州大学圣塔芭芭拉分校;康奈尔大学;北极熊国际;和哥伦比亚大学

一个令人惊讶的发现

气候科学的一个基本规则是,大气在变暖时可以容纳更多的水分。这被称为克劳修斯-克拉佩龙关系,这也是气候模型一致预测大气中的水蒸气会随着地球变暖而增加的原因。

但是,当辛普森在 2020 年为 NOAA 撰写一份关于美国西南部气候变化的报告时,她意识到那里的大气干燥程度远远超过气候模型模拟的预期。

出于好奇,辛普森和她的合著者研究了全球大气,以确定水蒸气是否与气候预测一致。研究团队转向了 1980 年至 2020 年的多种观测来源。其中包括气象站网络以及根据气象气球和卫星等来源的观测结果估计湿度的数据集。

令他们惊讶的是,科学家们发现,干旱和半干旱地区的水蒸气通常保持不变,而不是每升温1摄氏度(1.8华度)增加近7%,这是基于克劳修斯-克拉佩龙关系所预期的。美国西南部的水汽实际上有所下降,那里的降水量长期减少。

“这与所有气候模型模拟相反,即使在干旱地区,它也以接近理论预期的速度上升,”作者在新论文中写道。“鉴于水蒸气和野火、生态系统功能和极端温度之间的密切联系,这个问题必须得到解决,以便为世界干旱和半干旱地区提供可信的气候预测。

该研究指出,这种情况导致蒸气压不足增加,这是大气中可以容纳的水分量与空气中实际水分量之间的差值。当赤字上升时,它可能成为野火和生态系统压力的关键驱动因素。

辛普森说:“我们可能面临的风险比西南地区等干旱和半干旱地区的预测还要高,这些地区已经受到前所未有的缺水和极端野火季节的影响。

她和她的同事们在潮湿地区发现了更复杂的情况,在潮湿的季节,大气中的水蒸气会增加,正如气候模型所预测的那样。在最干旱的月份,这一增长有所趋于平稳,但不像干旱和半干旱地区那样趋于平稳。

寻找罪魁祸首

至于为什么大气中的水蒸气没有像预期的那样在干旱地区增加的问题,作者大致提出了两种可能性:从地表移动到空气中的水分量可能低于模型,或者大气将水分输送到干燥地区的方式可能与模型不同。

他们得出的结论是,大气传输问题的可能性较小,因为这并不一定能解释全球所有干旱和半干旱地区的共同行为,这些地区从不同的地方接收水分。

这使得地表成为最有可能的罪魁祸首。作者推测了几个可能的原因:土地在现实中可用于大气的水可能比模型中的要少,随着气候变暖,它可能比预期的更干燥,或者植物可能更有效地保持水分并减少释放到大气中。

作者还考虑了观察结果存在错误的可能性。但他们得出的结论是,这不太可能,因为这种差异与世界各地区的干燥程度密切相关,即使将记录划分为较短的时间段以避免由于仪器变化而导致的错误,也始终会发现这种差异。

辛普森强调,需要更多的研究来确定原因。

“这是一个非常棘手的问题,因为我们没有对所有重要过程的全球观察,无法告诉我们水是如何从陆地表面转移到大气中的,”她说。“但我们绝对需要弄清楚出了什么问题,因为情况不是我们预期的,可能会对未来产生非常严重的影响。

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