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是什麽引發了聖嬰

2024-01-30科學

【天子兵法】中說過,了解你的敵人是非常重要的。而沒有什麽比聖嬰更具威脅性的敵人了,這是一種隨機性很強的氣候現象,可以對從海洋生物多樣性到「經濟」等人類概念等自然奇觀造成淪陷性的影響。

不幸的是,我們對這種天氣模式的認識總是心知肚明的。我們無法提前預測它,因為它不遵循固定的時間表;我們對引起它的真正原因一無所知;而每次它發生,都與以前的情況大有不同。簡而言之,整個地球似乎都在這個「小男孩」的掌控之下。

等等!情況變得更糟了——根據來自奧地利因斯布魯克研究人員的一篇今年的幾篇論文,我們可能實際上比預想的還要知之甚少。

你可能以前聽說過聖嬰,但要理解它背後的交互作用,以及因為這些新研究而改變了我們的認識,就更復雜了。

首先,從氣象學角度而言,它只是問題的一部份。「聖嬰和拉尼娜是一種自然發生的名為聖嬰-南方濤動(ENSO)的氣候現象的兩個階段,」倫敦帝國理工學院的格蘭瑟姆學院解釋說。

該學院解釋:「[ENSO]導致地球氣候出現最劇烈的年度變化。聖嬰的特點是全球氣溫升高,而拉尼娜年通常更涼爽。」

關於這些氣候模式何時以及為什麽發生,我們今天依然不得而知。普遍而言,我們知道聖嬰的發生頻率比拉尼娜更高,每次持續時間通常為9至12個月,但兩種天氣事件都不會按照固定的時間表發生。我們唯一能說的是它們大約每兩至七年發生一次。

「在太平洋正常狀態下,貿易風沿赤道向西吹,將南美溫暖的水流向亞洲,」美國國家海洋暨大氣總署(NOAA)關於該現象的資訊表單解釋道:「為取代這些溫暖水,寒冷的水從深處升起,這個過程被稱為上湧。」

但是「聖嬰和拉尼娜是兩種打破這種正常條件的氣候模式,」該機構繼續說。在聖嬰期間,太平洋風力減弱,減少了東部的冷水上湧,將較暖的潮汐推向美洲西海岸;太平洋海面溫度可能上升高達4°C(7°F),並且大氣環流格局可能會在全球範圍內受到影響。

在今年10月的一份聲明中,東北大學全球恢復研究所共同主任Auroop Ganguly表示:「聖嬰會導致全球範圍內氣候模式發生許多變化。」

他補充道:「它被稱為‘蹺蹺板’效應」,該現象往往會在南美和北美西海岸引發更頻繁和更強烈的風暴,同時在非洲和南亞引發幹旱。

我們可能並不知道究竟是什麽引發了聖嬰事件,但科學家們對這些有活力的天氣現象背後的模式進行了懷疑已經有一段時間了。其中有一種觀點——所謂的「雙極蹺蹺板機制」——已經得到了廣泛認可。至於另一種觀點——與太陽的磁周期有關——則沒有得到廣泛認可。你猜新研究支持哪一種觀點?

「我們的發現……挑戰了雙極蹺蹺板假說,」【創新地球科學】雜誌上的一篇新文章指出。 「雖然雙極蹺蹺板假說對大西洋地區的支持很好,但其在全球範圍內千年尺度氣候變遷的相關性仍然不確定。」

研究人員指出,這一假說旨在回答千年尺度氣候變遷的原因,這已經成為古氣候科學的一個長期挑戰。簡單來說,這一假說暗示,北大西洋漂移環流(AMOC)的變化——這是一個將熱水從熱帶地區輸送到北大西洋的大型海洋洋流系統——決定了南半球氣候的變化。

研究人員解釋說:「這一概念假設,AMOC的崩潰將阻止向北的熱流,導致熱量累積在南半球。 在AMOC穩定後,向北的熱流將恢復,導致南半球變冷。」

但是,如果這個假設是正確的,團隊寫道,我們應該希望太平洋的氣候記錄與大西洋的氣候記錄相配。事實證明,二者並不匹配。

他們怎麽知道的?幸運的是,我們在格陵蘭島冰芯上有關於大西洋氣候歷史的可靠記錄。據英國南極調查隊的冰芯團隊負責人麗茲·湯瑪斯表示,它們是「重建儀器時代之前氣候的最佳工具」,提供了有關大氣成分的變化、古老大型太陽風暴的證據以及大約幾千年來各種氣候現象的資料。

而要在太平洋找到相似的歷史記錄卻成了一個更大的難題——這也就是為什麽,研究人員轉而研究了所謂的石筍洞沈積物,以獲取資訊。

這篇論文中報道:「我們報告了一份來自阿拉斯加的獨立日期的高緯度石筍洞沈積物記錄,這為對北太平洋氣候的研究提供了寶貴的見解。」 「我們的研究結果表明,這一石筍洞沈積物記錄與格陵蘭島的冰芯記錄不一致……但卻與熱帶太平洋記錄相吻合。」

那麽,如果不是地球上的遊戲裝置引發了千年ENSO周期,那到底是什麽?這就是我們發現的奧地利團隊的第一個重要發現:所謂的「沃克開關」。

這種「沃克開關」機制是根據沃克環流——ENSO的「大氣伴侶」,氣象學家湯姆迪利伯蘭托所說——而產生的。提出的沃克開關機制歸咎於兩種相互關聯但並非全部相同的現象。第一種是所謂的「海洋恒溫器」機制:「它暗示,如果整個熱帶地區的加熱都是均勻的,那麽太平洋將在西部變暖多於東部,因為東部強烈的上湧和表面分散將部份熱量向極地移動。」研究人員解釋說。

他們寫道:「因此,東西方的溫度梯度會加強,導致東風增強,進一步增強區域溫度梯度。」「這個過程導致了類似拉尼娜的平均狀態對太陽放射線強制作出的回應。」

但是,研究團隊發現,有時候氣候記錄並不完全與他們的預期相吻合。他們提出,一旦達到某個閾值,這種恒溫器關系可能會減弱:他們假設,太陽的放射線過多,太平洋水溫變化會足夠均勻化,以至於沃克環流變得比恒溫器機制更具影響力。

英斯布魯克大學地質學系研究人員保羅威爾科克斯在一份聲明中表示:「‘沃克開關’的概念幫助我們更好地解釋了在赤道太平洋和北緯地區塑造氣候動態的若幹復雜因素」。

當然,這只是一個假設。作者承認:「我們承認,這一概念機制目前很難完全證實。」

盡管如此,他們表示:「基於已有的證據,它為幾個氣候之謎提供了一個可行的解決方案。」

21世紀初曾有一個科幻小說般的說法:聖嬰和拉尼娜模式與太陽磁周期有關。雖然確切的機制仍然模棱兩可,但他們的證據似乎顯示,聖嬰和拉尼娜之間的轉換往往與太陽周期中的「終結事件」相關聯(它聽上去比實際情況要嚴重得多,實際上就是太陽的新年)。

二十一年提出了這一聯系的一篇論文的合著人馬里蘭大學地球物理學家鮑伯利蒙在一份聲明中表示:「我們不是第一批研究太陽變異如何驅動地球系統變化的科學家,」「但我們是第一批套用22年太陽時鐘的科學家。結果——五連續的終結者與聖嬰振蕩的轉換相吻合——這不太可能是巧合。」

起初,許多其他氣候科學家對此頗有懷疑。空間氣象物理學家塔米沙·斯科夫在當時告訴【華盛頓郵報】,「我不敢說這項工作的結果‘結論’,」「而只能稱之為新方向上的一個墊腳石。」

然而,2021年十月,來自因斯布魯克大學的研究團隊的第二篇論文似乎支持了這一假設——至少在一定程度上。研究人員透過分析阿拉斯加東南部的石筍而得出結論,稱:「過去∼3,500年,聖嬰受太陽放射線的影響顯著」。

然而,就在大約50年前,這種關系開始崩潰了。原因是什麽?你猜對了:氣候變遷。

作者寫道:「ENSO[現在]正受到人為驅動的影響,」「這意味著一個需要並入未來氣候預測的新ENSO平均狀態。」

這兩篇論文聯合起來表明一個非常簡單的資訊:我們還不如我們以前認為的了解得多。

但我們正在進步。在新的假設下,也許我們解離開這個有能力摧毀地球的「小男孩」背後機制的謎題更近了。