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是什么引发了厄尔尼诺

2024-01-30科学

【天子兵法】中说过,了解你的敌人是非常重要的。而没有什么比厄尔尼诺更具威胁性的敌人了,这是一种随机性很强的气候现象,可以对从海洋生物多样性到「经济」等人类概念等自然奇观造成毁灭性的影响。

不幸的是,我们对这种天气模式的认识总是心知肚明的。我们无法提前预测它,因为它不遵循固定的时间表;我们对引起它的真正原因一无所知;而每次它发生,都与以前的情况大有不同。简而言之,整个地球似乎都在这个「小男孩」的掌控之下。

等等!情况变得更糟了——根据来自奥地利因斯布鲁克研究人员的一篇今年的几篇论文,我们可能实际上比预想的还要知之甚少。

你可能以前听说过厄尔尼诺,但要理解它背后的相互作用,以及因为这些新研究而改变了我们的认识,就更复杂了。

首先,从气象学角度而言,它只是问题的一部分。「厄尔尼诺和拉尼娜是一种自然发生的名为厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)的气候现象的两个阶段,」伦敦帝国理工学院的格兰瑟姆学院解释说。

该学院解释:「[ENSO]导致地球气候出现最剧烈的年度变化。厄尔尼诺的特点是全球气温升高,而拉尼娜年通常更凉爽。」

关于这些气候模式何时以及为什么发生,我们今天依然不得而知。普遍而言,我们知道厄尔尼诺的发生频率比拉尼娜更高,每次持续时间通常为9至12个月,但两种天气事件都不会按照固定的时间表发生。我们唯一能说的是它们大约每两至七年发生一次。

「在太平洋正常状态下,贸易风沿赤道向西吹,将南美温暖的水流向亚洲,」美国国家海洋和大气管理局(NOAA)关于该现象的信息表单解释道:「为取代这些温暖水,寒冷的水从深处升起,这个过程被称为上涌。」

但是「厄尔尼诺和拉尼娜是两种打破这种正常条件的气候模式,」该机构继续说。在厄尔尼诺期间,太平洋风力减弱,减少了东部的冷水上涌,将较暖的潮汐推向美洲西海岸;太平洋海面温度可能上升高达4°C(7°F),并且大气环流格局可能会在全球范围内受到影响。

在今年10月的一份声明中,东北大学全球恢复研究所共同主任Auroop Ganguly表示:「厄尔尼诺会导致全球范围内气候模式发生许多变化。」

他补充道:「它被称为‘跷跷板’效应」,该现象往往会在南美和北美西海岸引发更频繁和更强烈的风暴,同时在非洲和南亚引发干旱。

我们可能并不知道究竟是什么引发了厄尔尼诺事件,但科学家们对这些有活力的天气现象背后的模式进行了怀疑已经有一段时间了。其中有一种观点——所谓的「双极跷跷板机制」——已经得到了广泛认可。至于另一种观点——与太阳的磁周期有关——则没有得到广泛认可。你猜新研究支持哪一种观点?

「我们的发现……挑战了双极跷跷板假说,」【创新地球科学】杂志上的一篇新文章指出。 「虽然双极跷跷板假说对大西洋地区的支持很好,但其在全球范围内千年尺度气候变化的相关性仍然不确定。」

研究人员指出,这一假说旨在回答千年尺度气候变化的原因,这已经成为古气候科学的一个长期挑战。简单来说,这一假说暗示,北大西洋漂移环流(AMOC)的变化——这是一个将热水从热带地区输送到北大西洋的大型海洋洋流系统——决定了南半球气候的变化。

研究人员解释说:「这一概念假设,AMOC的崩溃将阻止向北的热流,导致热量累积在南半球。 在AMOC稳定后,向北的热流将恢复,导致南半球变冷。」

但是,如果这个假设是正确的,团队写道,我们应该希望太平洋的气候记录与大西洋的气候记录相配。事实证明,二者并不匹配。

他们怎么知道的?幸运的是,我们在格陵兰岛冰芯上有关于大西洋气候历史的可靠记录。据英国南极调查队的冰芯团队负责人丽兹·托马斯表示,它们是「重建仪器时代之前气候的最佳工具」,提供了有关大气成分的变化、古老大型太阳风暴的证据以及大约几千年来各种气候现象的资料。

而要在太平洋找到相似的历史记录却成了一个更大的难题——这也就是为什么,研究人员转而研究了所谓的石笋洞沉积物,以获取信息。

这篇论文中报道:「我们报告了一份来自阿拉斯加的独立日期的高纬度石笋洞沉积物记录,这为对北太平洋气候的研究提供了宝贵的见解。」 「我们的研究结果表明,这一石笋洞沉积物记录与格陵兰岛的冰芯记录不一致……但却与热带太平洋记录相吻合。」

那么,如果不是地球上的游戏设备引发了千年ENSO周期,那到底是什么?这就是我们发现的奥地利团队的第一个重要发现:所谓的「沃克开关」。

这种「沃克开关」机制是根据沃克环流——ENSO的「大气伴侣」,气象学家汤姆迪利伯托所说——而产生的。提出的沃克开关机制归咎于两种相互关联但并非全部相同的现象。第一种是所谓的「海洋恒温器」机制:「它暗示,如果整个热带地区的加热都是均匀的,那么太平洋将在西部变暖多于东部,因为东部强烈的上涌和表面分散将部分热量向极地移动。」研究人员解释说。

他们写道:「因此,东西方的温度梯度会加强,导致东风增强,进一步增强区域温度梯度。」「这个过程导致了类似拉尼娜的平均状态对太阳辐射强制作出的回应。」

但是,研究团队发现,有时候气候记录并不完全与他们的预期相吻合。他们提出,一旦达到某个阈值,这种恒温器关系可能会减弱:他们假设,太阳的辐射过多,太平洋水温变化会足够均匀化,以至于沃克环流变得比恒温器机制更具影响力。

英斯布鲁克大学地质学系研究人员保罗威尔科克斯在一份声明中表示:「‘沃克开关’的概念帮助我们更好地解释了在赤道太平洋和北纬地区塑造气候动态的若干复杂因素」。

当然,这只是一个假设。作者承认:「我们承认,这一概念机制目前很难完全证实。」

尽管如此,他们表示:「基于已有的证据,它为几个气候之谜提供了一个可行的解决方案。」

21世纪初曾有一个科幻小说般的说法:厄尔尼诺和拉尼娜模式与太阳磁周期有关。虽然确切的机制仍然模棱两可,但他们的证据似乎显示,厄尔尼诺和拉尼娜之间的转换往往与太阳周期中的「终结事件」相关联(它听上去比实际情况要严重得多,实际上就是太阳的新年)。

二十一年提出了这一联系的一篇论文的合著人马里兰大学地球物理学家鲍勃利蒙在一份声明中表示:「我们不是第一批研究太阳变异如何驱动地球系统变化的科学家,」「但我们是第一批应用22年太阳时钟的科学家。结果——五连续的终结者与厄尔尼诺振荡的转换相吻合——这不太可能是巧合。」

起初,许多其他气候科学家对此颇有怀疑。空间气象物理学家塔米沙·斯科夫在当时告诉【华盛顿邮报】,「我不敢说这项工作的结果‘结论’,」「而只能称之为新方向上的一个垫脚石。」

然而,2021年十月,来自因斯布鲁克大学的研究团队的第二篇论文似乎支持了这一假设——至少在一定程度上。研究人员通过分析阿拉斯加东南部的石笋而得出结论,称:「过去∼3,500年,厄尔尼诺受太阳辐射的影响显著」。

然而,就在大约50年前,这种关系开始崩溃了。原因是什么?你猜对了:气候变化。

作者写道:「ENSO[现在]正受到人为驱动的影响,」「这意味着一个需要并入未来气候预测的新ENSO平均状态。」

这两篇论文联合起来表明一个非常简单的信息:我们还不如我们以前认为的了解得多。

但我们正在进步。在新的假设下,也许我们离解开这个有能力摧毁地球的「小男孩」背后机制的谜题更近了。