研究人员试图阐明干旱区向南北极移动因果

探索热带扩张的奥秘

研究人员试图解释干旱地区向北极和南极快速移动的原因和后果。

澳大利亚过去20年经历的严重干旱给试图保持牲畜和农作物健康的农民带来了巨大损失。资料来源:艾米·托恩辛

2004年春天的一天，当付强浏览从卫星上收集的大气数据时，他也注意到了一种不寻常的、似乎无法解释的模式。在赤道两侧的两个区域，低层大气比地球上任何地方都要温暖。美国华盛顿大学的大气科学家对此感到困惑。

直到一年后，他才意识到自己的发现:热带地区迅速扩张的证据。热带核心是绿色的，但是北部和南部边缘非常干燥。此外，这些炎热的边界正在向亚热带扩展，将亚热带推向南极和北极。

目前，它恰好位于热带以外的一个城市，不久将位于干旱的热带边缘。这对像加州圣地亚哥这样的地方来说是个坏消息。“从降雨量的角度来看，南加州仅在一个纬度上的迁移就足以对这些社区产生巨大影响。”犹他大学的气候模型专家Thomas Reichler解释道。

自从傅和他的同事在2006年宣布他们的发现以来，许多科学家一直在研究热带扩张并试图揭示其原因。对于从全球变暖和臭氧消耗到未来逆转的自然循环有许多解释。然而，对于热带边界移动的速度仍然没有共识:估计结果每十年从不到半个纬度到几个纬度不等。更极端的结果是，气候变化将会和一个世纪后将伦敦迁至罗马一样巨大。在如何定义热带地区的问题上缺乏共识使得问题更加复杂，也使得科学家很难就变化的程度达成一致。无论如何，寻找这种现象的研究人员一致认为它确实在发生。

奇怪的天空

当傅第一次从卫星数据中发现奇怪的模式时，赖歇勒注意到天空中一些不寻常的现象。他正在研究对流层顶——最低大气(对流层)和最高大气(平流层)之间的边界。在赤道地区，对流层顶通常比南北高几公里，因为暖空气上升，推动边界上升。当分析从气象气球收集的温度数据时，赖歇尔发现赤道地区的对流层顶的隆起正在向南极和北极扩展，这是热带扩展的标志。傅听说了赖歇尔的数据，两人决定共同发表他们的发现。

在他们敲响警钟十年后，科学家仍在试图找出发生了什么。去年7月，50名研究人员在新墨西哥州的圣达菲会面，讨论了所有已知的关于热带扩张的问题——如何测量它，是什么导致了它，以及热带未来的边界可能在哪里。

热带地区的一些变化可能是全球变化的结果。在华盛顿西北太平洋国家实验室的地球系统科学家陆缄领导的一项研究中，赖歇尔分析了这种可能性。他们与美国国家海洋和大气管理局的气候学家加布里埃尔·韦奇一起研究了气候预测，分析变暖可能如何影响被称为“哈德利圈”的大气环流模型，该模型将热量从地球较暖的部分传递到较冷的区域。作为哈德利圈的一部分，温暖潮湿的空气上升到热带上空，而寒冷干燥的空气下沉到北纬30度左右的地面。这有助于建立地球上最干燥的沙漠，如南部非洲的卡拉哈里沙漠和北部非洲的撒哈拉沙漠。同时，它也是热带和干燥的亚热带边界最常见的测量方法。

边缘效应

几乎就在科学家首次警告热带扩张的同时，澳大利亚气象局气候学家克里斯·卢卡斯正经历着可能由此产生的直接影响。从2006年到2007年，澳大利亚遭受了自欧洲移民来到这里以来最严重的干旱之一。卢卡斯回忆起从墨尔本开车到附近的希尔顿湖，发现曾经泛滥的湖泊已经干涸。与此同时，墨尔本的水库在低水位运行，而该市北部山区的森林大火正在肆虐。澳大利亚受灾最严重的地区，如珀斯、阿德莱德、墨尔本和其他城市，都位于南纬30度以南。这表明干燥可能是由哈雷环流的位置和降雨急流的迁移引起的。2010年发表的一项研究表明，澳大利亚东南部在最近几十年受到了来自北方的干燥天气的袭击，这大大减少了降雨量。“我们不能说这完全是由热带扩张引起的，但它确实与热带扩张一致。”卢卡斯解释道，“我们担心的是澳大利亚会继续变得越来越干燥。”

在其他地方，有证据表明热带扩张正在影响海洋。在哈德利圈下沉并导致冷空气下降的地方，它向海洋注入能量并刺激水流高速流动。这种能量将寒冷且营养丰富的水流推向水面，从而为世界上一些最富饶的渔场提供食物。然而，有迹象表明，由于哈德利环流的迁移，一些地区正在遭受损失。

爱德华·维兹和克里·库克都在德克萨斯大学工作，他们在本格拉洋流经过的地区发现了一些危险的迹象。该区域位于南纬30度，是非洲西海岸的一个沿海上升流区。库克的研究表明，在过去的30年里，整个地区的水流已经发生了变化。一个影响是上升流减弱，这对该地区的渔业和生物多样性造成了一些令人担忧的影响。库克说，同样的事情也可能发生在开阔水域的上升流系统中，这些系统更有可能经历哈雷环流的变化。

他还说，随着时间的推移，这些上升流区将会向南移动，并根据哈德利环流的变化而变得更弱或更强。无论如何，这意味着依赖这些资源的渔业社区将无法依赖传统模式。

可持续文明

詹姆斯·库克大学的环境地理学家史蒂夫·图尔顿担心变化的速度会如此之快，以至于这些生态系统无法适应。在最坏的情况下，亚热带将取代具有丰富生态结构的热带边缘地区，而更热和更干燥的条件将产生重要影响。

对于致力于研究这一领域的科学家来说，考虑到不确定性的程度，交换来自热带扩张的威胁是一个棘手的问题。“看到我们还有这么多工作要做，真是令人沮丧。”科罗拉多州立大学气候学家、圣达菲会议召集人之一托马斯·比尔纳说。那次会议的成果之一是，科学家应该比较热带扩张的各种参数，以便就最佳前进方向达成一致。

同时，更多的时间也会有所帮助。约翰·霍普金斯大学的大气科学家达林·沃认为，如果热带扩张继续保持相对稳定的状态，自然变异成为罪魁祸首的可能性将会降低，矛头将会更有力地指向其他原因。

然而，要花这么长时间才能得到答案，这对生活在圣地亚哥和墨尔本等城市的居民以及生活在热带和亚热带边境附近的数十亿人来说是一件痛苦的事情。“我们需要理解这个问题。”卢卡斯说，“为了在那些地方拥有可持续的文明。”(宗华)

《中国科学报》(2016-02-17，第三版国际版)

阅读更多

《自然》杂志的相关报道