2020年9月10日
水及其在大气、陆地和海洋内部或之间的运动决定了全球水循环，是气候系统的核心。几乎所有的天气和气候现象都在某种程度上与水循环有关。例子包括雷暴期间的极端降雨、飓风和热带气旋、洪水、干旱和海平面上升。
现在，随着气候的变化，水循环正在发生重要的变化。理论和模型表明，随着地球变暖，全球水循环放大，也就是说，更多的水从海洋中蒸发，因此降水也在增加。然而，由于难以测量全球尺度的蒸发和降水以及它们的空间和时间变化率的复杂性，过去的水循环变化没有得到很好的观测，因此对这一预测的观测证实一直很困难。
这项新研究发表在气候杂志，克服了以前的许多限制，并根据1960年以来新的盐度数据产品得出了水循环变化的新估计。由此，他们提供了新的有力证据，证明全球水循环在过去50年大幅扩大，证实了理论和模型。这项研究由中国科学院大气研究所的程丽静领导，她与来自美国国家大气研究中心的一组国际科学家合作;苏黎世联邦理工学院;美国圣托马斯大学;美国宾夕法尼亚州立大学
“海洋盐度变化可以用来估计水循环变化，因为它揭示了全球表面淡水交换的变化:蒸发将淡水从海洋带入大气，增加了海洋盐度;降水使更多的淡水进入海洋，降低盐度。因此，盐度变化综合了大范围的影响，为水循环变化提供了一个很好的指标。”程丽静介绍。
“然而，由于以前的盐度数据集显示出严重的偏差或缺陷，因此我们需要更好的盐度数据。本研究提供了1960年以来2000 m以上地区新的月盐度网格化场。约翰·亚伯拉罕说，为了在数据稀疏区间和区域之间进行插值，该方法使用了从历史耦合气候模式模拟中获取的盐度时空共变率信息。然后对该方法进行严格验证”。
“新产品在检测长期盐度变化方面显然更可靠，因为我们表明，通过观测系统(从卫星上的高度计和海洋中的剖面浮标(Argo))的变化，这种新的盐度重建具有更好的连续性。”来自NCAR的合著者凯文·特伦伯斯说，“新的数据表明，现有的盐度模式已经被放大。换句话说，在海洋的大部分地区，“新鲜的变得更新鲜，咸的变得更咸”。此外，我们还首次表明，海洋0-2000m的平均盐度趋势表明，几乎整个太平洋都在变新鲜，大西洋中低纬度地区出现了广泛的盐碱化，北大西洋出现了明显的变新鲜，印度洋北部和南部之间也出现了对比”。
盐度变化在空间上是复杂的，本研究使用一个简单的指数来综合这些变化，称为盐度对比指数(SC)，它的定义是高盐度地区和低盐度地区平均盐度的差异。“这一指标提供了一种简单而有力的综合观测到的盐度模式变化的方法。”这项研究的合著者、ETH的尼古拉斯·格鲁伯说:“我们发现，0-2000m盐度模式放大了1.6%，地表盐度放大了7.5%。我们还表明，这种增加是由于人类的影响，这种人为信号已经超过了自然背景的可变性。”
根据新的盐度数据、盐度对比指标和模式模拟，编制了对全球水循环变化的改进估计。这表明，自1960年以来，水循环已以每摄氏度2~ 4%的速度放大(图1)。“我们基于海洋的结果与最近许多基于大气的估计大致一致，并加强了全球水循环随着全球变暖而加剧的证据。”来自美国NCAR的John Fasullo说
这一结果对未来的气候具有重要意义。在全球变暖+2°C(《巴黎协定》目标的上限)的情况下，水循环将扩大4~8%。如果未来气溶胶的影响比今天小(即如果空气污染能够得到控制)，这种放大效应将会更强。因此，会有更强的蒸发:干旱地区将变得更加干燥，进一步增加干旱恶化的可能性。干旱影响到牲畜和作物，并增加了包括美国、中国、澳大利亚、巴西和其他国家在内的许多地区发生破坏性甚至致命野火的风险，对食品安全和人类健康构成严重风险。暴雨和极端降雨的风险也将大大增加。更强烈的暴雨会在世界各地造成严重问题，如极端洪水。与热带气旋和飓风有关的降雨将继续增加，不仅对沿海和小岛屿社区，而且对内陆地区(如伊萨亚斯)也会造成更大的破坏。
“这项研究是该领域的重大进步”，美国宾夕法尼亚州立大学的迈克尔·曼恩说:“首先，新的、更准确的盐度变化估计为与气候模式模拟进行比较提供了更好的基础。其次，盐度对比指数提供了气候变化对全球水循环影响的关键衡量指标，有助于区分信号。我们发现，在这个特定的指标中，需要十多年的时间才能将气候变化信号从背景噪声中分离出来，这表明气候研究界应该更广泛地使用它。”
本研究由中国国家重点研发计划项目(2017YFA0603202)、中国科学院海洋大科学研究中心重点部署项目(COMS2019Q01)、欧盟地平线2020研究与创新计划(821001和821003资助协议)资助。
来源:http://english.iap.cas.cn/