利用过去的季风预测未来的气候条件

近年来，北美西南部一直在遭受极端天气的折磨，从灼热的热浪和灼热的野火到导致山洪和泥石流的季风降雨。

随着全球变暖导致全球气温持续升高，来自雪城大学、康涅狄格大学、亚利桑那大学、乔治梅森大学和哈佛大学的一组研究人员正在寻找数百万年前的环境线索预测未来西南气候可能是什么样子。通过分析古代气候数据，科学家们怀疑更高的温度可能会导致美国西南部的夏季降雨量更大、范围更广。

为应对全球变暖，北美西南部等亚热带地区正变得更加干燥，因为较高的温度会导致总体上更加干旱。然而，气温上升也可能导致夏季降水过多。推动这种情况的机制是加强季风。就在刚刚过去的这个夏天，南加州感受到了季风的影响，历史性的洪水蔓延到了死亡谷和其他以缺乏降雨而闻名的地区。

在由锡拉丘兹大学锡拉丘兹地球与环境科学系的托尼斯家族教授 Tripti Bhattacharya 领导的一项研究中，研究人员探索了地球历史上另一个具有强烈北美夏季风的时期。在大约 300 万年前的上新世中期，尽管二氧化碳水平与今天相似，但北美西南部出人意料地充满了需要更潮湿环境的湖泊和动植物物种。

该团队的新论文发表在AGU Advances杂志上，表明上新世中期更强的季风可以解释过去的潮湿条件，并对未来产生影响。

在古代叶蜡中寻找答案

为了了解季风在上新世中期是如何变化的，Bhattacharya 和研究生 Claire Rubbelke，博士。地球和环境科学的候选人，分析了保存在下加利福尼亚州和南加州海洋沉积物核心中的上新世叶蜡。这些蜡的氢同位素组成揭示了过去季风的变化。

由于雨是用于生产叶蜡的氢的来源，因此测量氢的浓度可以揭示过去某个特定时刻的降水总量。研究人员通过在高温和高压下通过沉积物运行溶剂来提取叶蜡，并使用一种称为气相色谱 - 同位素比质谱仪的设备进行同位素测量，该设备通过其分子量分离出蜡。

“根据叶蜡中编码的信息，我们发现上新世在墨西哥西部有一个更强的夏季风，一直延伸到现在的加利福尼亚南部，这与之前的工作形成鲜明对比，即上新世水文气候变化只是冬季的结果，而不是夏季，降雨，”巴塔查里亚指出。“我们的论文首次提供了季风变化导致中上新世潮湿条件的直接证据。”

受温度变化驱动

康涅狄格大学地球科学系教授、该研究的第二作者、气候建模专家 Ran Feng 进行了模拟，以确定在上新世中期，海面温度可能如何影响更强的北美季风。她的团队发现，太平洋的海洋温度的排列方式可以将更多的水分从热带地区输送到亚热带地区。具体来说，亚热带-热带温度梯度降低，推动了北美季风的加强。

温度是季风强度的驱动因素之一。赤道太平洋东部的温暖条件导致北美西南部许多季风区的下降运动，降低了大气对降雨的有利性。但是，当加利福尼亚边缘比赤道太平洋东部温暖时——就像今天在海洋热浪事件中可能发生的那样——更多的热带湿气进入亚热带，带来北美季风降水的增强。

“通过研究上新世中期的气候，我们可以确定我们的星球在温暖的条件下是如何运作的，”冯说。“我们在这里确定的机制已经在当今的海洋热浪事件中发挥作用，我们预计它将在未来随着气候变暖和可能更频繁的海洋热浪事件变得更加普遍。”

他们的结果证实，加州边缘的较高温度有助于增加大气对季风降雨的有利性——本质上为季风风暴提供了更多的能量。

“未来北美西南部的夏季降雨和洪水可能会增加，”Bhattacharya 说。“我们相信我们的工作很好地说明了如何利用过去来预测未来的气候灾害。”

亚利桑那大学地球科学教授、该研究的合著者杰西卡蒂尔尼指出，这些潜在的“类似上新世”降雨的间隔，与北美西南部日益加剧的特大干旱共存，将对生态系统产生影响，人力基础设施和水资源。

“更强的季风意味着美国西南部会有更多的降雨，这对于面临长期干旱的地区来说是一件好事，”蒂尔尼说。“不幸的是，季风风暴中的大量降雨落得很快，从景观中流失，并可能导致灾难性的洪水，对社区构成威胁。”

虽然关于未来北美季风的确切预测仍不确定，但他们的研究证明，与上新世中期条件相似的温暖气候带来了扩大和更强烈季风的潜力。随着当前全球变暖和人为气候变化的趋势，极端的夏季季风条件可能很快就会在北美西南部变得更加普遍。