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Nature:“追捕”厄尔尼诺

摘要 : 8月,当海洋学家Kelvin Richards及其团队沿着马绍尔群岛赤道东部海域巡视时,热带太平洋似乎“心情不佳”。头一个月,6个热带气旋掠过洋面。而当Richards的科学考察进行时,更多气旋正加速形成。

Falkor科考船收集了将有助于研究厄尔尼诺的数据

8月,当海洋学家Kelvin Richards及其团队沿着马绍尔群岛赤道东部海域巡视时,热带太平洋似乎“心情不佳”。头一个月,6个热带气旋掠过洋面。而当Richards的科学考察进行时,更多气旋正加速形成。该地区的海洋表面异常温暖,水温至少比预期高了1℃。当海洋学家在海平面以下窥视时,他们发现了向下扩展至几百米深处的强烈湍流迹象。

研究团队发现,自己正经历着一次惊人的厄尔尼诺气候变暖事件——可能成为有记录以来最强的一次。大规模厄尔尼诺事件能完全颠倒太平洋的气候条件,并且扰乱全球天气。而此次事件的影响已被感受到。印度尼西亚遭受了使森林和农田火灾加剧的严重干旱,太平洋珊瑚则正在经历有史以来最严重的漂白事件。秘鲁宣布一些预计会发生洪灾的地区进入紧急状态,而澳大利亚的农民收到了预期将出现干旱的警告。

并非出自同一模子

上一次大规模厄尔尼诺事件发生在1997~1998年。当时,极端天气和洪灾导致上千人死亡,并且使亚洲2.5亿人流离失所。它还帮助将全球气温抬高至此前从未有过的纪录。

对于身为美国夏威夷大学研究人员的Richards来说,最近一次厄尔尼诺的到来最终证实是个好时机。此类变暖事件10年间只会出现一两次,而且无规律可循。因此,研究人员非常渴望学会如何预测厄尔尼诺将何时到来以及它的强度有多大。这意味着他们必须密切关注大气和从表面水域到几百米深冷水层的海洋。然而,获取到必需的数据异常困难。策划巡航研究需要数年时间,因此很难让一艘船及时进入太平洋中心处,研究一次无法预测的事件。

当Richards在2012年申请返回的船时,他并未想到此次考察会恰好碰上一次气候变暖事件正在积蓄力量。“它的发生只是恰好和我们的考察同步。我们很高兴抓住了这次机会。”

大多数海洋学家并未有足够的运气在今年出海,但他们正利用同事的数据以及从研究浮标和其他来源流入的信息。他们想回答的一个关键问题是为何每次厄尔尼诺的表现都不相同。“厄尔尼诺并不是由一个模子刻出来的。”美国国家海洋和大气管理局(NOAA)海洋学家Michael McPhaden表示。

每次厄尔尼诺的强度和影响似乎部分取决于太平洋哪部分海域最先变暖,但预测温度异常模式很困难。“我们真的很想更好地理解是什么导致了这种多样性,以及可能提前多久预测出我们需要应对何种类型的事件。”McPhaden说。这将帮助预报员在干旱和洪灾来袭前数月发出警告。

厄尔尼诺的“诱饵游戏”

目前正在发生的厄尔尼诺是对科学家还需要学习很多的明确提示。当它最初在2014年开始形成时,表现的和很多其他厄尔尼诺事件类似。通常从南美洲吹向亚洲并且将热量和水分携带至盆地西部的偏东信风有所减弱。这使得温暖向东扩散,而研究人员预测,该模式会随着将温暖海水向东推动的西风暴发得到加强。当足够多的温暖海水在南美洲沿海累积时,它会阻止来自深层且富含营养物质的冷水正常上涌。这反过来改变了鱼类种群,而且通常会毁掉秘鲁沿海鳀鱼的收获。

不过,2014年,沿着赤道的变暖和大多数厄尔尼诺年相比没有那么明显,而且西风暴发并未像预料的那样出现。到了年中,预期的厄尔尼诺完全消失了。

是什么阻止了此次事件?为何太平洋变暖在12个月后又突如其来地浮出水面?这些问题一直困扰着海洋研究人员和气象学家。夏威夷大学海洋学家Axel Timmermann表示,对于研究人员来说,神秘重生的厄尔尼诺是一个绝佳的机会。他们可以将观测结果和模型结合起来,找出到底发生了什么,并且有可能改善预报系统。

Timmermann介绍说,一种可能的解释是预期的西风暴发在去年来得过早,因此它们并未在太平洋东部积聚足够的温暖海水,以抑制冷水层上涌。而这将厄尔尼诺阻断在途中。不过,还有一种可能被忽略的机制使来自深层的冷水到达表面。或者可能只是因为厄尔尼诺南方涛动(ENSO)——温暖的厄尔尼诺和寒冷的拉尼娜阶段无规律出现——的不稳定性导致天气的不可预测。

为测试这些假设,研究人员将需要很多形式的数据,包括随着时间改变的海洋温度测量值、冷水层上涌率、海水密度以及洋流强度。同时,澳大利亚新南威尔士大学气候学家Matthew England表示,将厄尔尼诺年、中性年、拉尼娜出现时间以及某次事件似乎迫在眉睫然后并未出现的年份进行比较也很重要。

由于ENSO的表现可能因气候变化发生改变,问题变得更加困难。温暖的表面海水使厄尔尼诺较容易开始,因此研究人员希望此类事件变得更加频繁。去年,澳大利亚联邦科学和产业研究组织物理海洋学家Wenju Cai开展了一项基于模型的研究,Timmermann也参与其中。研究发现,到本世纪末,诸如1997~1998年事件等极端厄尔尼诺的发生频率将是最近几十年的两倍。

“问题儿童”

19世纪80年代,一名秘鲁海军上校最早描述了太平洋变暖事件。他报告了一次异常温暖的“圣婴洋流”。之所以取这样的名字,是因为它在圣诞节前后出现。在很长一段时间内,厄尔尼诺被认为是发生在秘鲁和厄瓜多尔的一种局部现象。然而,在1957~1958年国际地球物理年期间开展的和一次大规模厄尔尼诺恰好重合的测量活动显示,该现象横跨整个太平洋。自此以后的几十年里,关于厄尔尼诺和拉尼娜的研究表明了海洋和大气条件如何相互加强导致变暖和变冷。

尽管厄尔尼诺/拉尼娜事件会引发天气的巨大变化,但科学基金机构并不愿意资助昂贵的科学考察来研究这些事件,因为它们是如此的难以预测。相反,研究人员在很大程度上依靠来自撒满太平洋的热带大气海洋浮标网络的数据。该网络由NOAA和日本海洋地球科技研究机构(JAMSTEC)共同管理。来自一连串约70个固定浮标的温度和盐分数据,使研究人员得以探测异常的海洋变暖,并且追踪将温暖海水向东推动的大规模波浪。

不过这并非没有问题。近年来,很多浮标已经失效,使科学家暂时只能从40%的网络中获取数据。得益于修复工作的展开,该系统目前已恢复80%的能力。然而,2012年的预算缩减迫使用于定期维护浮标的NOAA海洋调查船Kaimimoana退役。在服役于NOAA的16年里,Kaimimoana还通过收集关于水温、盐分、密度等因素的数据,使自己成为厄尔尼诺研究界的无价之宝。Timmermann表示,由于该船不再可用,收集自浮标和自动漂浮物的数据不足以研究洋流的微小变化以及可能牵扯到厄尔尼诺演化的海洋混合过程。

研究人员还有其他可用的船只,比如Richards巡航乘坐的Falkor科考船。同时,更多的援助或许正在路上。到2020年,NOAA和JAMSTEC希望启动一个可持续的热带太平洋浮标和卫星设备观测系统,以推进对海洋变动的了解,并且改善天气和气候预测。

对于预计在今年年底或明年年初达到峰值的此次厄尔尼诺来说,这份援助来得太迟。最近几个月,它和有记录以来最强有力的厄尔尼诺并驾齐驱。同时,10月初的西风暴发将使变暖持续进行。为此,预报员正警告全球很多地方,为未来若干个月里可能出现的疯狂天气作好准备。

原文链接:

Hunting the Godzilla El Niño

原文摘要:

The tropical Pacific seemed out of sorts this August, as oceanographer Kelvin Richards and his team cruised along the equator east of the Marshall Islands. Six tropical cyclones had barrelled across the ocean in the previous month, and more were spinning up as Richards' research expedition got under way. The sea surface across the region was abnormally warm, with water temperatures at least 1 °C higher than expected. And when the oceanographers peered below the surface, they found signs of intense turbulence extending hundreds of metres down.

来源: Nature 浏览次数:0

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