8月,當海洋學家Kelvin Richards及其團隊沿著馬紹爾群島赤道東部海域巡視時,熱帶太平洋似乎“心情不佳”。頭一個月,6個熱帶氣旋掠過洋面。而當Richards的科學考察進行時,更多氣旋正加速形成。該地區的海洋表面異常溫暖,水溫至少比預期高了1℃。當海洋學家在海平面以下窺視時,他們發現了向下擴展至幾百米深處的強烈湍流跡象。
Falkor科考船收集了將有助于研究厄爾尼諾的數據
研究團隊發現,自己正經歷著一次驚人的厄爾尼諾氣候變暖事件——可能成為有記錄以來最強的一次。大規模厄爾尼諾事件能完全顛倒太平洋的氣候條件,并且擾亂全球天氣。而此次事件的影響已被感受到。印度尼西亞遭受了使森林和農田火災加劇的嚴重干旱,太平洋珊瑚則正在經歷有史以來最嚴重的漂白事件。秘魯宣布一些預計會發生洪災的地區進入緊急狀態,而澳大利亞的農民收到了預期將出現干旱的警告。
并非出自同一模子
上一次大規模厄爾尼諾事件發生在1997~1998年。當時,極端天氣和洪災導致上千人死亡,并且使亞洲2.5億人流離失所。它還幫助將全球氣溫抬高至此前從未有過的紀錄。
對于身為美國夏威夷大學研究人員的Richards來說,最近一次厄爾尼諾的到來最終證實是個好時機。此類變暖事件10年間只會出現一兩次,而且無規律可循。因此,研究人員非常渴望學會如何預測厄爾尼諾將何時到來以及它的強度有多大。這意味著他們必須密切關注大氣和從表面水域到幾百米深冷水層的海洋。然而,獲取到必需的數據異常困難。策劃巡航研究需要數年時間,因此很難讓一艘船及時進入太平洋中心處,研究一次無法預測的事件。
當Richards在2012年申請返回的船時,他并未想到此次考察會恰好碰上一次氣候變暖事件正在積蓄力量。“它的發生只是恰好和我們的考察同步。我們很高興抓住了這次機會。”
大多數海洋學家并未有足夠的運氣在今年出海,但他們正利用同事的數據以及從研究浮標和其他來源流入的信息。他們想回答的一個關鍵問題是為何每次厄爾尼諾的表現都不相同。“厄爾尼諾并不是由一個模子刻出來的。”美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)海洋學家Michael McPhaden表示。
每次厄爾尼諾的強度和影響似乎部分取決于太平洋哪部分海域最先變暖,但預測溫度異常模式很困難。“我們真的很想更好地理解是什么導致了這種多樣性,以及可能提前多久預測出我們需要應對何種類型的事件。”McPhaden說。這將幫助預報員在干旱和洪災來襲前數月發出警告。
厄爾尼諾的“誘餌游戲”
目前正在發生的厄爾尼諾是對科學家還需要學習很多的明確提示。當它最初在2014年開始形成時,表現的和很多其他厄爾尼諾事件類似。通常從南美洲吹向亞洲并且將熱量和水分攜帶至盆地西部的偏東信風有所減弱。這使得溫暖向東擴散,而研究人員預測,該模式會隨著將溫暖海水向東推動的西風暴發得到加強。當足夠多的溫暖海水在南美洲沿海累積時,它會阻止來自深層且富含營養物質的冷水正常上涌。這反過來改變了魚類種群,而且通常會毀掉秘魯沿海鳀魚的收獲。
不過,2014年,沿著赤道的變暖和大多數厄爾尼諾年相比沒有那么明顯,而且西風暴發并未像預料的那樣出現。到了年中,預期的厄爾尼諾完全消失了。
是什么阻止了此次事件?為何太平洋變暖在12個月后又突如其來地浮出水面?這些問題一直困擾著海洋研究人員和氣象學家。夏威夷大學海洋學家Axel Timmermann表示,對于研究人員來說,神秘重生的厄爾尼諾是一個絕佳的機會。他們可以將觀測結果和模型結合起來,找出到底發生了什么,并且有可能改善預報系統。
Timmermann介紹說,一種可能的解釋是預期的西風暴發在去年來得過早,因此它們并未在太平洋東部積聚足夠的溫暖海水,以抑制冷水層上涌。而這將厄爾尼諾阻斷在途中。不過,還有一種可能被忽略的機制使來自深層的冷水到達表面。或者可能只是因為厄爾尼諾南方濤動(ENSO)——溫暖的厄爾尼諾和寒冷的拉尼娜階段無規律出現——的不穩定性導致天氣的不可預測。
為測試這些假設,研究人員將需要很多形式的數據,包括隨著時間改變的海洋溫度測量值、冷水層上涌率、海水密度以及洋流強度。同時,澳大利亞新南威爾士大學氣候學家Matthew England表示,將厄爾尼諾年、中性年、拉尼娜出現時間以及某次事件似乎迫在眉睫然后并未出現的年份進行比較也很重要。
由于ENSO的表現可能因氣候變化發生改變,問題變得更加困難。溫暖的表面海水使厄爾尼諾較容易開始,因此研究人員希望此類事件變得更加頻繁。去年,澳大利亞聯邦科學和產業研究組織物理海洋學家Wen juCai開展了一項基于模型的研究,Timmermann也參與其中。研究發現,到本世紀末,諸如1997~1998年事件等極端厄爾尼諾的發生頻率將是最近幾十年的兩倍。
“問題兒童”
19世紀80年代,一名秘魯海軍上校最早描述了太平洋變暖事件。他報告了一次異常溫暖的“圣嬰洋流”。之所以取這樣的名字,是因為它在圣誕節前后出現。在很長一段時間內,厄爾尼諾被認為是發生在秘魯和厄瓜多爾的一種局部現象。然而,在1957~1958年國際地球物理年期間開展的和一次大規模厄爾尼諾恰好重合的測量活動顯示,該現象橫跨整個太平洋。自此以后的幾十年里,關于厄爾尼諾和拉尼娜的研究表明了海洋和大氣條件如何相互加強導致變暖和變冷。
盡管厄爾尼諾/拉尼娜事件會引發天氣的巨大變化,但科學基金機構并不愿意資助昂貴的科學考察來研究這些事件,因為它們是如此的難以預測。相反,研究人員在很大程度上依靠來自撒滿太平洋的熱帶大氣海洋浮標網絡的數據。該網絡由NOAA和日本海洋地球科技研究機構(JAMSTEC)共同管理。來自一連串約70個固定浮標的溫度和鹽分數據,使研究人員得以探測異常的海洋變暖,并且追蹤將溫暖海水向東推動的大規模波浪。
不過這并非沒有問題。近年來,很多浮標已經失效,使科學家暫時只能從40%的網絡中獲取數據。得益于修復工作的展開,該系統目前已恢復80%的能力。然而,2012年的預算縮減迫使用于定期維護浮標的NOAA海洋調查船Kaimimoana退役。在服役于NOAA的16年里,Kaimimoana還通過收集關于水溫、鹽分、密度等因素的數據,使自己成為厄爾尼諾研究界的無價之寶。Timmermann表示,由于該船不再可用,收集自浮標和自動漂浮物的數據不足以研究洋流的微小變化以及可能牽扯到厄爾尼諾演化的海洋混合過程。
研究人員還有其他可用的船只,比如Richards巡航乘坐的Falkor科考船。同時,更多的援助或許正在路上。到2020年,NOAA和JAMSTEC希望啟動一個可持續的熱帶太平洋浮標和衛星設備觀測系統,以推進對海洋變動的了解,并且改善天氣和氣候預測。
對于預計在今年年底或明年年初達到峰值的此次厄爾尼諾來說,這份援助來得太遲。最近幾個月,它和有記錄以來最強有力的厄爾尼諾并駕齊驅。同時,10月初的西風暴發將使變暖持續進行。為此,預報員正警告全球很多地方,為未來若干個月里可能出現的瘋狂天氣作好準備。
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