史诗般厄尔尼诺爆发多少洪流,美太平洋商讨项

2019-08-30 作者:科技展览   |   浏览(132)

走近“魔鬼”厄尔尼诺 美太平洋研究项目旨在提高强风暴预报能力

史诗般厄尔尼诺产生数据洪流 科学家以史无前例细节研究海洋变暖

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厄尔尼诺让美国加利福尼亚州今年发生严重降雨。图片来源:Joel Angel Juárez

由厄尔尼诺导致的海洋温度不断上升,已经使印度洋中的珊瑚严重受损。图片来源:Reinhard Dirscherl

气候学家近日发起了一场研究厄尔尼诺的“闪电战”,因为厄尔尼诺这个“麻烦制造者”经常扰乱全球天气。未来两月,美国研究人员将利用特殊的航空装备、科考船以及数百只探空气球监视形成厄尔尼诺的热带太平洋区域。科学家表示,最终他们的分析将有助于提高天气预报水平,揭开此次强大的厄尔尼诺现象发生及发展之谜。

洪水已摧毁南美部分地区,而非洲的庄稼正在旱死。热带太平洋发生的大规模厄尔尼诺变暖事件使温度大幅提升,并且影响了全球的居民和生态系统。不过,多亏了运气和毅力相助,科学家能比此前更好地记录其演变。

“我们正在经历极端的气候状态,它可能在全世界范围内酿成极端天气事件。”该项目领导人、科罗拉多州美国国家海洋和大气管理局气象学家Randall Dole说,“我们的研究将直击核心。”

“当你经历如此大规模的事件时,你真的想尽可能多地从中‘压榨出’一些东西来。”美国国家海洋和大气管理局海洋学家Michael McPhaden表示,“我们在2015年年初便作好了观察这一现象露头的准备。”McPhaden帮助管理一系列用于监控厄尔尼诺状况的浮标。

此次赤道太平洋酝酿的厄尔尼诺升温是记录上最强的一次,太平洋洋盆中部以及东部一些区域的海表温度比往常升高了3℃。热量导致大气产生气象对流,使主要气流改道,经常给加利福尼亚带来强风暴,同时使东南亚、澳大利亚以及南美洲东部等地区变得干旱异常。但因为遥远的赤道太平洋基本上是个“气象黑洞”,这使得研究人员手中掌握的厄尔尼诺核心的大气变化资料寥寥无几。

假如厄尔尼诺像最初预料的那样早一年发生,McPhaden团队肯定没有作好准备。2014年年初,“热带大气海洋”阵列浮标正处于崩溃边缘。在海洋学家就如果大规模厄尔尼诺到来,他们和天气预报员将被剥夺获取关键数据的机会后,NOAA最终修复了这些浮标。

为了启动这项研究,NOAA将其湾流4号科研喷气机派往夏威夷,那里是向南飞往赤道地区约20架飞机的大本营。该团队将利用船载遥感设备和下投式探空仪(从飞机上投下的设备包裹),测量从12~14公里到海洋表面的风速、温度、气压以及湿度。

厄尔尼诺以及和它相对应的拉尼娜现象,会在全球产生强有力的连锁效应。这种振荡形成了大多数季节性天气预报的基础,而科学家正在挖掘数据,以寻找改善这些预测的线索。

今年2月,美国宇航局的“全球鹰”无人机将加入该研究项目,在太平洋东部地区潜飞4次,每次观察持续时间24小时左右。同时,NOAA将在圣诞岛——接近厄尔尼诺形成核心区的赤道附近的一处环礁——启动探空气球仪器包裹。研究人员还将从NOAA的科考船罗纳尔多:H:布朗上启动气球载荷的仪器,这艘船此前在太平洋中部区域按计划进行巡航。

NOAA花了近300万美元配置飞机、科考船和上百个气象气球,以便在未来几个月里厄尔尼诺消退之前捕捉尽可能多的数据。美国国家科学基金会则赞助了19个总额为230万美元的“快速响应”研究项目。

这项斥资约300万美元的研究于去年在厄尔尼诺致暖现象逐渐增强时被提出,Dole和同事意识到,他们碰到了收集首个“魔鬼”厄尔尼诺详细大气测量数据的千载难逢的机会。与往常不同,NOAA启动此次研究仅花费了数月时间,而通常启动一项重要气象野外项目则需要两三年时间。

很多NSF项目关注的是海水变暖对珊瑚礁造成的影响。如果海水过于温暖,珊瑚会白化,从而将以它们为食的五颜六色的藻类“赶走”。目前的白化事件于2014年在关岛开始出现,并且自此以后,随着厄尔尼诺令海水变暖,扩散到大西洋和印度洋。未来几个月内,全球超过60%的珊瑚会受到影响,而随着NOAA预测白化将持续到2017年,这一数字还将上升。

而且该机构还可以节约一些资源——由于厄尔尼诺在大西洋的状况改变了,去年的热带风暴相对较少。这意味着NOAA并未用尽湾流4号“飓风猎人”的预算飞行时间,该航空探测飞机主要用于飞越暴风并收集对气象预报员有用的数据。安静的暴风季意味着“全球鹰”去年在大西洋并未用完预算的研究航次。

去年开始的强烈厄尔尼诺变暖事件已影响到全球。科学家和决策者通常关注的是二氧化碳排放和海洋酸化造成的长期风险。而目前正在进行的珊瑚白化事件已是有记录以来时间最长的一次,并且使海洋温度上升造成的直接危险开始受到关注。

“我们主要通过再分配航次进行此次研究。”Dole说,“我们正在利用已有的预算进行研究,并在改变周围一切可用的资源。”

“海洋酸化问题可能并不像我们所担心的那么严重,但这只是因为在此之前很多珊瑚将会死掉。”NOAA珊瑚礁监控项目负责人Mark Eakin介绍说。

康涅狄格州耶鲁大学气候模型专家Alexey Fedorov说,因为极端厄尔尼诺现象非常罕见,“利用任何可能的机会尽可能地收集数据显得非常重要。”并未参加此次研究的Fedorov表示,当前研究人员仍然未能完全了解厄尔尼诺演化及其改变全球天气模式的方式。

在其他情况下,科学家很幸运地能持续观察厄尔尼诺现象显露出来。加州大学圣地亚哥分校海洋学家Daniel Rudnick和同事在2012年、2013年获得NSF和NOAA的资助,在热带太平洋中布放了3个水下滑翔器。该团队还沿赤道释放了41个新的ARGO浮标——几乎是此前数量的两倍,以便收集2000米深处的温度和盐分数据。

对于厄尔尼诺研究者来说,未来数月收集的信息将会形成长期“红利”,Dole说:“如果我们可以作好这次研究,其结果将会在未来10年甚至是20年对社会产生有利影响。”

2013年11月,滑翔器开始收集次表层洋流东向流的高分辨率测量结果。今年,监控将会继续。“研究证实,厄尔尼诺期间潜流会加强,但我认为,我们拥有的是关于其规模的分辨率更加精细的图像。”Rudnick表示。

但是这项研究的近期目标是帮助气象预报员了解这种不守规矩的大气运动当前会如何影响天气变化。NOAA项目领导人希望,通过在数据缺乏的地区收集直接测量数据,可以提高天气预报准确度,让研究人员验证现有的天气模型,从而更好地了解模型中的错误来源。

在日前于路易斯安那州新奥尔良市举行的美国地球物理学会会议上,Rudnick展示了初始数据。观测结果记录了潜流在2014年的演变。当时,预报的厄尔尼诺现象并未出现,而到了2015年,它却卷土重来。通过比较两年里的海洋和大气状况,科学家希望获得能改善未来天气预报的见解。

来自“全球鹰”的数据将会帮助气象学家跟踪厄尔尼诺在美国西部快速移动时酿成的风暴,Dole说。在过去几周,美国西海岸加利福尼亚受到若干次类似暴风雨的袭击,而且未来可能还会发生更多暴风雨。作为此次厄尔尼诺项目的一部分,NOAA已经在旧金山海湾南部安装了一个X波段扫描雷达,可用于监测暴风来临时带来的降水量。

关注点一般会放在通常跨过赤道向西吹的信风上。耶鲁大学海洋学家Alexey Fedorov表示,2014年和2015年的6月均经历了将温暖的表层海水吹向南美的东向信风的大规模暴发。而2014年8月,受南半球大气模式驱动,西向信风的暴发将上述过程缩短,并为2015年大规模厄尔尼诺的出现奠定了基础。

该机构将会把野外观测中收集的数据上传到世界气象组织的全球电信系统中,这样全球的天气预报专家都能看到观测结果。欧洲中期天气预报中心大气建模专家Peter Bauer说,他计划把相关数据放到实验模型中,从而改善欧洲的天气预报。他表示,这项研究“有着极为重要的潜在影响力”。

Fedorov介绍说,并未有证据表明这些信风能被预测出来,即便利用最先进的气候模型。“有时我们是对的,有时又是错的。”他说,“我们根本无法预测到这一点。”

《中国科学报》 (2016-02-01 第3版 国际)

尽管热带太平洋的温度接近其峰值,但McPhaden认为,厄尔尼诺的能量正在海面以下迅速消解。“显而易见的是,厄尔尼诺正在失去动力。”而这向海洋学家和气候学家提出了另一个关键问题:此次厄尔尼诺是否将转变成大规模的拉尼娜,正如1997~1998年上一次大规模厄尔尼诺之后所发生的那样。

《中国科学报》 (2016-03-14 第3版 国际)

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