气候变化并没有带来干旱地区大气湿度的预期增加

热力学定律表明，更温暖的大气可以容纳更多的水蒸气，但新的研究发现，随着气候变暖，世界干旱和半干旱地区的大气湿度并没有像预期的那样增加。

这些发现尤其令人困惑，因为气候模型一直预测大气将变得更加潮湿，即使在干旱地区也是如此。如果大气比预期的更干燥，干旱和半干旱地区可能比预计的更容易受到未来野火和极端高温的影响。

由美国国家科学基金会国家大气研究中心(NCAR国家科学基金会)领导的这项新研究的作者不确定是什么导致了这种差异。

“影响可能是严重的，”该研究的主要作者、美国国家科学基金会NCAR科学家艾拉·辛普森说。“这是一个全球性的问题，考虑到我们的气候模型结果，这完全出乎意料。”

辛普森和她的合著者表示，需要进行后续研究来确定水蒸气没有增加的原因。原因可能与水分没有像预计的那样从地球表面进入大气或以意想不到的方式在大气中循环有关。也有可能是完全不同的机制造成的。

更神秘的是，这项新研究表明，尽管全球潮湿地区的水蒸气含量正在增加，但在一年中最干旱的几个月中，水蒸气含量的上升幅度没有预期的那么大。

这项研究发表在本周的美国国家科学院院刊。这项研究由美国国家科学基金会、国家海洋和大气管理局以及美国能源部资助。它是由来自加州大学洛杉矶分校的科学家共同撰写的;加州大学圣巴巴拉分校;康奈尔大学;北极熊国际组织;和哥伦比亚大学。

令人惊讶的发现

气候科学的一个基本规则是，随着气温升高，大气可以容纳更多的水分。这就是所谓的克劳修斯-克拉佩隆关系，这也是气候模型持续预测大气中的水蒸气会随着地球变暖而增加的原因。

但当辛普森2020年为美国国家海洋和大气管理局撰写一份关于美国西南部气候变化的报告时，她意识到那里的大气干燥程度远远超过了气候模型模拟的预期。

出于好奇，辛普森和她的合著者观察了全球大气，以确定水蒸气的增加是否与气候预测一致。研究团队转向1980年至2020年的多个观测来源。其中包括气象站网络以及根据气象气球和卫星等来源的观测数据估算湿度的数据集。

令他们惊讶的是，科学家们发现干旱和半干旱地区的水汽总体上保持恒定，而不是像克劳修斯-克拉佩隆关系所预期的那样，每升温1摄氏度(1.8华氏度)增加近7%。美国西南部的水汽实际上有所下降，该地区的降水量长期减少。

作者在新论文中写道:“这与所有气候模型模拟相反，在模拟中，即使在干旱地区，气温也以接近理论预期的速度上升。”“鉴于水蒸气和野火、生态系统功能和极端温度之间的密切联系，必须解决这个问题，以便为世界干旱和半干旱地区提供可信的气候预测。”

研究指出，这种情况导致蒸汽压赤字增加，蒸汽压赤字是大气中可以容纳的水分量和空气中实际存在的水分量之间的差异。当赤字上升时，它可能成为野火和生态系统压力的关键驱动因素。

辛普森说:“我们可能面临比西南地区等干旱和半干旱地区更高的风险，这些地区已经受到前所未有的水资源短缺和极端野火季节的影响。”

她和她的同事在潮湿地区发现了一种更复杂的情况，根据气候模型的预测，在潮湿季节，大气水蒸气会增加。在最干旱的几个月里，这种增长有所平稳，但不像干旱和半干旱地区那样平稳。

寻找罪犯

至于为什么干旱地区大气中的水蒸气没有像预期的那样增加的问题，作者大致提出了两种可能性:从地表转移到空气中的水分量可能比模型中的少，或者大气将水分输送到干旱地区的方式可能与模型不同。

他们总结说，大气传输问题的可能性较小，因为这不一定能解释全球所有干旱和半干旱地区的共同行为，这些地区从不同的位置接收水分。

这使得地表成为最有可能的罪魁祸首。作者推测了几个可能的原因:现实中的土地可用于大气的水可能比模型中的少，随着气候变暖，土地可能比预期的更干燥，或者植物可能更有效地保持水分并减少释放到大气中。

作者还考虑了观测中存在误差的可能性。但他们得出结论认为这不太可能，因为这种差异与世界各地的干旱密切相关，即使在将记录分成较短的时间段以避免仪器变化造成的误差时，这种差异也始终存在。

辛普森强调需要更多的研究来确定原因。

“这是一个很难解决的问题，因为我们没有关于所有重要过程的全球观测数据来告诉我们水是如何从地表转移到大气中的，”她说。“但我们绝对需要弄清楚哪里出了问题，因为情况不是我们预期的那样，可能会对未来产生非常严重的影响。”

来源: Materials provided by National Center for Atmospheric Research/University Corporation for Atmospheric Research. Original written by David Hosansky.
注明: Content may be edited for style and length. Journal Reference: Isla R. Simpson, Karen A. McKinnon, Daniel Kennedy, David M. Lawrence, Flavio Lehner, Richard Seager. Observed humidity trends in dry regions contradict climate models. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2023; 121 (1) DOI: 10.1073/pnas.2302480120