前所未有的气候冲击正在永久改变五大湖

"这些极端温度现象的出现频率正在增加，"密歇根大学环境与可持续发展学院（SEAS）博士后研究员哈泽姆·阿卜杜勒哈迪表示。"与1998年之前相比，大多数湖泊的极端温度现象出现频率增幅超过100%。"他补充说这个时间节点很重要，因为它与1997-1998年厄尔尼诺现象重合，这是有记录以来最强的厄尔尼诺之一。

为了揭示这一趋势，阿卜杜勒哈迪和同事开发了最先进的五大湖表面温度建模方法，使他们能够研究追溯到1940年的热浪和寒潮事件。五大湖表面水温对天气具有重要影响，这显然是该地区居民、游客和航运公司关注的问题。但阿卜杜勒哈迪指出，极端温度事件的增加也可能以更微妙的方式破坏湖泊支撑的生态系统和经济。

"这类事件可能对渔业产生巨大影响，例如价值数十亿美元的渔业，"阿卜杜勒哈迪说。根据五大湖渔业委员会数据，五大湖部落、休闲和商业渔业年总产值超过70亿美元。

阿卜杜勒哈迪解释道，虽然鱼类可以通过游向较冷或较暖水域来适应逐渐的温度变化，但对于突然的升温或降温则不然。鱼卵对异常温度骤升或骤降特别敏感。

持续高温或寒冷还会破坏湖泊的自然混合和分层周期，影响人们用于娱乐和饮用水源的湖泊健康与水质。

研究人员现已揭示五大湖各自的这些趋势，他们正以此为基础预测未来极端温度事件，因为湖泊和地球的平均温度持续变暖。阿卜杜勒哈迪表示，通过研究这些事件及其与厄尔尼诺、拉尼娜等全球气候现象的联系，我们能更好地准备应对其影响。

"如果我们能理解这些事件，就能开始考虑如何防范，"阿卜杜勒哈迪说。

该研究通过五大湖研究合作研究所（CIGLR）进行，发表在《自然》期刊家族旗下的《通讯-地球与环境》。工作得到美国国家科学基金会及其全球中心计划、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）支持。

捕捉大湖的伟大之处

这项工作的挑战之一就是问题本身的规模。虽然研究人员已开发能模拟全球大多数湖泊过程的计算机模型，但五大湖并非普通湖泊。

首先，这是由五个湖泊组成的互联系统。它们还拥有全球超过五分之一的淡水地表水。其海岸线长度堪比美国整个大西洋海岸——包括墨西哥湾沿岸各州。

研究合著者、SEAS和CIGLR副研究员藤崎-马诺梅表示，在许多方面，五大湖与沿海海洋的共性多于其他湖泊。

"我们不能对五大湖使用传统简单模型，因为它们效果确实不好，"藤崎-马诺梅说。

因此阿卜杜勒哈迪转向用于研究沿海海洋的建模方法，并针对五大湖进行定制。但除了建模挑战外，还存在数据障碍需要克服。

藤崎-马诺梅指出，卫星使对五大湖的常规直接观测始于约45年前。但谈及气候趋势和时代特征时，研究人员需要处理更长时间段的数据。

"这项研究的伟大之处在于，我们将历史时期延长了近一倍，"藤崎-马诺梅说。

通过利用现有观测数据和全球气候模拟的可信数据，阿卜杜勒哈迪能够建立五大湖温度数据模型，并自信地验证至1940年。

"这就是为什么我们经常使用建模。我们想了解过去、未来或无法直接到达的空间点，"合著者、SEAS副教授兼全球气候变化与跨境水域中心负责人德鲁·格罗内沃尔德说。"对于五大湖，我们三者兼备。"

CIGRL助理研究科学家大卫·坎农，以及NOAA五大湖环境研究实验室气候学家兼海洋学家王佳也参与了研究。格罗内沃尔德表示，该研究完美展示了大学与政府科学机构合作如何创造知识流，使公众和更广泛研究界受益。

该团队的模型现已可供其他研究五大湖的团队探索各自问题。对密歇根大学团队而言，下一步是利用模型探索五大湖较小区域的空间差异，以及用模型进行未来预测。

"我很好奇是否能预判下一次重大转变或临界点，"格罗内沃尔德说。"我们上次没能预判。没人预测到1997年会出现改变一切的暖冬厄尔尼诺现象。"