科学家发现连接全球洪水与干旱现象的关键因素

发表在《AGU Advances》上的一项新研究表明，在过去20年中，ENSO（一种发生在赤道太平洋的包括厄尔尼诺和拉尼娜在内的周期性气候模式）在驱动全球总水储量的极端变化方面扮演了主导角色。研究人员还发现，ENSO倾向于使这些极端事件同步发生，从而导致不同大洲在同一时间经历异常湿润或干旱的状况。

同步极端事件为何重要

该研究的合著者、德克萨斯大学杰克逊地球科学学院经济地质局的研究教授布里奇特·斯坎伦表示，理解这些全球模式具有现实意义。

"从全球尺度来看，我们可以识别出哪些地区同时湿润或同时干旱，"斯坎伦说。"这当然会影响水资源可利用性、粮食生产、粮食贸易——所有这些全球性事务。"

当多个区域同时面临水资源短缺或过剩时，其影响会波及农业、贸易和人道主义规划。

测量地球上的所有水资源

总水储量是一个关键的气候指标，因为它包含了一个区域内所有形式的水。这包括河流湖泊、冰雪、土壤水分以及地表下的地下水。通过关注这个完整的图景，研究人员可以更好地理解水是如何随时间移动和变化的。

该研究是全球范围内首批结合ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）来考察总水储量极端事件的研究之一。该局的研究助理教授、第一作者阿什拉夫·拉特布表示，这种方法使得观察极端湿润和干旱条件在远距离上是如何相互关联成为可能。

"大多数研究统计极端事件或测量其严重程度，但根据定义，极端事件是罕见的。这导致可用于研究随时间变化的数据点非常少，"拉特布说。"相反，我们研究了极端事件在空间上是如何联系的，这为驱动全球干旱和洪水的模式提供了更多的信息。"

卫星揭示隐藏的水资源变化

为了估算总水储量，科学家们依赖于NASA的GRACE和GRACE后续（GRACE-FO）卫星的重力测量数据。这些数据使研究人员能够探测到大约300至400公里宽区域（大约相当于印第安纳州的大小）的水质量变化。

研究团队将湿润极端事件定义为某区域水储量水平高于其第90百分位数。干旱极端事件则定义为低于第10百分位数。

他们的分析表明，异常的ENSO活动可以推动世界上相隔遥远的地区同时进入极端状况。在一些地区，厄尔尼诺与极端干旱相关，而在另一些地区，同样的干旱条件则与拉尼娜相关。极端湿润事件则往往呈现相反的模式。

跨大洲的真实案例

研究人员指出了几个引人注目的案例。在21世纪中期，厄尔尼诺事件与南非的严重干旱同时发生。另一次厄尔尼诺事件与2015-2016年亚马逊地区的干旱有关。相比之下，2010-2011年的拉尼娜事件给澳大利亚、巴西东南部和南非带来了异常湿润的条件。

除了单个事件，该研究还识别出在2011-2012年左右全球水行为发生了更广泛的转变。2011年之前，全球范围内异常湿润的状况更为常见。2012年之后，极端干旱开始占据主导。研究人员将这种变化归因于太平洋中一个影响ENSO如何作用于全球水资源的持久性气候模式。

填补卫星记录的空白

由于GRACE和GRACE-FO的数据不是连续的，在2017-2018年任务间存在11个月的数据缺口，研究团队使用基于空间模式的概率模型来重建总水储量极端事件的缺失时期。

NASA喷气推进实验室GRACE-FO任务副项目科学家、水与能量循环领域JPL学科计划经理JT·里格表示，尽管卫星记录仅覆盖22年（2002-2024年），但它仍然揭示了全球气候和水系统之间的紧密联系。

"它们确实捕捉到了像厄尔尼诺和拉尼娜这样的大气候周期的节律，以及它们如何影响我们所有人都能经历的洪水和干旱，"未参与此项研究的里格说。"这不只是太平洋在那里自行其是。那里发生的一切似乎最终都会影响到我们陆地上的所有人。"

为极端事件做好准备，而不仅仅是短缺

斯坎伦表示，这些发现强调需要重新思考社会如何讨论水挑战。她说，与其只关注稀缺性，更重要的是为水过多和水过少之间的摆动做好准备。

"我们经常听到水资源正在耗尽的说法，但实际上关键是要管理极端事件，"斯坎伦说。"这是一个相当不同的信息。"

这项研究由德克萨斯大学杰克逊地球科学学院资助。