利用过去的季风预测未来的气候条件

2022 年夏季，夏季风暴在大盆地的沙漠地区上空发展。新的研究表明，这些类型的风暴在上新世得到加强，导致西南部大部分沙漠地区变得更加潮湿。

近年来，北美西南部一直遭受着极端天气的影响，从灼热的热浪和灼热的野火到导致山洪和泥石流的季风降雨。随着全球变暖导致全球气温持续上升，来自锡拉丘兹大学、康涅狄格大学、亚利桑那大学、乔治梅森大学和哈佛大学的一组研究人员正在寻找过去数百万年的环境线索，预测未来西南地区的气候会是什么样子。通过分析古代气候数据，科学家们怀疑更高的温度可能会导致西南部夏季降雨量更大、范围更广。

像北美西南部这样的亚热带地区正因全球变暖而变得更加干燥，因为更高的温度会导致整体更加干旱。然而，气温上升也可能导致夏季降水过多。推动这种情况的机制是加强季风。就在刚刚过去的这个夏天，南加州感受到了季风的影响，历史性的洪水蔓延到了死亡谷和其他以少雨着称的地区。

在由地球与环境科学系Thonis Family 教授Tripti Bhattacharya领导的一项研究 中，研究人员探索了地球历史上另一个具有强烈北美夏季风的时期。在大约三百万年前的上新世中期，尽管二氧化碳水平与今天相似，但北美西南部令人惊讶地充满了湖泊以及需要潮湿环境的动植物物种。该团队发表在AGU Advances杂志上的新论文表明，上新世中期更强的季风可以解释过去更潮湿的条件，并对未来产生影响。

在古老的叶蜡中寻找答案

为了了解季风在上新世中期的变化，Bhattacharya 和研究生 Claire Rubbelke，博士。地球和环境科学的候选人，分析了保存在下加利福尼亚州和南加利福尼亚州海洋沉积物岩心中的上新世时代叶蜡。这些蜡的氢同位素组成揭示了过去季风的变化。由于雨水是用于生产叶蜡的氢气来源，因此测量氢气浓度可以揭示过去特定时刻的降水总量。研究人员通过在高温高压下使溶剂流过沉积物来提取叶蜡，并使用一种称为气相色谱-同位素比质谱仪的设备进行同位素测量，该设备根据蜡的分子量将其分离出来。

“根据叶蜡中编码的信息，我们发现上新世在墨西哥西部有更强的夏季季风，一直延伸到现在的南加州，这与之前的工作形成鲜明对比，之前的工作表明上新世水文气候变化只是冬季的结果，而不是夏季，降雨量，”Bhattacharya 说。“我们的论文首次提供了季风变化导致上新世中期潮湿环境的直接证据。”

受温度变化驱动

康涅狄格大学地球科学系教授、该研究的第二作者气候建模专家 Ran Feng进行了模拟，以确定海面温度如何影响上新世中期更强的北美季风。她的团队发现，太平洋的海洋温度被安排成一种方式，可以将更多的水分从热带输送到亚热带。具体来说，亚热带-热带温度梯度降低，导致北美季风加强。

温度是季风强度背后的驱动因素之一。赤道太平洋东部变暖的条件导致北美西南部许多季风区出现下降运动，降低了大气对降雨的有利程度。但是，当加利福尼亚边缘比东赤道太平洋更温暖时——就像今天海洋热浪事件期间可能发生的那样——更多的热带水分进入亚热带，带来增强的北美季风降水。

“通过研究上新世中期的气候，我们可以确定我们的星球在温暖条件下的运作方式，”冯说。“我们在这里确定的机制已经在当今的海洋热浪事件中发挥作用，我们预计未来随着气候变暖以及可能更频繁的海洋热浪事件，它会变得更加普遍。”

他们的研究结果证实，加利福尼亚州边缘的较高温度有助于增加大气对季风降雨的有利程度——实质上是为季风风暴提供更多能量。

“未来北美西南部的夏季降雨和洪水可能会增加，”Bhattacharya 说。“我们相信我们的工作很好地说明了如何利用过去来预测未来的气候危害。”