源于大海的干旱

    位于撒哈拉沙漠南端边缘的半沙漠地带萨赫勒地区,属于农业开发比较成熟的地区,尽管以有名的撒哈拉沙漠为邻,但还是具备足够的农业条件养活一方之民。然而从20世纪60年代以来,这个地区的气候条件突然发生了巨大的变化,持续遭受着历史上最为严重的旱灾,给这个本来经济比较落后的地区的人民带来了巨大的灾难。

对于为什么会出现这个现象,30年来一直存在两个主要的观点。早期主流的观念是认为这个变化属于人祸,即伴随着60年代非洲绿色革命的兴起,特别是在医疗条件改善后人口的持续增长,对农业生产构成巨大压力,导致了土地的过度开发问题,即大量的森林被砍伐而开垦为农地,从而破坏了地表原有的植被,特别是减弱了地面的蓄水能力,增大了地表日照反射率,也就减少了地表对日照的吸收,最终减少了当地地面对大气的水汽供应,然后反过来,这种大气环境的变化又使得地面植被的生长环境更为恶劣,从而陷入恶性循环,导致了已经持续几十年的干旱。而另外一种观念则认为,该地区的干旱主要还是一种全球性海洋水温分布变化对大气作用的后果,相对来说,人为的活动则只是起到了推波助澜的作用,在一定程度上加剧了干旱的程度。

新视角,新答案

为了能够集中更多的资源来解决这个问题,国际上为此特别成立了联合国挑战荒漠化和干旱协作组织,越来越多的科研人员也投入到相关问题的研究。随着研究的深入,越来越多的研究人员开始倾向于后一种观念,即周期长达几十年的海洋水温的变化,诱发了大范围大气循环状态的变化,而这种大气循环的变化直接导致了萨赫勒地区这几十年来持续发生严重的干旱。

这个结论越来越清晰主要得益于科学家对大气-海洋循环系统研究的深入,特别是大气动力学的发展,以及计算技术的飞跃,使得人们可以运用越来越接近实际系统的计算模型,来模拟长达几十年的大气循环的演变,从而能够对大范围的降水状况的演变进行长期跟踪和预测。同时,所谓非洲的原始环境在20世纪受到人类活动的野蛮破坏的看法,也越来越显得不可靠,实际上人为活动对于植被的破坏程度有一定程度的夸大,而运用遥感卫星普查地面植被状况时,发现植被变化更多地应该说是气候变化的结果,而不是气候变化的原因。

模拟出真知

20世纪80年代中期的时候,人们已经对于萨赫勒地区的降水状况与大西洋热带海面水温的变化,发现了一定的统计上的关联,而气象学家在季度气象动态预测方面建立了越来越完善的大气系统模型,并开始有效地把这些模型应用于对萨赫勒地区大气循环的模拟。

最近,来自美国国家大气研究中心的一组研究人员,利用美国航空与航天局的哥达德空间飞行中心所开发出来的一个大气通用循环模型,对萨赫勒地区从1930年到2000年的降水变化进行了逐年的模拟,所使用的时间尺度从年度到十年,定量地明确了在非洲的气候变化的种种原因当中,海洋水表温度变化所占据的份量,从而进一步揭示了干旱来自全球大洋的复杂起源。

他们的模拟显示,印度洋在过去几十年来的升温很根本地决定了萨赫勒地区的干旱趋势。他们在模拟时一开始就设定,70年来温室气体的数量以及萨赫勒地区的地表垦殖等地面性质都不发生变化,这样整个模型只有海水的因素是主要的变量,在这种前提下,模型系统真实地再现了萨赫勒地区的历史实际降水量变化:在1940年出现一个轻微的下降;在50年代又出现一定的增长;然后就是一直到80年代的长期逐年的下降;到90年代则出现一定程度的恢复。反之,如果在模型的变量设置时,让海水表面温度保持不变,则上面的逐年变化趋势根本表现不出来。

真凶初现

他们还通过模拟发现,决定了著名的厄尔尼诺现象的热带太平洋温度对于萨赫勒地区降水的影响,只是体现在逐年的变化上,而对它的长期趋势没有太大的影响。同时,热带大西洋的水温升高则对萨赫勒地区的长期干旱负有一定的责任,不过相形之下,印度洋则是最主要的导致萨赫勒地区的长期干旱的罪魁祸首,它的水面温度的升幅也是这三大洋当中最高的。由于在这个模型的演化过程当中,并没有引入任何的陆地地表变化的因素,而单纯一个印度洋海水温度的因素,就能够明显地导致模型产生与萨赫勒地区实际的历史一样的降水量变化趋势,这就使得我们完全有理由认为,西部非洲的干旱起源于印度洋。

为了使得这个结论更加可靠,研究人员还是单独研究了陆地因素对于气候的影响。他们在模型里面让陆地地表性质发生很大的改变,也确实能够导致一定的降水量的下降,但问题是他们在模型里面所设定的那么巨大的地表性质变化,是不是在萨赫勒地区真实发生过呢?历史资料表明,在过去3540年里,实际的地表变化并没有一般想象的那么大,因此也不足以解释实际发生的那么强烈的干旱程度。

当然,也不能说萨赫勒地区的干旱自始至终都完全由大洋水表温度决定,更加合理的解释应该是,海洋水温是一个起因,导致了干旱的开始,然后初步的干旱导致地表植被状况的变化,而这个变化又进一步地加剧了干旱的程度。定量的模拟结果支持这个看法,因为如果在模型里面完全只引入水温变化的话,得到的降水量变化只有实际降水量变化的25%到35%。所以一定存在一个逐步的恶性循环的过程,逐年加剧了干旱的程度。因此,要完全揭示萨赫勒地区长期干旱的真相,需要同步地考虑海洋和大陆的相互作用,其中对于以往研究不足的海洋,则需要加强全面的监测和研究。

同时,来自德国的一个研究小组也得到了与此类似的结论,他们使用的是由马克斯普朗克气象研究中心所开发的另外一个独立的模型。他们在模拟计算中,发现如果在过去50年里,热带海洋没有实际上的那样热的话,萨赫勒地区的干旱程度就会减轻;而如果让热带海洋的水面温度比实际上的更加热的话,则会更加加剧萨赫勒地区的干旱程度。然后他们单独地在每次模拟运行当中只升高一个大洋的水面温度,同时其他两个大洋的水面温度保持不变,则可以明显地发现印度洋对于萨赫勒地区的作用最为显著。

鸡与蛋的问题

遥远的印度洋居然能够对萨赫勒地区的气候产生如此剧烈的影响,这实在有些超出了我们日常的直观。其实,这种海洋与陆地气候的强烈关联并非罕见,现在发现了越来越多的气候变异,都其实是起源于大海的。例如今年发生在北美、南欧、以及中西南亚洲的干旱,就发现是起源于热带太平洋的水温分布的特异性变化,即在它的东部比往年偏冷,而西部偏暖。

至于为什么一个地区的气候会和遥远的海洋紧密相连,其中的机制正是目前科学家们急欲知晓的问题,它还有赖于我们能够建立更加精确的模型,以便验证已经出现的种种理论。同时,一个更加具有争议性的问题,也有赖于这个研究领域的突破,即海水温度的异常升高本身又是怎么产生的?很多人认为这反应了全球温度的升高趋势,而全球温度的升高又来源于人类的种种活动,例如温室气体的释放等等,这样我们实际上又回到了原来的问题,即人类的活动到底是不是导致了自然灾害?目前对于萨赫勒地区干旱成因的研究结果,使得人们对于这个问题的答案有了更多的思考余地。