美國宇航局的科學家研究了17年對我們星球的重力觀測，以了解全球水循環是如何變化的。2003年至2019年間，植物和陸地表面向空氣中釋放水分的速度在全球範圍內有所增加。這些過程被統稱為蒸騰作用，美國宇航局的一項新研究通過使用重力衛星的觀測數據計算出其增長。

通過測量海洋和大陸之間水的質量變化，研究人員確定蒸發蒸騰作用的增加率比以前的估計高達兩倍。這很重要，因為蒸發量代表了全球水循環的一個關鍵分支–這個循環為陸地上的生命創造了條件。

雖然眾所周知，氣候變暖應該增加蒸散的速度，但直到現在，準確的全球測量仍然是難以實現的。

領導這項研究的美國宇航局南加州噴氣推進實驗室的博士後研究員Madeleine Pascolini-Campbell說：”我們的研究發現，自2003年以來，蒸發量增加了大約10%，這比以前的估計要多，而且主要是由於溫度變暖。我們希望這些關於水循環的信息將有助於更好地指導氣候模型的開發和驗證。”

但是，蒸發率是如何影響全球水循環的？當來自海洋的水分在大氣中循環時，一部分以降水的形式落在大陸上。其中一些水作為徑流進入河流，一些滲入土壤。剩下的水從土地上蒸發，並從植物中蒸騰回空氣中。

發現蒸發量正在以比以前所知的更快的速度增加，這對理解氣候變化在未來如何影響地球有意義。隨著世界變暖，蒸騰作用將加快，加速土地和植被的干燥。天氣模式也會受到影響。土地蒸發量的增加會在一些地區造成乾旱。這是世界變暖的一個症狀，隨著地表水和地下水供應的壓力增加，會對生態系統和人類社會產生重大影響。

帕斯科利尼-坎貝爾說：”冰川融化和冰蓋縮小的圖像是我們了解全球變暖影響的一種可觸及的方式。”但是，我們星球的水循環的其他關鍵部分也在發生戲劇性的變化，而這些變化並不那麼明顯，例如當水在作為徑流進入河流之前從土地上蒸發。

利用水的重量

為了獲得對蒸發量如何變化的全球估計，研究人員找到了一種新的方法來利用從2002年到2017年運行的一對重力恢復和氣候實驗（GRACE）衛星以及2018年發射的後續衛星GRACE Follow -On收集的數據。GRACE任務由NASA和德國航空航天中心（DLR）發射，GRACE-FO是NASA和德國地球科學研究中心（GFZ）的合作項目。

由於水有質量，因此對地球的重力信號有貢獻，這些航天器對世界各地的水的運動非常敏感，從跟踪冰原的變化到陸地上儲存的水到海洋質量的變化。看到一個機會，研究人員研究了來自GRACE和GRACE-FO的17年數據集，看看是否有可能找出與水的蒸發運動有關的引力信號。

“有了GRACE和GRACE-FO的綜合記錄，我們現在有了足夠長的觀測記錄，能夠監測全球變化的這些關鍵跡象，”JPL的科學家和該研究的調查員JT Reager說。”當重力信號減少時，這意味著土地正在失去水分。其中一些損失是通過河流流回海洋，但其餘的則以蒸騰作用進入大氣。

通過從陸地上的輸入中減去所有的水質量輸出，然後計算剩餘的水質量，研究人員能夠估計出蒸發的速度。他們通過從全球降水測量中減去對全球河流排放（換句話說，通過河流流向海洋的水的速度）和GRACE和GRACE-FO衛星數據（揭示了地面上和地下水質的局部變化）的獨立估計，找出流失到大氣中的水的質量。

由於觀測和測量方面的挑戰，全球蒸散量的估計通常是通過模型或從個別地點進行測量，然後將這些測量結果放大來進行近似估計。但是這些方法很容易出錯。然而，通過使用重力衛星觀測測量全球質量變化，研究人員能夠獲得對全球蒸發蒸騰速率的更精確估計。

使用這種方法，他們發現，蒸發量從2003年的每年405毫米（約16英寸）增加到2019年的每年444毫米（約17.5英寸）。這代表了每年2.30毫米（約0.1英寸）的上升趨勢–10%的增長，相應的誤差為每年0.5毫米（0.02英寸），或2%。

Reager說：”多年來，我們一直在尋找一種方法來測量全球水循環的總變化，最後我們找到了它。蒸散量增加的幅度真的讓我們感到驚訝。這是一個相當大的信號，表明我們星球的水循環正在發生變化。”

這些結果強調了地球觀測的連續性的重要性。由具有全球視野的衛星對水質量變化進行連續的衛星觀測，為觀察幾十年來不斷變化的地球提供了必要的長期記錄。這些觀測也幫助科學家跟踪由氣候變化和自然週期引起的水循環的逐年變化。

這項研究的題目是：”2003年至2019年全球陸地蒸發量增加10%”，於2021年5月26日發表在《自然》雜誌。除了JPL之外，位於馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心也對這項研究做出了貢獻。