根據熱力學定律，暖化的大氣層可以容納更多的水蒸氣，但新的研究發現，隨著氣候變暖，世界乾旱和半乾旱地區的大氣濕度並沒有像預期的那樣增加。這些發現尤其令人費解，因為氣候模型一直預測大氣將變得更加濕潤，甚至在乾旱地區也是如此。如果大氣層比預期的更乾燥，乾旱和半乾旱地區未來可能比預測的更容易遭受野火和極端高溫的影響。

這項由美國國家科學基金會國家大氣研究中心（NSF NCAR）領導的新研究的作者們還不清楚造成這種差異的原因。

這項研究的第一作者、美國國家科學基金會NCAR 科學家Isla Simpson 說：”影響可能會很嚴重。這是一個全球性問題，從我們的氣候模型結果來看，這是完全出乎意料的” 。

辛普森和她的合著者說，需要進行後續研究，以確定水汽沒有增加的原因。原因可能是水汽沒有像預期的那樣從地球表面進入大氣層，或以意想不到的方式在大氣層中循環。也有可能是完全不同的機製造成的。

新的研究表明，雖然世界上潮濕地區的水蒸氣正在增加，但在一年中最乾旱的月份，水蒸氣的增加卻沒有預期的多。

這項研究發表在本週的《美國國家科學院院刊》。這項研究得到了美國國家科學基金會、國家海洋暨大氣總署以及美國能源部的資助。研究報告由加州大學洛杉磯分校、加州大學聖塔芭芭拉分校、康乃爾大學、北極熊國際組織和哥倫比亞大學的科學家共同撰寫。

令人驚訝的發現

氣候科學的一個基本法則是，大氣層變暖時可以容納更多的水汽。這就是所謂的克勞修斯-克拉皮隆關係，也是氣候模式一直預測大氣中的水汽會隨著地球變暖而增加的原因。

但是，當辛普森在2020 年為美國國家海洋和大氣管理局撰寫一份關於美國西南部氣候變遷的報告時，她意識到那裡的大氣乾燥程度遠遠超出了根據氣候模型模擬的預期。

出於好奇，辛普森和她的合著者對全球大氣層進行了研究，以確定水蒸氣的增加是否與氣候預測相符。研究小組利用了從1980 年到2020 年的多種觀測資料。其中包括氣象站網絡，以及根據氣象氣球和衛星等觀測資料估算濕度的資料集。

科學家們驚訝地發現，乾旱和半乾旱地區的水汽總體上保持不變，而不是像根據克勞修斯-克拉皮隆關係預計的那樣，每升溫1攝氏度（1.8華氏度），水汽就會增加近7%。美國西南部地區的水汽實際上有所減少，該地區的降水量長期減少。

作者在新論文中寫道：”這與所有氣候模型模擬相反，在氣候模型模擬中，水汽上升的速度接近理論預期，甚至在乾旱地區也是如此。鑑於水蒸氣與野火、生態系統功能和極端溫度之間的密切聯繫，必須解決這個問題，才能為世界乾旱和半乾旱地區提供可信的氣候預測。”

研究指出，這種情況正在導致水汽壓力不足的增加，水汽壓力不足是指大氣中可容納的水汽量與空氣中實際存在的水汽量之間的差異。當水汽壓力不足上升時，就會成為野火和生態系壓力的重要驅動因素。

辛普森說：”我們可能會面臨比西南部等乾旱和半乾旱地區預測的更高的風險，西南部已經受到前所未有的水資源短缺和極端野火季節的影響。”

她和她的同事發現，潮濕地區的情況更為複雜，在潮濕季節，大氣中的水蒸氣會像氣候模型預測的那樣增加。在最乾旱的月份，這種增加在某種程度上趨於平穩，但並不像乾旱和半乾旱地區那樣趨於平穩。

尋找罪魁禍首

至於為什麼大氣中的水汽沒有像預期的那樣在乾旱地區增加，作者大致提出了兩種可能性：從陸地表面轉移到空氣中的水汽量可能低於模型，或者大氣將水汽輸送到乾旱地區的方式可能與模型不同。

他們得出結論說，大氣傳輸出現問題的可能性較小，因為這不一定能解釋全球所有乾旱和半乾旱地區的共同現象，這些地區從不同的地方獲得水分。

因此，陸地表面最有可能是罪魁禍首。作者推測了幾種可能的原因：與模型相比，現實中陸地向大氣提供的水分可能更少；隨著氣候變暖，陸地的干燥程度可能超過預期；植物可能更有效地保持水分，向大氣釋放的水分更少。

作者也考慮了觀測數據存在誤差的可能性。但他們認為這種可能性不大，因為這種差異與世界各地區的干燥程度密切相關，而且即使為了避免儀器變化造成的誤差而將記錄分成較短的時間段，也能持續發現這種差異。

辛普森強調，需要進行更多的研究來確定原因。她說：『要解決這個問題確實很棘手，因為我們沒有對所有重要過程進行全球觀測，無法了解水是如何從陸地表面轉移到大氣層的。但我們絕對需要弄清楚出了什麼問題，因為情況並不像我們預想的那樣，可能會對未來產生非常嚴重的影響。”

編譯來源：ScitechDaily

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