树木年轮如何帮助我们预测未来的干旱

Tree stumps that were recently cut down by workers hired by Kinder Morgan are pictured in the Burnaby Mountain Conservation Area in Burnaby, British Columbia, October 6, 2014. A Western Canadian pipeline once seen as the best near-term hope for sending more of the country's controversial tar sands crude to Asia has hit a sizable snag - angry municipal politicians intent on burying the project in lawsuits and red tape. Kinder Morgan Energy Partners' C$5.4 billion ($4.85 billion) Trans Mountain expansion would twin a 60-year-old line running from the oil-rich province of Alberta to the coastal city of Vancouver, tripling its capacity. REUTERS/Ben Nelms (CANADA - Tags: BUSINESS ENERGY ENVIRONMENT)
Using tree rings from the Siberian pines, researchers have discovered the drought history of Mongolia.Image: REUTERS/Ben Nelms
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研究人员利用西伯利亚松树年轮中保存的天气状况自然档案,建立了一份向前追溯2060年的蒙古气候记录。

研究人员还将树木年轮中的过去气候信息与计算机模型结合起来,这些模型能够预测未来的区域气候。

研究人员表示,蒙古在20世纪末和21世纪初经历的极端湿润和干旱时期虽属罕见,但并非前所未有;未来的干旱可能不会更加严重。

蒙古最近一次持续时间较长的干旱发生于2000年至2010年,导致大量牲畜死亡,并促使大批游牧牧民迁往首都。

“我们能够量化这场干旱有多么异常,”论文合著者、亚利桑那大学地理与发展学院副教授凯文·J·安丘凯蒂斯(Kevin J. Anchukaitis)说。“这场干旱并非前所未有,但其重现期为900年。这是千年一遇的干旱。”

未来的干旱

安丘凯蒂斯表示,发现未来干旱可能不会比过去更加严重,令他感到意外。他领导了建模团队。在他研究过的世界其他半干旱地区,例如加利福尼亚和地中海地区,全球变暖已经改变了降水和气温模式,从而增加了长期干旱的风险。

蒙古是中亚的内陆国,冬季漫长而寒冷,夏季短暂。该国大部分地区是寒冷的半干旱草原,地貌类似蒙大拿州东部。

“根据我们作为气候科学家一直以来的思考和阅读,人们会预期气温升高将导致半干旱地区的干旱更加严重。但模型并未预测干旱的频率或严重程度会增加,”论文第一作者、西弗吉尼亚大学的艾米·赫斯尔(Amy Hessl)说。

研究人员表示,可能的原因是雨季的时间安排。蒙古的雨季在夏季,也就是一年中较暖的时节;而加利福尼亚和地中海地区冬季降雨、夏季干燥。随着全球气温升高,夏季多雨的大陆地区降水量可能增加,从而抵消高温对植物的影响。

安丘凯蒂斯还在亚利桑那大学(UA)的地球科学系和树木年轮研究实验室任职,他关注过去和当代文明如何应对干旱与气候变率。这项新研究是他、赫斯尔及其同事此前研究的延伸;此前的研究旨在弄清过去的气候如何影响蒙古文明。

安丘凯蒂斯及其同事利用蒙古过去气候的树木年轮记录,重建了过去2060年间的年度帕尔默干旱严重程度指数(PDSI)。PDSI结合气温和降水量来衡量土壤湿度,而土壤湿度是衡量植物缺水程度的一项指标。

植物如何“记住”过去的干旱?

他和同事将过去年度PDSI的重建结果与一组名为“社区地球系统模型”(Community Earth System Model)的气候模型模拟相结合,以了解850年至2100年期间影响蒙古干旱的因素。

“拉锯战”

该模型纳入了过去太阳活动变化、火山喷发、土地利用变化和二氧化碳排放的信息。为预测21世纪末的情况,模型采用了名为RCP 8.5的未来排放情景;在该情景下,温室气体排放速率持续上升。

即使温室气体排放达到最高水平、全球气温不断升高,模型模拟结果仍显示,蒙古未来的干旱不会比过去更加严重。

“降雨增加的趋势与气温升高带来的蒸发需求上升之间存在一场拉锯战。哪一方会胜出,仍不确定,”安丘凯蒂斯说。

“模拟结果显示,由于气温升高,从现在到大约2050年,蒙古会变得更加干燥;但之后情况会逆转,因为降水量会增加,”他说。

蒙古有许多人以游牧畜牧为生。天气和气候的变幻莫测对他们影响尤为显著,因为冬夏气温与降雨量共同决定了草原能够养活多少头牲畜。

“在我看来,最突出的是未来存在如此深的不确定性,尤其是当一个社会如此容易受到气候变率影响时,”他说,并补充道,这种不确定性使人们难以规划如何应对未来的气候变化。

安丘凯蒂斯说,他接下来的工作之一是将团队对未来土壤湿度的估算,转化为对蒙古草原未来生产力的估算。

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