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古气候学家眼中的气候变化

2008-03-24 12:34 作者:莫如 2008年第7期
2008年初中国南方遭遇的这场暴雪,进一步让人们体会了拉尼娜现象。据我国气象学家统计,1953~2005年共出现厄尔尼诺现象27年,拉尼娜现象17年。从统计资料上明显可以看出,自上世纪80年代开始,厄尔尼诺和拉尼娜现象均大大增强了。这是否和全球变暖有关?

2008年初中国南方遭遇的这场暴雪,进一步让人们体会了拉尼娜现象。据我国气象学家统计,1953~2005年共出现厄尔尼诺现象27年,拉尼娜现象17年。从统计资料上明显可以看出,自上世纪80年代开始,厄尔尼诺和拉尼娜现象均大大增强了。这是否和全球变暖有关?

北京大学物理学院大气科学系教授胡永云说:“厄尔尼诺和拉尼娜若干年来一直存在,可以看成是气候自然变化造成的,很难说它们近年来的增强与全球变暖有直接关系,更难认为年初这次暴雪与全球变暖有直接关系。”

中国科学院大气物理研究所东亚中心的马柱国研究员表示,拉尼娜现象频次和强度的增加与全球变暖有直接关系的证据不足,“上世纪50年代以前仪器观测数据极度缺乏,不足以得出确切的结论,我们需要时间跨度更大、更可靠的数据来研究气候现象”。

年轮中的信息

究竟是什么时候开始有了准确的气候测量仪器已无法确定,人们只知道最早的气象观测资料距今只有300余年,精确的全球气候网络建立于1850年,就连令人诚惶诚恐的全球变暖,也不过是100年内的温度变化而已。

“你向后看得越远,就能向前看得更远。”众多科学家们孜孜不倦地从大自然为我们保存的历史档案中寻找过去的证据。

中科院地理科学与资源研究所邵雪梅研究员的工作是收集活树、尚未倒伏的死树以及古墓中保存的椁木、棺木和封土柏木,然后测定树木生长年份,再通过年轮变化来分析当年的气候情况。

她的实验室堆满了一根根长度不等的树芯,最长的树龄高达1500年。“生长在气候恶劣地区的针叶树往往长寿,年轮清晰,对气候变化敏感,是研究的好材料。”深山藏古木,为了取回这些树的样本,他们往往要翻山越岭好几天才能到达目的地。

实验室工作人员正在测量的树芯多半都是生长在柴达木盆地东缘山地的祁连圆柏,那里干旱、寒冷,祁连圆柏具有发达的根系和高度的抗风能力,材性坚实、耐腐,成为当地历史时期墓葬的椁木和棺木用材,故而保存了更久远的信息。

“取一次样要去一块区域20个不同的地方,每个地方选30棵树,每棵树从阴面和阳面各用电钻沿着直径钻孔到树干中央,钻取一根树芯,这样一来每次出门都要取1000多根树芯回来。”邵雪梅的博士后朱海峰说,“我在这里待了7年,采样去过的地方实在太多,有时还能在被盗墓者掘开的古墓中发现干尸木乃伊。”

“不同地区的树木能读出不同的信息。对于干旱的柴达木盆地来说,较宽的年轮即意味着当年比较多雨;对于寒冷高海拔的青藏高原来说,较宽的年轮则意味着温暖。”邵雪梅说。

取回的树芯要先用白胶固定在一个凹槽中,然后用砂纸将向上的一面打磨平整,才能开始在显微镜下细数有多少道年轮。工作人员每读取100道年轮便在上面用铅笔点一个点,读取500年则是两个点,1000年是三个点,工作5年的熟手读完这些需要10分钟。“碰上干旱情况下生长的树木,年轮密密麻麻,弄不好要读上半小时。”朱海峰说。

数完年轮后再用测量仪读出每两条年轮之间的距离,这又需要半小时,然后用计算机纠错,再对异常的数据重新测量。测量完后,就是复杂的计算了。

“近50年器测资料的数据和树木年轮宽窄之间能建立一个函数关系,然后用这个函数通过古代的树木年轮宽度反推出当时的气候数据。这就是树木年轮所蕴含的信息。”邵雪梅说。目前,他们最长已经推算出柴达木盆地东北部3500年的气候状况。

读懂“雨雪分寸”

邵雪梅的同事郑景云也在从事古气候研究,不同的是,他从浩如烟海的古代文献中寻找关于气候的蛛丝马迹。这其中较好的研究对象是清代的雨雪档案,记录了每次降雪的积雪厚度和每次降雨的入土深度,以分寸为计量单位,因此被称为“雨雪分寸”。但如何将入土深度与现代器测的降雨量相对应又成了一个棘手的问题。

他们在平坦的农田上进行人工降雨实验。降雨器由一个直径1米的圆盘,一个白色的塑料大桶和一个高架子组成。塑料桶里的水被抽到高架子上的储水器中,然后再向下通过导管流到圆盘中。圆盘的底部布满了密密麻麻针眼大小的孔,水从这里像下雨一样落下来。通过控制流速和流量,能够调整“雨”的大小和时间。等“下”完了,将打湿的土壤翻开,测量渗入泥土的深度,再和古代的记录值相比较,然后换算成如今的降雨量。

这个工作乍看没有什么科技含量,“但是需要大量的实验以及统计结果,因为渗入的土壤深度和降雨量并不成比例关系,降雨量从50毫米到250毫米要做40多次实验才能和古代资料更好地进行对照”,郑景云说。这也就意味着,获取一个地区古今降雨量之间的对应关系,需要在田野里“下”40多场“雨”。

在一项研究中他们分析了清代中后期(1738~1908年)江苏降水的变化情况,发现1830年前后极端大旱大涝事件均呈上升趋势。而由美国科学家奎因(Quinn)统计得出的时间尺度长达1368年的厄尔尼诺年表显示,1830年后是厄尔尼诺的多发期。“结果和世界上最完整的年表相吻合,并且变化趋势也基本一致。”郑景云说,“事实上,厄尔尼诺和拉尼娜现象增强也是正常的,在历史上都发生过。”根据天气波动的频度,“预测未来20年的气候状况至少要知道200年的气候状况;预测气候突变或极端天气状况,则需要更长的时间尺度。所以对于厄尔尼诺和拉尼娜是否异常这个问题,我们现在还没有最终发言权”。

既然拉尼娜现象是正常的,那么暴雪自然也不为过。“据清代资料记载,太湖共冰封过七次。20世纪50年代以来,太湖也有两次冰封记载,分别是1968~1969年及1976~1977年的冬季。有报道说,今年东洞庭湖出现过冰封,而上次洞庭冰封发生在1955年初。话说‘冰冻三尺,非一日之寒’,颐和园昆明湖冰封尚需要温度处于0℃以下连续15天左右,洞庭湖冰封也需长时间的寒冷天气。此外,1794~1797年(乾隆年间),南方也曾连年遭遇暴雪。”郑景云列举了大量例子来证明此次暴雪无论在人眼中如何肆虐,在老天爷眼里都没有玩过头,不过他也承认,物质丰富以后人们遭受的损失更为严重。

博古能否通今?

就连被世人承认的全球变暖,在古气候学家眼里也并非什么出格的事。“气候从古至今都是波动的。通过分析过去若干年,比如说1000年内的气候波动,如果发现全球变暖在过去1000年内同样发生过,而人类历经此过程又继续存活,那我们就不必为此感到恐慌。”邵雪梅说。

“此外,古气候数据对气候模型的改进非常有用。”所谓气候模型,就是利用数学方法对天气变化进行模拟。天文学家用公式计算天体运行轨道,气候学家也希望计算出天气变化情况。但是“目前人们对气候变化的过程并非十分了解,因为对某些气候现象的研究不得不进行假设,而且越精确的模式需要的观测资料越多,对计算机的容量和计算速度要求越大,这些都是目前无法解决的问题”,气候模型专家马柱国表示。

除此之外,科学家还建立了古气候模式,用模型对古代的气候进行模拟,这在原理上和对现代和未来气候进行模拟的气候模式是一样的。“模型既可以预测未来,也可以模拟过去。我们的研究结果可以和古气候模式的模拟结果进行对比,进而修正古气候模式的不足,加深对气候成因的认识,而这一切,反过来又能帮助气候模型进行修正。”邵雪梅说。不过,马柱国也表示,目前我们国家的气候模式用于季度、年度的预报和未来50~100年的气候变化预测,但尚未用于古气候模拟的研究中。

既然了解过去是为了预测未来,那么,如果我们对过去的气候足够了解,对气候系统的过程和机制认识透彻,未来任何时候的气候状态都可以预测吗?

很遗憾,在专家们眼中答案是否定的。就像无论如何饱读史书,运筹帷幄,也无法百分之百把握未来一样,气象学家无论怎样了解过去的气候发展规律,也不能完全准确地预测天气。“世界上最好的预报模式在7天内效果最好,如果要对未来10天、20天、30天的天气都做出准确预测,任何国家的科学家都无法完成任务。以24小时内的暴雨预报为例,美国的准确率只有22%,我国是12%~13%。”国家气象台首席预报员杨贵名说。“这涉及可预报性问题,天气预报的准确性达到一定程度后就难再提高,除非科学某一天出现奇迹。”郑景云说。

这或许让人悲哀,不过这也是地球的魅力所在。

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