根据热力学定律，变暖的大气层可以容纳更多的水蒸气，但新的研究发现，随着气候变暖，世界干旱和半干旱地区的大气湿度并没有像预期的那样增加。这些发现尤其令人费解，因为气候模型一直预测大气将变得更加湿润，甚至在干旱地区也是如此。如果大气层比预期的更干燥，干旱和半干旱地区未来可能比预测的更容易遭受野火和极端高温的影响。
这项由美国国家科学基金会国家大气研究中心（NSF NCAR）领导的新研究的作者们还不清楚造成这种差异的原因。
这项研究的第一作者、美国国家科学基金会 NCAR 科学家 Isla Simpson 说："影响可能会很严重。这是一个全球性问题，从我们的气候模型结果来看，这是完全出乎意料的"。
辛普森和她的合著者说，需要进行后续研究，以确定水汽没有增加的原因。原因可能是水汽没有像预计的那样从地球表面进入大气层，或者以意想不到的方式在大气层中循环。也有可能是一种完全不同的机制造成的。
新的研究表明，虽然世界上潮湿地区的水蒸气正在增加，但在一年中最干旱的月份，水蒸气的增加却没有预期的多。
这项研究发表在本周的《美国国家科学院院刊》上。 这项研究得到了美国国家科学基金会、国家海洋和大气管理局以及美国能源部的资助。研究报告由来自加州大学洛杉矶分校、加州大学圣巴巴拉分校、康奈尔大学、北极熊国际组织和哥伦比亚大学的科学家共同撰写。
令人惊讶的发现
气候科学的一个基本规律是，大气层变暖时可以容纳更多的水汽。这就是所谓的克劳修斯-克拉皮隆关系，也是气候模型一直预测大气中的水汽会随着地球变暖而增加的原因。
但是，当辛普森在 2020 年为美国国家海洋和大气管理局撰写一份关于美国西南部气候变化的报告时，她意识到那里的大气干燥程度远远超出了根据气候模型模拟的预期。
出于好奇，辛普森和她的合著者对全球大气层进行了研究，以确定水蒸气的增加是否与气候预测相符。研究小组利用了从 1980 年到 2020 年的多种观测资料。其中包括气象站网络，以及根据气象气球和卫星等观测数据估算湿度的数据集。
科学家们惊讶地发现，干旱和半干旱地区的水汽总体上保持不变，而不是像根据克劳修斯-克拉皮隆关系预计的那样，每升温 1摄氏度（1.8华氏度），水汽就会增加近 7%。美国西南部地区的水汽实际上有所减少，该地区的降水量长期减少。
作者在新论文中写道："这与所有气候模型模拟相反，在气候模型模拟中，水汽上升的速度接近理论预期，甚至在干旱地区也是如此。鉴于水蒸气与野火、生态系统功能和极端温度之间的密切联系，必须解决这个问题，才能为世界干旱和半干旱地区提供可信的气候预测。"
研究指出，这种情况正在导致水汽压力不足的增加，水汽压力不足是指大气中可容纳的水汽量与空气中实际存在的水汽量之间的差值。当水汽压力不足上升时，就会成为野火和生态系统压力的重要驱动因素。
辛普森说："我们可能会面临比西南等干旱和半干旱地区预测的更高的风险，西南地区已经受到前所未有的水资源短缺和极端野火季节的影响。"
她和她的同事发现，潮湿地区的情况更为复杂，在潮湿季节，大气中的水蒸气会像气候模型预测的那样增加。在最干旱的月份，这种增加在某种程度上趋于平稳，但并不像干旱和半干旱地区那样趋于平稳。
寻找罪魁祸首
至于为什么大气中的水汽没有像预期的那样在干旱地区增加，作者大致提出了两种可能性：从陆地表面转移到空气中的水汽量可能低于模型，或者大气将水汽输送到干旱地区的方式可能与模型不同。
他们得出结论说，大气传输出现问题的可能性较小，因为这不一定能解释全球所有干旱和半干旱地区的共同现象，这些地区从不同的地方获得水分。
因此，陆地表面最有可能是罪魁祸首。作者推测了几种可能的原因：与模型相比，现实中陆地向大气提供的水分可能更少；随着气候变暖，陆地的干燥程度可能超过预期；植物可能更有效地保持水分，向大气释放的水分更少。
作者还考虑了观测数据存在误差的可能性。但他们认为这种可能性不大，因为这种差异与世界各地区的干燥程度密切相关，而且即使为了避免仪器变化造成的误差而将记录分成较短的时间段，也能持续发现这种差异。
辛普森强调，需要进行更多的研究来确定原因。她说："要解决这个问题确实很棘手，因为我们没有对所有重要过程进行全球观测，无法了解水是如何从陆地表面转移到大气层的。但我们绝对需要弄清楚出了什么问题，因为情况并不像我们预想的那样，可能会对未来产生非常严重的影响。"
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