持续17年的重力观测显示地球的水循环是如何随着气候变暖而加速的

发表于 4年以前 | 总阅读数：623 次

通过测量海洋和大陆之间水的质量变化，研究人员确定蒸发蒸腾作用的增加率比以前的估计高达两倍。这很重要，因为蒸发量代表了全球水循环的一个关键分支--这个循环为陆地上的生命创造了条件。

虽然众所周知，气候变暖应该增加蒸散的速度，但直到现在，准确的全球测量仍然是难以实现的。

领导这项研究的美国宇航局南加州喷气推进实验室的博士后研究员Madeleine Pascolini-Campbell说："我们的研究发现，自2003年以来，蒸发量增加了大约10%，这比以前的估计要多，而且主要是由于温度变暖。我们希望这些关于水循环的信息将有助于更好地指导气候模型的开发和验证。"

但是，蒸发率是如何影响全球水循环的？当来自海洋的水分在大气中循环时，一部分以降水的形式落在大陆上。其中一些水作为径流进入河流，一些渗入土壤。剩下的水从土地上蒸发，并从植物中蒸腾回空气中。

发现蒸发量正在以比以前所知的更快的速度增加，这对理解气候变化在未来如何影响地球有意义。随着世界变暖，蒸腾作用将加快，加速土地和植被的干燥。天气模式也会受到影响。土地蒸发量的增加会在一些地区造成干旱。这是世界变暖的一个症状，随着地表水和地下水供应的压力增加，会对生态系统和人类社会产生重大影响。

帕斯科利尼-坎贝尔说："冰川融化和冰盖缩小的图像是我们了解全球变暖影响的一种可触及的方式。"但是，我们星球的水循环的其他关键部分也在发生戏剧性的变化，而这些变化并不那么明显，例如当水在作为径流进入河流之前从土地上蒸发。

利用水的重量

为了获得对蒸发量如何变化的全球估计，研究人员找到了一种新的方法来利用从2002年到2017年运行的一对重力恢复和气候实验（GRACE）卫星以及2018年发射的后续卫星GRACE Follow-On收集的数据。GRACE任务由NASA和德国航空航天中心（DLR）发射，GRACE-FO是NASA和德国地球科学研究中心（GFZ）的合作项目。

由于水有质量，因此对地球的重力信号有贡献，这些航天器对世界各地的水的运动非常敏感，从跟踪冰原的变化到陆地上储存的水到海洋质量的变化。看到一个机会，研究人员研究了来自GRACE和GRACE-FO的17年数据集，看看是否有可能找出与水的蒸发运动有关的引力信号。

"有了GRACE和GRACE-FO的综合记录，我们现在有了足够长的观测记录，能够监测全球变化的这些关键迹象，"JPL的科学家和该研究的调查员JT Reager说。"当重力信号减少时，这意味着土地正在失去水分。其中一些损失是通过河流流回海洋，但其余的则以蒸腾作用进入大气。

通过从陆地上的输入中减去所有的水质量输出，然后计算剩余的水质量，研究人员能够估计出蒸发的速度。他们通过从全球降水测量中减去对全球河流排放（换句话说，通过河流流向海洋的水的速度）和GRACE和GRACE-FO卫星数据（揭示了地面上和地下水质的局部变化）的独立估计，找出流失到大气中的水的质量。

由于观测和测量方面的挑战，全球蒸散量的估计通常是通过模型或从个别地点进行测量，然后将这些测量结果放大来进行近似估计。但是这些方法很容易出错。然而，通过使用重力卫星观测测量全球质量变化，研究人员能够获得对全球蒸发蒸腾速率的更精确估计。

使用这种方法，他们发现，蒸发量从2003年的每年405毫米（约16英寸）增加到2019年的每年444毫米（约17.5英寸）。这代表了每年2.30毫米（约0.1英寸）的上升趋势--10%的增长，相应的误差为每年0.5毫米（0.02英寸），或2%。

Reager说："多年来，我们一直在寻找一种方法来测量全球水循环的总变化，最后我们找到了它。蒸散量增加的幅度真的让我们感到惊讶。这是一个相当大的信号，表明我们星球的水循环正在发生变化。"

这些结果强调了地球观测的连续性的重要性。由具有全球视野的卫星对水质量变化进行连续的卫星观测，为观察几十年来不断变化的地球提供了必要的长期记录。这些观测也帮助科学家跟踪由气候变化和自然周期引起的水循环的逐年变化。

这项研究的题目是："2003年至2019年全球陆地蒸发量增加10%"，于2021年5月26日发表在《自然》杂志。除了JPL之外，位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心也对这项研究做出了贡献。