一组来自美国国家大气研究中心和宾夕法尼亚州立大学等机构的研究人员发现，有证据显示，未来在太平洋形成的大气河流（ARs）在抵达北美海岸时会导致海面高度增加。在10月19日发表于《通讯-地球与环境》的研究中，他们使用一个复杂的高保真地球系统模型诊断了上层海洋与大气河流这种天气现象之间的关系，从而窥见了世界继续相对不受控制地燃烧化石燃料的未来可能性。
大气河流，是大气中由高浓度水蒸气形成的狭窄区域，是地球水文循环的重要组成部分。大气河流经由狭窄通路输送水蒸气，通常沿着大面积流动的空气的边界，例如与在海洋上形成的热带气旋相关的一些区域。迄今，大部分有关气候变化影响的研究都聚焦于陆地和人口中心，因为大气河流有可能导致洪灾或缓解干旱。
历史时期海洋表面温度、盐度、混合层深度和海面高度对大气河流的响应。（Shields et al.《通讯-地球与环境》2024）
该研究中，作者们重点探讨了东北太平洋大气河流及其对上层海洋的影响。他们将北美西海岸划分为加利福尼亚南部、加利福尼亚中部和太平洋西北部三个区域，分析了气候变化下大气河流对海洋表面温度和海洋表面高度、海洋混合层深度以及海气界面表面能量通量等重要海洋变量的影响。
该团队发现，大气河流及其强风引起了显著的上层海洋响应。对于沿海社区和城市规划人员来说，最紧迫的发现是，在气候变化影响下，他们看到了沿海社区的海洋表面高度显著增加。当大气河流接近并登陆时，其会将海水推向流动的方向从而增加了海面高度。在气候变化影响下，海面高度的变化将被放大，对太平洋西北部社区而言这种变化将会放大达200%。
气候变化对海洋表面温度、混合层深度和海面高度的影响。（Shields et al.《通讯-地球与环境》2024）
作者们提醒道，重要的是要清楚，他们分析的是海面高度，而非海平面上升。海面高度是指在给定时间相对于参考高度测量到的海洋表面高度，会因洋流和天气影响等因素而在短时间尺度上发生变化，而海平面上升被定义为一种包括冰融化和气候相互作用等因素在内的长期趋势。该研究中，他们通过将海面高度量化为大气河流开始日期之后一天减去前三天来最大化大气河流指纹。海面高度的增加会暂时抬高海洋的高度，加剧在和大气河流本身相关的强降水期间发生在陆地上的洪水。对于气候变化来说，这种情况可能会愈加恶化。
大气河流倾向于在上游产生更深的混合层（而在下游产生更浅的混合层）。在气候变化的影响下，这种响应不会被放大，而是会被减弱。这意味着大气河流下游的混合层可能会加深，而上游（大气河流通道前方）的混合层将变得更浅。作者们还发现热通量响应具有区域依赖性，但通常而言，大气河流的上游会促进降温，下游会促进变暖。
气候变化对海洋热量和降水通量的影响。（Shields et al.《通讯-地球与环境》2024）
让大气和海洋在模拟中相互“交谈”，并对其中的反馈进行量化，是研究未来几年、几十年甚至几个世纪气候的重要工具。作者们指出，这项研究是对海洋对大气河流的基本响应以及在全球变暖的未来可能会如何变化的一级探索。其为更深入地分析主要的湍流海洋环流打开了一扇门，并充分利用了之前的关于温带和热带气旋与上层海洋之间反馈作用的研究。
这项研究清楚地表明，高分辨率地球系统模型可以准确地模拟由https://doi.org/10.1038/s41598-019-38562-2首次通过观测探索的大气河流-海洋的关系。在气候变化的背景下，可以提出两个关键点：(1)北美各区域的动态变化是一致的，即沿海社区很大程度上能够预期，由于位移的海水被推向海岸，影响将会增加，以及(2)热力学变化具有区域依赖性，需要进一步研究。
（文/牛静美）
【参考来源：】
Shields et al.《气候变化下上层海洋对东北太平洋大气河流的响应》《通讯-地球与环境》2024（开放获取）
https://doi.org/10.1038/s43247-024-01774-0
https://www.researchgate.net/publication/385074459_Response_of_the_upper_ocean_to_northeast_Pacific_atmospheric_rivers_under_climate_change
https://communities.springernature.com/posts/atmospheric-rivers-and-the-upper-ocean
