失去伊利湖的踪迹并不容易。失去两个半伊利湖的踪迹更难,但这或多或少是2015年发生的事情,当时地球失去了290立方英里(1200立方公里)的淡水,相当于伊利湖水量的250%。
预计湖泊、河流和地下含水层的淡水损失将在2014年至2016年期间发生,因为这一时期恰逢厄尔尼诺Ni?o变暖,在此期间,通常蒸发更多,降水补充更少。正如《地球物理学调查》上的一篇新论文所报道的那样,问题在于,8年后,即使在2020年至2023年La Ni?a周期相对冷却之后,失去的水也没有得到补充。
近十年的干旱与现代气候记录中最热的9年相吻合,这有力地证明了淡水损失是气候变化的直接结果。
该论文的主要作者、美国宇航局戈达德太空飞行中心的水文学家马修·罗德尔说:“令人惊讶的是,自2015年以来,我们已经连续几年处于(温度)最高的状态。”“如果它们与陆地上的储水量下降无关,这似乎是一个令人难以置信的巧合。这绝对是值得关注的事情。”
记录大干旱的全球观测是由两对航天器进行的,称为重力恢复和气候实验,或GRACE卫星。最初的GRACE串联卫星由美国宇航局、德国航空航天中心和德国地球科学研究中心联合运营,于2002年发射,一直服役到2017年。第二对卫星被称为GRACE后续卫星,由同样的国际合作运营,于2018年升空,预计将运行到本十年末。
这些卫星不是直接测量水位,而是通过跟踪地球重力场的变化来运行的,重力场的变化取决于每颗GRACE卫星所飞越的地球部分的质量和密度。“重力场是不均匀的,”罗德尔说。“例如,在有山脉的地方,质量更大,这意味着更大的引力势,所以当你站在山顶上时,你实际上会重一点。”
河流、湖泊和含水层也是如此,当它们充满水时,它们会产生稍强的引力,而当它们不太满时,引力就会稍弱。格雷斯双星编队飞行时,它们之间的平均距离为124英里(200公里),当行星不断变化的引力作用在它们之间时,这个距离会略微扩大或缩小。
罗德尔说:“卫星每五秒钟就以一微米的精度测量距离,这大约是一个红细胞的大小。”
通过计算这些重力数据,罗德尔和他的同事们得出了全球损失的290立方英里淡水,平均下来,世界上所有的湖泊、河流和地下蓄水层的水位下降了1厘米(0.39英寸)。当然,地球的总水量——包括海洋、海洋、云层、冰川、极地帽等等——不会在干旱、洪水或厄尔Ni?o或厄尔Ni?a期间发生变化,而这些看似消失的水只是地球上1400万立方英里淡水总量的一小部分。但水的位置也很重要,81亿人赖以生存的水越来越少。
例如,全球气温上升增加了地表蒸发和大气容纳水蒸气的能力,从而使土壤和含水层变干,降低了海平面和湖泊的水位。当超饱和的大气最终产生雨水时,它往往会以猛烈、快速的风暴形式倾倒雨水,而不是以更慢、更有淋水性的暴雨形式,后者更有可能渗入干燥、致密的地表。
戈达德大学的高级气象学家、该论文的合著者迈克尔·博西洛维奇(Michael Bosilovich)说:“极端降水从地表流失,无法给土壤补充养分。”其中一些水流入新鲜的湖泊和河流,但更多的水流入咸水海洋。“我们没有得到的是我们过去能得到的(淡水)补给。”
对于依赖含水层的城市和农业地区来说,这可能会导致干旱的恶性循环,更多的地下水被抽出来满足人类的需求,更少的降雨来替代它,而确实落下的雨水又被排干了。更糟糕的是,在这项新研究涵盖的时间段内,世界各地发生了一系列地方、国家和大陆的干旱。2014年,巴西北部和中部开始出现严重干旱,随后澳大利亚、东南亚、南美、北美、欧洲和非洲也出现了类似的情况。事实上,自2002年以来,GRACE卫星观测到的30次最严重的干旱中有13次发生在2015年或之后,据信与气候变化相关的蒸发加剧了干旱。
“世界各地的一系列重大干旱在很大程度上解释了为什么我们的陆地储水量持续减少,”罗德尔说。
GRACE后续卫星预计还将提供至少六年的数据,这些数据将讲述地球健康状况的故事,但目前研究的作者并不乐观。“至少就GRACE的数据而言,我们没有看到这种逆转,”Bosilovich说。
罗德尔说:“回到20世纪80年代,(淡水)也出现了同样急剧的下降,但后来出现了复苏。”“这一次,不仅干旱突然而急剧,而且9年过去了,我们还没有恢复过来。”