加州正在干涸,没人知道为什么

该州正经历其历史上最严重的第四年干旱。科学家为何无法解释?
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奥罗维尔湖位于萨克拉门托以北,是加州第二大水库。2014年底,美国宇航局的科学家发现,该州需要11万亿加仑的水才能从干旱中恢复,这大约是奥罗维尔湖容量的10倍。Justin Sullivan/Getty Images (4)

大约十年前,科学家丽莎·斯隆(Lisa Sloan)做出了一个严峻的预测:北极冰川融化可能导致一场史诗般的干旱。通过改变北美上空的冬季风暴路径,它将为阿拉斯加带来更多的降雨,而美国西部则少得多——每年约25厘米,或减少30%。这些发现足够令人震惊,吸引了全国性的头条新闻。但很快,一切都被遗忘了,取而代之的是一连串带有自己严峻预测的新研究。斯隆的论文本可能默默无闻——而且很可能如此——但有一件事:她所描述的恐怖情景似乎正在成为现实。

如果你一直隐居世外,那么你应该知道,加州正经历着大多数指标都显示是该州历史上最严重的干旱;它始于2011年,此后创下了年降水量最低、年气温最高以及土壤湿度和地下水位等最极端测量记录。州长杰里·布朗(Jerry Brown)于4月颁布了该州首个强制性节水令。美国干旱监测局(U.S. Drought Monitor)的“极端干旱”类别中,近一半的加州地区都属于此列,预计在2015年剩余时间里都将保持这一状态。换句话说,该州历史上最严重的干旱可能会变得更加糟糕。

与此同时,地面上:末日景象一览无余。房主正在从运河偷水,小偷正从消防部门偷水,而天知道是谁直接从圣华金三角洲偷水。草坪枯黄,农田荒芜——农业损失预计将超过20亿美元——内华达山脉大部分地区没有积雪。假草生意兴隆;游泳池行业则不然。哦,对了,而且这个州本身正在下沉——因为地下水流失得太多了。

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今年冬天,北极海冰再次创下了一个可疑的纪录:最大海冰范围最低。换句话说,在冬季的最高峰时期,海冰比以往任何时候都要少。Keen Press/Getty Images

根据过去几个月你在Facebook上看到的内容,你可能会认为这场干旱肯定是由气候变化造成的;或者肯定不是气候变化;或者可能是环保主义者某种程度上应该负责——或者可能是一个被称为“巨兽”(The Blob)的巨大温水团。与斯隆的研究相比,这些说法提出了一个问题:我们如何能近乎完美地预测某件事,却仍然不确定它是由什么原因造成的?

首先,我们来谈谈最直接的原因:无人否认当前危机最直接的原因是一个被称为“极其顽固的脊”(Ridiculously Resilient Ridge),简称Triple R。Triple R是一个“阻塞高压”,一个扰乱正常风力模式的高压区域。想象一块巨石滚入溪流,迫使水流绕过它。阻塞高压就像空气气流(在这种情况下是极地急流)中的巨石,会将风暴导向全球。它们相当频繁地出现,甚至可能变得非常大,在某些情况下覆盖数千英里。但它们往往很快就会消散,通常在几周内。

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加州州长杰里·布朗于2014年宣布了紧急状态,至今仍未解除。从左上角顺时针方向:如今枯黄的州府大楼,新节水令的提醒,喷漆草坪,以及一个非常没有吸引力的游泳池。从左上角顺时针方向:Justin Sullivan/Getty Images;DAVID N BRAUN (GOWESTFOTO.COM)/Getty Images;Justin Sullivan/Getty Images;David McNew/Getty Images

Triple R的持续时间远远超过了几周。它最早是在2012-13年雨季下半叶首次被观测到。到2014年1月,它从加州一直延伸到阿拉斯加,并将所有的太平洋风暴带入急流的北部——在北极圈附近倾泻了创纪录的降雨量,却让加利福尼亚、俄勒冈和华盛顿干旱。这个高压脊至今仍然存在,并且可能会持续一段时间。“在观测记录中,这是前所未有的,”丹尼尔·斯温(Daniel Swain)说,这位斯坦福大学的博士生给这个高压脊起了名字。“这是风暴被偏转的最明显原因。”

但如果Triple R是导致干旱的原因,那么Triple R又是由什么造成的?

这就是情况变得复杂的地方。一个潜在的罪魁祸首是北极海冰融化,正如斯隆在2004年指出的那样。通常,冰层像毯子一样,阻止海洋的热量逸散到大气中。当毯子消失,甚至变薄时,热量会更容易逃逸。在她的研究中,斯隆预测逃逸的热量会形成类似Triple R的暖空气柱,将太平洋风暴推向北方,其方式与我们今天所见大致相同。

北极海冰融化是全球变暖的后果,而全球变暖本身是大气温室气体浓度上升的后果。碰巧的是,斯温和他的导师诺亚·迪芬鲍夫(Noah Diffenbaugh)在2014年的一项研究中发现,在当前的温室气体浓度下,像Triple R这样持续的高压异常更有可能发生。综合来看,斯隆和迪芬鲍夫的研究似乎找到了确凿的证据:气候变化导致了加州干旱。那么为什么事情还没有定论呢?

假草生意兴隆;游泳池行业则不然。哦,而且这个州本身正在下沉。

为了回答这个问题,我们不妨做一个小小的思想实验。想象一壶几乎沸腾的水。想象一下在其表面中心有一个小圆圈。微小的气泡开始在圆圈周围冒出。你调高火力,气泡冒得更快,更大。最终一个气泡撞到了圆圈本身。这是因为你调高了火力吗?也许。但在此之前气泡已经在冒泡了,所以即使你从未动过旋钮,也可能有一个气泡撞到了你的圆圈。天气事件——干旱、风暴、热浪——就像那些气泡。而气候变化就像那只调高火力的手指;你可以说它增加了气泡在那个特定位置出现的概率,但你不能说没有它气泡就不会出现。

因此,气候学中一个令人沮丧的、不可改变的真相是:不可能将个别事件与气候变化联系起来。气候本身极其复杂,而干旱是一个完美的例子,这使得问题更加复杂。是的,全球变暖带来的热量可能是一个促成因素——高温会增加蒸发,进而使土地干燥。但干旱的定义特征是缺乏降雨,不一定是气温上升。事实上,在寒冷时期也已知会发生干旱。除此之外,降雨和气温并非唯一需要考虑的因素。土地利用(一个地区是农田、森林、城市还是郊区更多),洋流,厄尔尼诺现象,或者如斯隆的模型所示,北极海冰融化,都可能合谋加剧或缓解任何特定的干旱。

避免使用绝对化的说法使得科学家们处于一个复杂的地带。例如,许多人同意,随着地球变暖,美国西部——特别是西南部——将经历更高的气温和更多的蒸发干燥。但气温升高是否会实际导致降雨减少仍然是争论的焦点。目前似乎还没有。美国国家海洋和大气管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration)最近的一份报告称:“目前的干旱并非加州长期降水变化的一部分,自1895年以来,加州降水几乎没有明显趋势。”报告接着说:“(Triple R)是大气-海洋内部自然变异性的象征。”

有些人利用这种固有的不确定性来歪曲情况。4月份,一些媒体利用“自然变异性”的论点将干旱归咎于环保主义者。其要点是,西部干旱期并非新鲜事,而其他地区似乎也很好地应对了它们。水只需要得到更好的管理。通过阻止修建水坝和水库以拯救某些濒危鱼类物种,环保主义的“好心人”让数百万英亩·英尺(数亿加仑)的水流入太平洋,而不是用于农业和其他用途。

这个假设有很多不合理之处,但我们姑且只关注最大的缺陷:无论加州如何更好地管理其水资源供应,几乎肯定不足以满足其日益增长的需求。根据一项估计,那些假设中的大坝项目只会为该州日益枯竭的储备增加1%到2%的水。“这种说法完全是胡说八道,”彼得·格利克(Peter Gleick)说,他是一位麦克阿瑟奖获得者和太平洋研究所(Pacific Institute)的总裁。“它歪曲了干旱的原因及其严重性。”

一般来说,人类偏爱秩序而非混乱,因此气候模型只是我们一直在做的事情的复杂方式:试图一窥未来。但模型有其局限性。“我把它们比作苹果派的食谱,”斯隆说。“所有苹果派基本都由相同的东西组成:苹果和派皮。但其他配料可能不同,结果也可能不同。”斯隆的研究只依赖于其中一种模型,并且只考虑了几个变量,即海冰融化。她没有考虑土地利用、人口或可能影响干旱的十几项其他因素。她说,她的发现似乎反映了今天发生的事情。但它们仍然没有讲述全部故事。

如果Triple R是超级反派,那么巨兽(The Blob)就是它的爪牙。

要真正理解加州干旱,科学家们必须理解全球气候系统,它有无数奇怪的特点。急流似乎正在减慢并偏离航线,给我们带来了Triple R及其邪恶的孪生兄弟——极度顽固的低压槽(Terribly Tenacious Trough)(新英格兰人会记得,今年冬天它导致了极地涡旋)。还有巨兽(The Blob),这是一个异常温暖的水层——深300英尺,宽1000英里——它已经盘踞在西海岸外。它是由Triple R造成的,它通过在向陆地移动时加热空气,进一步减少了降雪或降雨的可能性,从而加剧了干旱。如果Triple R是干旱背后的超级反派,那么巨兽就是它的爪牙。

2月份,来自哥伦比亚大学、康奈尔大学和美国宇航局的科学家们分析了各种气候模型,以了解未来几十年可能会发生什么。他们发现,气候变化增加了“超级干旱”——几十年低的降水和高蒸发期——在未来30年内可能吞噬美国西部的可能性。同样,这些研究似乎找到了确凿的证据,但作者们警告说,他们的预测并非板上钉钉。即使一次厄尔尼诺事件也可能极大地改变情况。

症结就在于此:没有人,甚至是最强大的计算机的使用者,也无法100%确定地预测未来。他们最多只能引导我们找到答案,并希望我们自己做出最后的联系,在水耗尽之前。

本文最初发表在2015年8月的《大众科学》(Popular Science)杂志上。

 

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