风的力量

编译/乔心月

美国亚利桑那大学的乔埃伦·拉塞尔对南大洋（南冰洋）的狂暴海风至今仍心有余悸。她在1994年刚开始她的海洋学家职业生涯时，曾花了两个月时间在那里进行考察研究。在她的记忆里，那是一次非常折磨人的航程。狂风呼啸，更糟的是，狂风在海上激起了巨大的海浪。她回忆当时的情景说：“海浪太高了，我们的长达100米的船只在风浪中上下颠簸，就好像在冲浪一样，一会被甩入浪谷底下，一会又被另一波巨浪高高抛起。山一样黑压压的水浪从空中倾泻在我们身上。”

而在今天，对于同样的航程来说，情况可能更糟。南极洲周围的波浪越来越汹涌，围绕南极洲这块大陆的西风正在向南移动，风力也越来越强，快速移动的西风带在海上形成汹涌的波涛。对于人类来说，南大洋是一个遥远的世界，但那里发生的事情却将影响到我们所有的人。

风对遥远的南大洋的作用究竟意味着什么？在科学家的眼中，南大洋就是深海的门户，惊人数量的热量和二氧化碳或在这里进入海洋，或在这里从海洋中逃逸出来。而风的变化会在很大程度上影响热量和二氧化碳在海洋中的进进出出。在短期内，深海将吸收更多的热量，减缓地球表面变暖趋势，有点像在炎夏天气里，在打开门的那一瞬间，大量热气涌入屋内。但在这种短暂的变暖趋缓之下，隐藏着巨大的危险：如果通往深海的这扇“门”开得过大，将导致深海中的二氧化碳大量逃逸；反之，如果这扇“门”猛然关闭，地球表面——我们生活的地方——的变暖趋势将加速，最终比现在更热！

风力加大只是全球气流循环模式变化的表现之一。随着二氧化碳水平的上升，地球气候带的分布正在重新划分。南北纬30°的干燥气候带正在向两极地区扩大和蔓延。而这种变化所带来的影响，拉塞尔在她所居住的地方已经感觉到了。她说：“我们已经历了13年的干旱天气。干燥的冬天意味着蓄水池面临着巨大的压力，人们可以看到湖泊周围因水位下降留下的‘浴缸环’（浴缸上的一圈圈污垢），可以看到连耐旱的仙人掌也因缺水而萎靡下垂，还可以看到因气候太干燥而导致树皮甲虫大量出没于森林，危害树木。”

风之变化影响之一：热带地区扩大

地球表面风模式会因为季节变化和山川地形变得更为复杂，但主要还是以哈德利环流模式为主（请参阅相关链接《哈德利环流》）。然而，如今这种情况已经发生了变化。研究证明，人类产生的二氧化碳排放已导致哈德利环流的范围扩大了大约200千米。气候模型也表明，哈德利环流正在随着全球变暖而扩大。

换句话说，受地球风带变化影响，热带地区正在扩大。这意味着，赤道附近的湿润绿色地带将扩大，但与此同时，受热带风暴影响的受灾地区也将扩大。科学家还预测，亚热带地区也将扩大，那里的气候将变得更加干燥。对于生活在沙漠带更南或更北干旱地区的数亿人来说，这是个非常糟糕的消息。气候宜人的地中海地区很受人们喜爱，但由于气候变化，人们心目中的这个居住天堂很可能成为受影响最大的地区。除了地中海，受影响地区还有美国西南部、澳大利亚南部、非洲和南美洲。

我们也许还将承受地球风带变化带来的更为广泛的影响，包括对鱼类资源和农业收成的影响等。这种变化也许还会引发争夺水资源的战争，造成大量气候难民。

地球风带变化已经是不争的事实（尽管全球变暖不是造成地球风带变化的唯一原因。请参阅相关链接《臭氧层空洞与西风带变化》）。在过去半个世纪里，西风带一直在加速向两极地区推进。这一点对于地球气候非常重要，因为风的变化会对海洋产生影响。海洋就像一块巨大的海绵，吸收了我们过量排放的二氧化碳的一半，并吸收了由于较高温室气体水平令地球产生的过多热量的90%。如果没有海洋巨大的吸收能力，在过去一个世纪里，这个世界会比现在热得多，变暖的速度也会快得多。

南大洋的重要性在于，作为大气和海洋之间最大的“门户”，狂风巨浪大大加剧了大气和海洋表层水之间的热量与气体交换。更重要的是，在其他大多数海洋里，表层温暖的水“漂浮”在较冷的深海水的上面，在一定程度上阻止了海水的垂直混合。但在南大洋，由于表面水域和深海水域之间的温差不大，风更容易推动表层水下沉或搅动深海水上涌，造成海洋表层水与深海水的混合。因此，尽管南大洋吸收了大量的热量，海水依然会很冷。但平均来说，南大洋快速变暖的速度是其他海洋的两倍。

风之变化影响之二：“吸热池”不堪重负

好消息是，南大洋这扇“门”现在稍稍打开。在过去10年里，海洋较之以前吸收了更多的热量（部分原因可能是受到风的模式改变的影响），这可能也正是为什么过去10年里全球平均表面温度没有之前上升得那么快的原因。

变暖暂缓是好事，海洋暂时帮助了我们，但未来会怎样呢？科学家指出，这最终可能对我们造成伤害。大量热量被“倾泻”进入海洋，其结果可能是，海洋这扇巨大的吸热之“门”将砰然关闭。随着表层水体变暖，无论是否有风的介入，表层水与深海水的混合将会变得更加困难。这意味着，一旦这种情况发生，全球表面温度会以更快的速度迅速攀升。科学家说，在海洋这个巨大的“吸热池”不堪重负之前，我们只有极为短暂的时间来对此做出反应。

就二氧化碳而言，海洋这扇“门”开得太大与完全关闭同样危险。2007年的一项研究表明，在过去20年里，南大洋一直在持续稳定地大量吸收二氧化碳。这听起来是一个令人安心的好消息，但实际上却令人担忧。在海洋大量吸收二氧化碳的同时，大气中的二氧化碳含量还在继续急剧上升。从理论上说，二氧化碳溶解于海洋表面水体的数量主要取决于大气水平，大气中二氧化碳越多，进入海洋的二氧化碳也越多。但实际情况并非如此。

为什么会这样？这可能与地球风带变化有关。一项研究指出，由于海水中的二氧化碳的浓度不如大气中的高，风只要搅动海洋上层1～2千米的海水就可增加二氧化碳的吸收量。但如果风搅动起更深水域的海水，则可能起到相反的作用，海洋将减少吸收二氧化碳，甚至反过来释放二氧化碳。这是因为在数千万年里，生活在海洋表面的有机生物死亡后下沉，深海水域通常积聚了高浓度的二氧化碳，风搅动深海，富含二氧化碳的海水就会涌向海洋表面。而这正是海洋目前的现状。

当风的变化导致南大洋的“门”开得足够大时，就会降低其吸收二氧化碳的能力；如果这扇“门”继续开大，海洋甚至还会释放二氧化碳。科学家如今认为，上一个冰河时代结束时就曾发生过这样的事，当时大气中的二氧化碳水平明显上升，从百万分之190猛增到百万分之260，由此产生的气候变暖结束了冰河时代（幸运的是，如今南大洋深海中存储的二氧化碳比两万年前要少得多）。

即使不考虑深海二氧化碳逃逸的问题，海洋吸碳能力的下降无疑也是个坏消息。最近的一项研究描绘了令人不安的未来图景：到本世纪末之前，世界将变暖2℃～3℃，正如300万年前上新世中叶的气候变暖期那样。海洋沉积物的研究表明，那时最活跃的海洋环流系统是大西洋经向翻转环流——寒冷、含盐量高的海水沉到北大西洋水底，然后向南流动。

一项新的研究表明，尽管大西洋经向翻转环流活动减弱，但在南大洋的活动却在加强。由于南极洲周围的海冰正在消失，风力加大，搅动深水中的二氧化碳释放到大气中。北大西洋深水中也含有大量的二氧化碳。这就带来了双重打击。海洋将从吸收二氧化碳的“大海绵”变成促使释放更多二氧化碳的大隐患。

风的变化正在令海洋变得更加狂暴，海洋学家正在对南大洋进行考察研究，但海洋这扇巨大的“门”无论是开还是关都存在巨大的危险。如果它开得太大，深埋在海底的二氧化碳有可能被释放出来；如果它“砰”地关上，更多的热量和二氧化碳将滞留在大气中。更重要的是，一旦它关闭，有可能在短时期内无法再次打开。

哈德利环流

风向风力的移动模式源自于太阳热量和地球自转。在赤道附近较为广泛的区域内，风通常从东面吹来；而在30°纬度向南或向北的区域内，风从西面吹来（见图所示）。在赤道附近，炎热而潮湿的空气向上升起，产生大量雨水，供养着郁郁葱葱的热带雨林。吹向赤道地区表面的风取代热带地区的热空气，并受地球自转影响产生偏转，形成了被称为“信风”的东风带。在高高的大气层中，从热带升起的热空气向两极地区移动，在大约30°纬度的地方下沉。干燥下沉的空气几乎没带来任何降雨，在这一地区形成一条环绕全世界的沙漠地带。这种因太阳作用和地球自转作用产生的覆盖全球的气流大循环模式被称为“哈德利环流”。在南北两半球，下沉气流中的一部分向极地方向移动，导致两极附近成为西风盛行的地区。

随着全球变暖，地球两半球的哈德利环流正在扩大，推动西风带快速向两极地区移动，并对地球气候产生巨大影响，对人类生活产生重大后果。

臭氧层空洞与西风带变化

人类污染环境的另一个后果—— 南极洲上空的臭氧层空洞也正在对哈德利环流变化和西风带变化产生影响。

臭氧层可吸收紫外线，保护我们免受紫外线伤害，并温暖高层大气。没有臭氧层，平流层会变得很冷。气候模型表明，一个更冷的北极平流层将会驱动它下面的西风带更多更快地向南移动。

有研究认为，臭氧层空洞或许是促使南半球西风带发生变化的主要推动力量。由于禁止使用破坏臭氧层的化学物质，南极臭氧空洞如今正在缩小，所以这种影响也相对在变小。但是，今天的温室气体排放增长速度快于以往任何时候。

接下来会发生什么？目前尚不清楚。有科学家预测，在未来50年左右，臭氧层空洞和温室气体排放两种因素的影响将不相上下。在那之后，随着海洋吸收二氧化碳能力的变化，南半球的哈德利环流将重新开始扩大，推动西风带向南推进，风力将变得更强。

哈德利环流决定沙漠区域的范围

哈德利环流决定了与赤道相接的沙漠区域的范围，尽管因大陆山川等地形的影响，现实世界中的模式要复杂得多（左）。这些区域如今正在向极地方向移动，但如果二氧化碳水平更高，也可能会突然向更接近赤道的方向移动。