風的力量

編譯/喬心月

美國亞利桑那大學的喬埃倫·拉塞爾對南大洋（南冰洋）的狂暴海風至今仍心有余悸。她在1994年剛開始她的海洋學家職業生涯時，曾花了兩個月時間在那里進行考察研究。在她的記憶里，那是一次非常折磨人的航程。狂風呼嘯，更糟的是，狂風在海上激起了巨大的海浪。她回憶當時的情景說：“海浪太高了，我們的長達100米的船只在風浪中上下顛簸，就好像在沖浪一樣，一會被甩入浪谷底下，一會又被另一波巨浪高高拋起。山一樣黑壓壓的水浪從空中傾瀉在我們身上。”

而在今天，對于同樣的航程來說，情況可能更糟。南極洲周圍的波浪越來越洶涌，圍繞南極洲這塊大陸的西風正在向南移動，風力也越來越強，快速移動的西風帶在海上形成洶涌的波濤。對于人類來說，南大洋是一個遙遠的世界，但那里發生的事情卻將影響到我們所有的人。

風對遙遠的南大洋的作用究竟意味著什么？在科學家的眼中，南大洋就是深海的門戶，驚人數量的熱量和二氧化碳或在這里進入海洋，或在這里從海洋中逃逸出來。而風的變化會在很大程度上影響熱量和二氧化碳在海洋中的進進出出。在短期內，深海將吸收更多的熱量，減緩地球表面變暖趨勢，有點像在炎夏天氣里，在打開門的那一瞬間，大量熱氣涌入屋內。但在這種短暫的變暖趨緩之下，隱藏著巨大的危險：如果通往深海的這扇“門”開得過大，將導致深海中的二氧化碳大量逃逸；反之，如果這扇“門”猛然關閉，地球表面——我們生活的地方——的變暖趨勢將加速，最終比現在更熱！

風力加大只是全球氣流循環模式變化的表現之一。隨著二氧化碳水平的上升，地球氣候帶的分布正在重新劃分。南北緯30°的干燥氣候帶正在向兩極地區擴大和蔓延。而這種變化所帶來的影響，拉塞爾在她所居住的地方已經感覺到了。她說：“我們已經歷了13年的干旱天氣。干燥的冬天意味著蓄水池面臨著巨大的壓力，人們可以看到湖泊周圍因水位下降留下的‘浴缸環’（浴缸上的一圈圈污垢），可以看到連耐旱的仙人掌也因缺水而萎靡下垂，還可以看到因氣候太干燥而導致樹皮甲蟲大量出沒于森林，危害樹木。”

風之變化影響之一：熱帶地區擴大

地球表面風模式會因為季節變化和山川地形變得更為復雜，但主要還是以哈德利環流模式為主（請參閱相關鏈接《哈德利環流》）。然而，如今這種情況已經發生了變化。研究證明，人類產生的二氧化碳排放已導致哈德利環流的范圍擴大了大約200千米。氣候模型也表明，哈德利環流正在隨著全球變暖而擴大。

換句話說，受地球風帶變化影響，熱帶地區正在擴大。這意味著，赤道附近的濕潤綠色地帶將擴大，但與此同時，受熱帶風暴影響的受災地區也將擴大。科學家還預測，亞熱帶地區也將擴大，那里的氣候將變得更加干燥。對于生活在沙漠帶更南或更北干旱地區的數億人來說，這是個非常糟糕的消息。氣候宜人的地中海地區很受人們喜愛，但由于氣候變化，人們心目中的這個居住天堂很可能成為受影響最大的地區。除了地中海，受影響地區還有美國西南部、澳大利亞南部、非洲和南美洲。

我們也許還將承受地球風帶變化帶來的更為廣泛的影響，包括對魚類資源和農業收成的影響等。這種變化也許還會引發爭奪水資源的戰爭，造成大量氣候難民。

地球風帶變化已經是不爭的事實（盡管全球變暖不是造成地球風帶變化的唯一原因。請參閱相關鏈接《臭氧層空洞與西風帶變化》）。在過去半個世紀里，西風帶一直在加速向兩極地區推進。這一點對于地球氣候非常重要，因為風的變化會對海洋產生影響。海洋就像一塊巨大的海綿，吸收了我們過量排放的二氧化碳的一半，并吸收了由于較高溫室氣體水平令地球產生的過多熱量的90%。如果沒有海洋巨大的吸收能力，在過去一個世紀里，這個世界會比現在熱得多，變暖的速度也會快得多。

南大洋的重要性在于，作為大氣和海洋之間最大的“門戶”，狂風巨浪大大加劇了大氣和海洋表層水之間的熱量與氣體交換。更重要的是，在其他大多數海洋里，表層溫暖的水“漂浮”在較冷的深海水的上面，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間的溫差不大，風更容易推動表層水下沉或攪動深海水上涌，造成海洋表層水與深海水的混合。因此，盡管南大洋吸收了大量的熱量，海水依然會很冷。但平均來說，南大洋快速變暖的速度是其他海洋的兩倍。

風之變化影響之二：“吸熱池”不堪重負

好消息是，南大洋這扇“門”現在稍稍打開。在過去10年里，海洋較之以前吸收了更多的熱量（部分原因可能是受到風的模式改變的影響），這可能也正是為什么過去10年里全球平均表面溫度沒有之前上升得那么快的原因。

變暖暫緩是好事，海洋暫時幫助了我們，但未來會怎樣呢？科學家指出，這最終可能對我們造成傷害。大量熱量被“傾瀉”進入海洋，其結果可能是，海洋這扇巨大的吸熱之“門”將砰然關閉。隨著表層水體變暖，無論是否有風的介入，表層水與深海水的混合將會變得更加困難。這意味著，一旦這種情況發生，全球表面溫度會以更快的速度迅速攀升。科學家說，在海洋這個巨大的“吸熱池”不堪重負之前，我們只有極為短暫的時間來對此做出反應。

就二氧化碳而言，海洋這扇“門”開得太大與完全關閉同樣危險。2007年的一項研究表明，在過去20年里，南大洋一直在持續穩定地大量吸收二氧化碳。這聽起來是一個令人安心的好消息，但實際上卻令人擔憂。在海洋大量吸收二氧化碳的同時，大氣中的二氧化碳含量還在繼續急劇上升。從理論上說，二氧化碳溶解于海洋表面水體的數量主要取決于大氣水平，大氣中二氧化碳越多，進入海洋的二氧化碳也越多。但實際情況并非如此。

為什么會這樣？這可能與地球風帶變化有關。一項研究指出，由于海水中的二氧化碳的濃度不如大氣中的高，風只要攪動海洋上層1～2千米的海水就可增加二氧化碳的吸收量。但如果風攪動起更深水域的海水，則可能起到相反的作用，海洋將減少吸收二氧化碳，甚至反過來釋放二氧化碳。這是因為在數千萬年里，生活在海洋表面的有機生物死亡后下沉，深海水域通常積聚了高濃度的二氧化碳，風攪動深海，富含二氧化碳的海水就會涌向海洋表面。而這正是海洋目前的現狀。

當風的變化導致南大洋的“門”開得足夠大時，就會降低其吸收二氧化碳的能力；如果這扇“門”繼續開大，海洋甚至還會釋放二氧化碳。科學家如今認為，上一個冰河時代結束時就曾發生過這樣的事，當時大氣中的二氧化碳水平明顯上升，從百萬分之190猛增到百萬分之260，由此產生的氣候變暖結束了冰河時代（幸運的是，如今南大洋深海中存儲的二氧化碳比兩萬年前要少得多）。

即使不考慮深海二氧化碳逃逸的問題，海洋吸碳能力的下降無疑也是個壞消息。最近的一項研究描繪了令人不安的未來圖景：到本世紀末之前，世界將變暖2℃～3℃，正如300萬年前上新世中葉的氣候變暖期那樣。海洋沉積物的研究表明，那時最活躍的海洋環流系統是大西洋經向翻轉環流——寒冷、含鹽量高的海水沉到北大西洋水底，然后向南流動。

一項新的研究表明，盡管大西洋經向翻轉環流活動減弱，但在南大洋的活動卻在加強。由于南極洲周圍的海冰正在消失，風力加大，攪動深水中的二氧化碳釋放到大氣中。北大西洋深水中也含有大量的二氧化碳。這就帶來了雙重打擊。海洋將從吸收二氧化碳的“大海綿”變成促使釋放更多二氧化碳的大隱患。

風的變化正在令海洋變得更加狂暴，海洋學家正在對南大洋進行考察研究，但海洋這扇巨大的“門”無論是開還是關都存在巨大的危險。如果它開得太大，深埋在海底的二氧化碳有可能被釋放出來；如果它“砰”地關上，更多的熱量和二氧化碳將滯留在大氣中。更重要的是，一旦它關閉，有可能在短時期內無法再次打開。

哈德利環流

風向風力的移動模式源自于太陽熱量和地球自轉。在赤道附近較為廣泛的區域內，風通常從東面吹來；而在30°緯度向南或向北的區域內，風從西面吹來（見圖所示）。在赤道附近，炎熱而潮濕的空氣向上升起，產生大量雨水，供養著郁郁蔥蔥的熱帶雨林。吹向赤道地區表面的風取代熱帶地區的熱空氣，并受地球自轉影響產生偏轉，形成了被稱為“信風”的東風帶。在高高的大氣層中，從熱帶升起的熱空氣向兩極地區移動，在大約30°緯度的地方下沉。干燥下沉的空氣幾乎沒帶來任何降雨，在這一地區形成一條環繞全世界的沙漠地帶。這種因太陽作用和地球自轉作用產生的覆蓋全球的氣流大循環模式被稱為“哈德利環流”。在南北兩半球，下沉氣流中的一部分向極地方向移動，導致兩極附近成為西風盛行的地區。

隨著全球變暖，地球兩半球的哈德利環流正在擴大，推動西風帶快速向兩極地區移動，并對地球氣候產生巨大影響，對人類生活產生重大后果。

臭氧層空洞與西風帶變化

人類污染環境的另一個后果—— 南極洲上空的臭氧層空洞也正在對哈德利環流變化和西風帶變化產生影響。

臭氧層可吸收紫外線，保護我們免受紫外線傷害，并溫暖高層大氣。沒有臭氧層，平流層會變得很冷。氣候模型表明，一個更冷的北極平流層將會驅動它下面的西風帶更多更快地向南移動。

有研究認為，臭氧層空洞或許是促使南半球西風帶發生變化的主要推動力量。由于禁止使用破壞臭氧層的化學物質，南極臭氧空洞如今正在縮小，所以這種影響也相對在變小。但是，今天的溫室氣體排放增長速度快于以往任何時候。

接下來會發生什么？目前尚不清楚。有科學家預測，在未來50年左右，臭氧層空洞和溫室氣體排放兩種因素的影響將不相上下。在那之后，隨著海洋吸收二氧化碳能力的變化，南半球的哈德利環流將重新開始擴大，推動西風帶向南推進，風力將變得更強。

哈德利環流決定沙漠區域的范圍

哈德利環流決定了與赤道相接的沙漠區域的范圍，盡管因大陸山川等地形的影響，現實世界中的模式要復雜得多（左）。這些區域如今正在向極地方向移動，但如果二氧化碳水平更高，也可能會突然向更接近赤道的方向移動。