海上科考：研究季風降水變化

這是印度一個炎熱的夏日。在干燥的北部平原，遲緩的風在上空徘徊。人們焦灼的目光投向天空，他們期待季風帶來潮濕和降雨，然而天空依然是清澈的藍天。攜帶著降雨的云彩何時才能到來？

即使是一流的氣象學家也難以回答這個問題。這就是為什么在千里之外的南邊，一艘科學試驗船漂浮在孟加拉灣中部進行科學考察的原因。船上有24名海洋學家，他們正在研究季風與海洋的關系。

幾千年來，印度的農民，特別是一些種植規模比較小的農民，急切地希望能夠預測每年6月到9月的季風降雨情況，以便更好地灌溉莊稼。他們需要了解旱災發生的可能性和降雨發生的時間，以減少農業種植的盲目性，提高農作物的產量。季風降雨所造成的滾滾河流還為當地人們提供了豐富的電能。

然而，現在還難以做到對季風的準確預測。降雨和風都與印度洋的海水相關，海洋學家們正在探索一個季風系統，其中降雨、風和海平面都是至關重要的環節，但是，現在科學家對這些環節了解不多。

科考船正好位于河流、海流和風相遇的地方，這并非偶然，而是有意為之。在那里，科學家們正在尋找一些關于海洋如何對風、陸地產生影響的線索。不久，這些風將會在印度干燥的平原上空匯聚成高聳的烏云，最終帶來涼爽的降雨，并緩解旱情。

對于我們中的許多人來說，看到“季風”一詞首先會想到熱帶地區的傾盆大雨。但是，科學家認為降雨始于風，沒有風就不會有降雨。“季風”這個詞來源于阿拉伯語，意思是與“季節”有關的風。最早在印度洋北部航行的貿易商，認識到這種風每年有規律地變換兩次方向，冬季從東北方向吹來，夏季則從西南方向吹來。

但是，風只是整個季風系統的一個組成部分，季風系統就像一個巨大的熱力發動機，其中溫度差異是驅動風移動的原因。在夏季，陸地的表面吸收太陽的熱量，使其上方的大氣變得暖熱，暖熱的空氣在大陸上空膨脹并上升，在上升的過程中，來自印度洋的空氣涌入，并取代原來大陸上的空氣，這些就是季風，從西南方向穿過海洋吹來，帶著潮濕的空氣，在陸地上形成大雨。

暴雨中不斷上升的空氣，能有效地將熱量從海洋輸送到陸地，并上升到陸地大氣的上空，在上空，空氣平穩返回大海，逐漸冷卻并向海洋下沉，以完成循環。這個循環還會使熱量穿過赤道，從經歷夏季的北半球到經歷冬季的南半球。這個循環的關鍵是來自海洋的水，溫暖海域的水蒸發，產生水蒸氣，保持大量的熱能。

當溫暖濕潤的空氣在陸地云層中升起時，水蒸氣會凝結回液態雨滴的狀態，并在此過程中以熱的形式釋放其儲存的能量。大氣中的額外加熱對季風系統起到了推動作用，可以擴展空氣的體積并降低空氣的密度，空氣的表面壓力會降低，從而加快季風的速度。

這看起來就像擰緊發條的時鐘，基本上季風的運行原理就是這樣。然而，在這個季風季節，印度和鄰近的國家并不一定都能得到穩定的降雨。相反，雨水就像波浪一樣，會一波一波地到達，每一次降水會持續一周或者數周，大雨或者暴雨總是在無雨的平靜期之后才會到來。人們只能對即將到來的降雨進行預報，無法進行中長期的預報，人們無法預知一周或者數周以后的天氣狀況，也不能預測整個季風季節總的降雨量。

海洋能否改善中長期季風預報？這是研究人員需要回答的問題。

氣象學家擁有復雜的大氣數值模型，可以模擬一般的季風和降雨周期，但這些模擬都忽略了海洋的影響因素，如果在大氣層下方再加上海洋的影響，模型會變得更加完善。海洋和大氣之間的相互作用，對于正確模擬天氣尤為關鍵：處理好風暴期和平靜期之間的變動。

問題在于，難以為印度洋創建滿足兩個主要要求的模型：即模型不僅要大（覆蓋整個印度洋），還要準，能夠正確地預測海洋表面的溫度。目前的海洋模型將該區域劃分為統一的網格，并假設每個網格內的海洋條件均勻，每個網格的寬度都是數十公里，都充滿了層層旋渦的水流，網格的表面充滿了波浪，這些波浪不穩定，并且在不同溫度下混合移動。為了獲得更好的模擬效果，網格精度必須提高，尺寸必須減小，這意味著模型網格的總數要成幾何級數增加。但是，受到計算資源的限制，這方面很難做到。

海洋模型難以準確地表示孟加拉灣海洋表面正在發生的事情。孟加拉灣是恒河和布拉馬普特拉河（中國境內稱雅魯藏布江）流入大海的地方，也是南亞次大陸迎接季風的地方。河流與季風的匯合，造成孟加拉灣淡水咸水的混合模式。長期以來，海洋學家一直懷疑海灣中不斷變化的海洋條件在季風中起著關鍵作用。

夏天，孟加拉灣的平靜表面在熱帶陽光下迅速升溫。溫水蒸發，將熱量和濕氣釋放到風中。受到擠壓的潮濕氣流向陸地橫掃，海洋學家的“如歌”號科考船已經在孟加拉灣漂泊了兩天。大氣似乎對空氣和水之間的溫差特別敏感，如果海面溫度稍微變暖，則會有更多的水汽蒸發。海洋學家希望能夠預測的是，海面變暖或冷卻的速度到底有多快，這正是科考隊正在忙著測量的東西。

來自美國、印度和斯里蘭卡相關機構的研究人員、工程師和學生等加入了該項目的研究，該研究還得到了美國海軍研究辦公室和印度地球科學部的支持。研究人員對孟加拉灣這片廣闊的海域和陸地充滿了興趣。研究人員在該地區進行海上科考，并帶來了很多小工具來觀察和記錄海面下的條件，這是一個隱藏在衛星控制之外的區域，惡劣的環境會對精密的測量儀器造成致命的傷害：海水中的鹽分會腐蝕金屬，海洋中的藻類和藤壺類生物會吸附在測量儀器上，海流還會對儀器造成扭曲和變形，魚也會偶爾對測量儀器造成破壞。

解決的辦法是盡可能多地在測船附近部署不同類型的工具，并將觀測范圍擴展到更廣闊的地方，從測船附近的深水區擴展到數百公里以外。研究人員部署了漂流儀器，將數據發送回來，遠程控制的小測船能夠遠離科考船，進行測量并傳回數據。