研究模擬地球極端高溫時期 超大規模暴雨延綿數百公里 數小時內雨量超 30 厘米

上周刊於《自然》的研究,以電腦模擬地球過去幾個極端高溫、地表溫度在 47°C 以上的時期,發現這些乾燥周期後會很快就出現超大規模暴雨,每次的降雨都會涉及數百公里闊的位置,並可在短短幾個小時內在這些範圍中有超過 30 厘米的超極大降雨。

是次研究團隊形容,這個循環是一種「新的、完全出乎意料的大氣狀態」,發現不僅可以提高人類對地球過去和未來的理解,還可以為學者對太陽系外系外行星的觀察提供重要資訊。

參與研究的哈佛大學氣候科學家 Jacob Seeley 表示,現代熱帶地區深處,也總會有部份地方不斷下雨。然而,團隊發現在極端溫暖的氣候下,大片海洋上可能有好幾天沒有下雨。然後,突然間一場大暴雨幾乎席捲整個區域,情況會不斷重複出現。

團隊進行了一系列模擬,在某些情況下,地表溫度在 54°C時,測試了大氣二氧化碳濃度的增加和太陽光度的增加,而前者濃度更是現時的 64 倍。

這種溫度增加會產生所謂的「抑制層」,即由加熱的大氣水蒸氣引起、靠近地球表面的一個大氣層,可防止對流雲上升並形成雨雲,該層然後保持蒸發被困在地表附近。

與此同時,熱量散失到太空會導致高層大氣中形成雲。由於過熱,這些雲中的雨水在到達地表之前就蒸發了,因此該系統中的水繼續積聚。這種蒸發最終會破壞抑制層,引發持續數小時的超極大暴雨。

Seeley 形容情況如為巨型電池充電,在大氣層高處有大量的冷卻,在地表附近則有大量蒸發和加熱,被這個屏障隔開。他解釋,如果有東西可以突破這道屏障,讓地表的熱量和濕氣進入涼爽的高層大氣,就會引發一場超極大暴雨。

在其中一個模擬,團隊觀察到在這些極端高溫時期中, 6 小時內的降雨量比美國一些熱帶氣旋在幾天內的降雨量還要多。一旦雨水被釋放,「大氣電池」就會重新「充電」並重複循環。

團隊警告,研究中展示的「熱室對流 (hothouse convection) 」在某些方面與美國大平原已經看到的相似,但規模要大得多。

雖然氣候危機可怕,但目前無人預測地球溫度會出現如此巨大的變化。然而,隨著太陽不斷變亮,研究對於了解地球氣候的能力,以及規劃地球未來數百萬年情況很重要。

來源:
Science Alert, Ancient Earth May Have Been Ravaged by Gigantic Rain Storms, 6 November 2021

報告:
Seeley, J.T. & Wordsworth, R.D. (2021). Episodic deluges in simulated hothouse climates. Nature 59974–79. doi: 10.1038/s41586-021-03919-z

文/Alan Chiu

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