地球淡水的未来：极端的洪水和旱灾

关注淡水：通过预测旱灾和洪水，跟踪藻类的爆发，美国国家航空航天局（NASA）对全球淡水的研究发现及观点帮助人们更好地管理水资源。
版权：NASA /Katy Mersmann

NASA的卫星是研究和说明水的重要工具，因为水分不断地循环，从水蒸气到通过降雨和降雪的形式落在土壤里，再到地面和地面以下。由于温室气体导致地球大气变暖，卫星数据记录也越来越长、越来越详细，科学家们正在研究气候变化是如何影响水资源分布的。

研究发现，各种趋势正在开始出现，特别是洪水和旱灾的频率和严重程度将出现极端情况。这些趋势影响着从当地天气到农作物生长地的方方面面，其后果将在当前和未来几个世纪波及整个社会。

当考虑到地球上水资源分布的变化时，不仅要知道哪里下雨或者不下雨，还要知道雨量多少，以及大雨和小雨下得多频繁。降雨量会影响土壤的饱和度，以及溪流和河流的水位，从而改变它们在另一场风暴中容纳更多雨水的能力。缺少雨水会对植被和补充水源造成压力，而当降雨频率增加时，这些水源在下一个干旱期之前很难得到恢复。

随着更多的强降雨事件，各社区出现小型洪水的可能性将增加。
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NASA的卫星数据和地面测量数据支持对水资源分布长期变化的研究。其中之一是美国国家气候评估（U.S. National Climate Assessment），该报告研究气候变化及其对美国各区域产生的潜在影响。

例如，在这些变化中，美国各地观测到的特大降水事件有所增加。从1958年到2016年，美国东北部各州的暴雨事件增加了55%，中西部各州增加了42%，东南部各州增加了27%。西部各州的暴雨事件也有小幅增加，摧毁了当地集水区吸收过量降水的能力。

水文学家克里斯塔•彼得斯-利达德（Christa Peters-Lidard）是位于马里兰州绿带的NASA戈达德太空飞行中心的地球物理学家，同时也是水文和生物圈部门副主任。Peters-Lidard表示：“当你考虑改变降水分布的时候，你就会开始想，如果降雨量增加，就意味着洪水泛滥。如果将有更多的暴雨事件发生，很大可能会发生在没有洪水防御设计的地区，这意味着我们需要考虑如何将我们的基础设施设计得更有能力适应更多暴雨事件，并对我们设计一些桥梁和排水系统的方式进行反思。”

Peters-Lidard对不断变化的暴雨模式对在不同条件下建立的社区所造成的实际影响并不陌生。在过去的五年里，她的家乡马里兰州埃利科特市（Ellicott City）经历了两场千年一遇的大洪水，摧毁了许多企业和房屋。她说：“这对社区造成了毁灭性的影响。”为了应对洪水和可能发生的更多小型洪水事件，她表示：“我们正在重新考虑主要街道，以及我们应该在哪里重建、不应该在哪里重建。”

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NASA的科学家们利用树木年轮来了解过去的旱灾情况，并结合土壤水分数据建立气候模型来估计21世纪未来的旱灾风险。
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但是，尽管一些地区预计将变得更加潮湿，其他地区将变得更加干燥。越来越高的气温和不断改变的降水模式可能导致旱灾，且NASA的研究表明人类已经影响全球干旱模式近一个世纪。

NASA戈达德太空研究所和和美国纽约哥伦比亚大学的研究人员凯特•马弗尔（Kate Marvel）和本•库克（Ben Cook）使用历史气象数据和树木年轮计算的干旱地图，研究人类对20世纪干旱模式的影响。他们发现，早在20世纪初，就出现数据“指纹”，即一种预计会随着温室气体排放而发生的干燥和湿润的模式。

根据这种“指纹”预测，亚洲部分地区将因温室气体排放而变得更加潮湿，而美国西南部、中美洲和欧洲地区将变得更加干燥。当研究人员将这些数据与实际数据进行对比时，发现这种模式出现于20世纪初。它在1950年后短暂下降，大概是由于大气污染程度较高，但在最近几十年又重新出现，而且越来越强。

Cook表示，证明人类在过去影响了全球干旱模式是理解我们在未来可能如何影响这些模式的一个重要部分。

Cook说：“气候变化不仅仅是未来的问题，该研究表明气候变化已经在影响全球旱灾、水文气候、趋势和变化模式，并且现在正在发生当中。我们预计，如果我们继续让世界变暖，这些趋势就会一直持续下去。”

展示气候模型准确描述过去旱灾的能力，有助于确认它们模拟未来旱灾的能力。Cook的另一项研究显示，如果温室气体排放沿着目前的轨迹继续增长，美国西南部的“超级飓风”可能会持续30多年。Cook和他的团队运行了17种不同的气候模型，这些模型结果均显示未来可能会出现更长时间且更严重的旱灾。

该团队也是第一个将他们的预测结果与远古的关于旱灾的古气候记录进行比较的团队，比如1100年至1300年间的北美旱灾。这使他们能够研究比现代记录中任何旱灾都严重的旱灾，并了解如何与预测的未来旱灾进行比较。他们发现，未来的“特大旱灾”持续的时间可能与以往旱灾一样长，甚至更长，而且可能会更干旱。

根据这些气候预测，淡水的未来将充满极端：旱灾将在一些地区对动植物和人类的安全、健康、食物和水供应构成严重挑战，而洪水也将在其他地区造成同样的后果。随着淡水在地球上流动，NASA的科学研究不仅在预测这些极端挑战方面至关重要，同时也对应对这些挑战的准备方面至关重要。

来源：
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/earth-s-freshwater-future-extremes-of-flood-and-drought