地球淡水的未來：極端的洪水和旱災

關注淡水：通過預測旱災和洪水，跟蹤藻類的爆發，美國國家航空航天局（NASA）對全球淡水的研究發現及觀點幫助人們更好地管理水資源。

版權：NASA /Katy Mersmann

NASA的衛星是研究和說明水的重要工具，因為水分不斷地循環，從水蒸氣到通過降雨和降雪的形式落在土壤里，再到地面和地面以下。由於溫室氣體導致地球大氣變暖，衛星數據記錄也越來越長、越來越詳細，科學家們正在研究氣候變化是如何影響水資源分布的。

研究發現，各種趨勢正在開始出現，特別是洪水和旱災的頻率和嚴重程度將出現極端情況。這些趨勢影響著從當地天氣到農作物生長地的方方面面，其後果將在當前和未來幾個世紀波及整個社會。

當考慮到地球上水資源分布的變化時，不僅要知道哪裡下雨或者不下雨，還要知道雨量多少，以及大雨和小雨下得多頻繁。降雨量會影響土壤的飽和度，以及溪流和河流的水位，從而改變它們在另一場風暴中容納更多雨水的能力。缺少雨水會對植被和補充水源造成壓力，而當降雨頻率增加時，這些水源在下一個乾旱期之前很難得到恢復。

隨著更多的強降雨事件，各社區出現小型洪水的可能性將增加。

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NASA的衛星數據和地面測量數據支持對水資源分布長期變化的研究。其中之一是美國國家氣候評估（U.S. National Climate Assessment），該報告研究氣候變化及其對美國各區域產生的潛在影響。

例如，在這些變化中，美國各地觀測到的特大降水事件有所增加。從1958年到2016年，美國東北部各州的暴雨事件增加了55%，中西部各州增加了42%，東南部各州增加了27%。西部各州的暴雨事件也有小幅增加，摧毀了當地集水區吸收過量降水的能力。

水文學家克里斯塔?彼得斯-利達德（Christa Peters-Lidard）是位於馬里蘭州綠帶的NASA戈達德太空飛行中心的地球物理學家，同時也是水文和生物圈部門副主任。Peters-Lidard表示：「當你考慮改變降水分布的時候，你就會開始想，如果降雨量增加，就意味著洪水泛濫。如果將有更多的暴雨事件發生，很大可能會發生在沒有洪水防禦設計的地區，這意味著我們需要考慮如何將我們的基礎設施設計得更有能力適應更多暴雨事件，並對我們設計一些橋樑和排水系統的方式進行反思。」

Peters-Lidard對不斷變化的暴雨模式對在不同條件下建立的社區所造成的實際影響並不陌生。在過去的五年里，她的家鄉馬里蘭州埃利科特市（Ellicott City）經歷了兩場千年一遇的大洪水，摧毀了許多企業和房屋。她說：「這對社區造成了毀滅性的影響。」為了應對洪水和可能發生的更多小型洪水事件，她表示：「我們正在重新考慮主要街道，以及我們應該在哪裡重建、不應該在哪裡重建。」

NASA的科學家們利用樹木年輪來了解過去的旱災情況，並結合土壤水分數據建立氣候模型來估計21世紀未來的旱災風險。

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但是，儘管一些地區預計將變得更加潮濕，其他地區將變得更加乾燥。越來越高的氣溫和不斷改變的降水模式可能導致旱災，且NASA的研究表明人類已經影響全球乾旱模式近一個世紀。

NASA戈達德太空研究所和和美國紐約哥倫比亞大學的研究人員凱特?馬弗爾（Kate Marvel）和本?庫克（Ben Cook）使用歷史氣象數據和樹木年輪計算的乾旱地圖，研究人類對20世紀乾旱模式的影響。他們發現，早在20世紀初，就出現數據「指紋」，即一種預計會隨著溫室氣體排放而發生的乾燥和濕潤的模式。

根據這種「指紋」預測，亞洲部分地區將因溫室氣體排放而變得更加潮濕，而美國西南部、中美洲和歐洲地區將變得更加乾燥。當研究人員將這些數據與實際數據進行對比時，發現這種模式出現於20世紀初。它在1950年後短暫下降，大概是由於大氣污染程度較高，但在最近幾十年又重新出現，而且越來越強。

Cook表示，證明人類在過去影響了全球乾旱模式是理解我們在未來可能如何影響這些模式的一個重要部分。

Cook說：「氣候變化不僅僅是未來的問題，該研究表明氣候變化已經在影響全球旱災、水文氣候、趨勢和變化模式，並且現在正在發生當中。我們預計，如果我們繼續讓世界變暖，這些趨勢就會一直持續下去。」

展示氣候模型準確描述過去旱災的能力，有助於確認它們模擬未來旱災的能力。Cook的另一項研究顯示，如果溫室氣體排放沿著目前的軌跡繼續增長，美國西南部的「超級颶風」可能會持續30多年。Cook和他的團隊運行了17種不同的氣候模型，這些模型結果均顯示未來可能會出現更長時間且更嚴重的旱災。

該團隊也是第一個將他們的預測結果與遠古的關於旱災的古氣候記錄進行比較的團隊，比如1100年至1300年間的北美旱災。這使他們能夠研究比現代記錄中任何旱災都嚴重的旱災，並了解如何與預測的未來旱災進行比較。他們發現，未來的「特大旱災」持續的時間可能與以往旱災一樣長，甚至更長，而且可能會更乾旱。

根據這些氣候預測，淡水的未來將充滿極端：旱災將在一些地區對動植物和人類的安全、健康、食物和水供應構成嚴重挑戰，而洪水也將在其他地區造成同樣的後果。隨著淡水在地球上流動，NASA的科學研究不僅在預測這些極端挑戰方面至關重要，同時也對應對這些挑戰的準備方面至關重要。

來源：

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

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