地球有许多人类影响的迹象，从超过工业化前温度的变暖到海平面上升。现在，美国能源部太平洋西北国家实验室的研究人员领导的一项新研究揭示了人类对地球水循环时间的影响。
本周发表在《自然气候变化》杂志上的这项研究剥离了气候噪声层，揭示了一个明确的信号：从 1979 年到 2019 年，温室气体的增加和人为气溶胶的减少导致季节性气候延迟了大约四天。热带土地和萨赫勒地区的降雨。滞后可能意味着作物生产延迟、热浪加剧、野火恶化等后果。
“我们所看到的全球变暖已经被高度肯定地归因于人类活动，”该研究的合著者、大气科学家 Ruby Leung 说。“但是，从历史上看，我们在确定人类活动在水文循环中的足迹方面并不是很成功。这项研究表明，是的，季风降雨的后期开始以及气候模型预测的未来变暖已经出现。 ”
更多水分
具有讽刺意味的是，降雨延迟是由越来越潮湿的大气造成的。随着温室气体使地球表面变暖，更多的水蒸气进入大气层。随着春季过渡到夏季，这种增加的水分会增加加热大气所需的能量，这可能会改变雨季的时间。
“当大气中有更多的水蒸气时，它变得更像海洋，”地球科学家、第一作者宋凤飞说。“而且我们知道海洋比大气变暖需要更长的时间。更多的水分意味着大气吸收能量和产生降雨需要更长的时间。”
人类产生的气溶胶，就像燃烧化石燃料产生的微粒一样，往往会反射阳光。这些冷却了大气并削弱了由温室气体引起的变暖趋势。
但是，根据这项研究，随着改善空气质量的努力导致气溶胶浓度继续下降，部分冷却效果消失了，这加剧了气候变暖和近几十年来季风降雨的延迟。
Leung 表示，如果气溶胶浓度继续下降，温室气体浓度继续上升，那么延迟将在未来延长。该研究的作者预测，到本世纪末，北部热带地区的雨季可能会进一步推迟五天以上，萨赫勒地区的雨季可能会进一步推迟八天以上。
“对于像印度这样以农业经济为主的季风地区，”梁说，“夏季降雨延迟可能会破坏作物生产并危及大量人口的生计，除非农民认识到并适应高度变化的长期变化。多变的季风开始日期。”
什么是水文循环？
地球上的大部分水都在海洋中。阳光加热海洋，其中一些水以蒸气的形式从海面上升。当遇到上升的空气时，水蒸气、植物蒸发的水和土壤蒸发的水会凝结并产生云和降雨。
上升的气流在热带地区最强，那里的太阳辐射最强。从太空凝视我们的星球，你会看到这些强大的、富含水分的气流的产物：地球的标志性雨带，伴随着风暴和阵雨，环绕着地球的中间。
随着季节变化和太阳在半球之间迁移，雨带移动。当该带到达陆地时，它标志着季风季节的开始，为热带森林和居住在其内部和附近的大量人口提供充足的水供应。
在一个因人类活动而变得更加温暖的世界中，充满水分的大气会储存更多的能量，从而延迟雨带的移动和季风降雨的开始。
噪音中的信号
大约十年前，研究人员首次通过气候模型预测了降雨延迟。然而，能够指出观察记录中的延迟被证明是具有挑战性的。一个不是简单地测量全球降水;梁说，困难是双重的。
首先，将人类造成的影响与地球气候的日复一日或年复一年的变化分开是一项艰巨的工作。想一想在充满背景喋喋不休的录音中尝试查明单个声音的标志性音频波。
“每年的温度和降水量都不一样，”梁说。“存在巨大的可变性。”
第二个挑战来自数据收集。在全球温度历史记录长期存在、数据丰富且直接测量的情况下，全球降水记录相对较短且充满不确定性。
卫星通过检测云和雨滴反射的能量来间接测量全球降水，这充满了一定程度的不确定性。卫星的广泛使用始于 1970 年代后期，仅留下了几十年的记录。
随着全球降水数据变得越来越可用并且气候模型变得更加强大，揭示了隐藏在气候变异噪声中的延迟信号。通过使用八个观测数据集以及通过多个模型进行的 243 次模拟，该研究的作者终于能够证明北半球春季的降雨确实延迟了。
根据这项研究，大部分季节性变化是二战后经济发展带来的温室气体排放增加以及随后从 1980 年代开始气溶胶排放减少的结果。然而，人类活动并不是造成延误的唯一驱动因素。除其他因素外，年代际海面温度变化也可能导致了季节性变化。
这项研究由美国能源部科学生物与环境研究办公室资助，作为区域和全球建模与分析计划领域的一部分，该领域是地球和环境系统建模计划的一部分。
