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美国宇航局的研究为全球水循环提供了新的估计

em NASA最近发表的一项研究有助于回答有关干旱,洪水和移动水量以及去向的问题。这项新研究提供了21世纪头十年全球水循环预算的估算值,并考虑了地球的脉动并为将来的比较设定了基准。 / em

水循环是描述水的运动的全部术语 - 以其不同形式,例如液体,气体和固体 - 遍布全球。它包括用于家庭和农业的淡水,因此,由于气候变化而出现的雨雪地形模式的任何变化都可能对全球社区产生巨大影响。

这项研究是对2000年至2010年期间地球水的运动的严格考虑,也是首次完全依靠卫星观测和数据整合模型。新的估计数据同时得到了来自太阳可用于加热和移动水的能量的估计值。例如,外面较热的日子意味着,更多的水分从土壤,植物或海洋中蒸发出来,因此将热量的数量加上一些数字可以帮助科学家们确定进入大气层的水量,被世界各地的风运送。评估地球气候系统的这两个主要组成部分是评估气候变化如何影响水和能源模式的第一步。

“要记录变化,您需要了解当前状态 - 确实对当前状态有很好的理解和量化。然后你可以梳理出未来的变化,“马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的水文学家,主要作者马特罗德尔说。

7月7日在“气候杂志”上发布的结果显示,每年来自太阳的热量蒸发了世界海洋中107,841立方英里(449,500立方公里)的水。作为参考,美国的五大湖拥有大约5,446立方英里(22,700立方公里)的水。在陆地上,土壤和植物蒸发了16,938立方英里(70,600立方公里)的水分。水分在大气中聚集成水蒸气,风吹向世界的其他地方,在那里凝结成云,降雨和降雪。

科学家们还计算出,每年降水量超过96805立方英里(403,500立方公里),估计比先前的标准估计值高出5%,降水量降低27,950立方英里(116,500立方公里)。在陆地上的降水量中,11,012立方英里(45,900立方公里)穿过溪流和河流进入海洋,16,938立方英里(70,600立方公里)蒸发到大气中。相比之下,每年,地球上的所有人类共同消费农业,工业和供水2,182立方英里(9,100立方公里,足以填补300万个足球场),不到总降水量的8%。

除全球和年度数据外,研究人员还计算了七个陆块和九个海洋盆地每一个的水循环估算值,并为全球和每个地区提供了每月估算值。

这份关于水循环现状的数据将被用来改善气候模型如何预测降雨和降雪事件的分布和强度,合着者麦迪逊威斯康辛大学的大气科学教授特里斯坦欧莱雅说。在气候模式中,降水变化比温度变化更难预测,因为雨雪涉及云中发生数英里数量级的过程 - 对于大多数气候模式来说太小而无法解析,其最小单位通常大约为康涅狄格州。 L'Ecuyer说,更好地估计当前的降水率以及它们随季节的变化对于改善模型至关重要。

科学家结合了来自10个来源的数据,这些数据利用了超过25颗卫星的观测数据来描述水循环的不同方面:陆地和海洋上的降水和蒸发,大气水汽及其运动,河流径流和水储存,包括地下水,土壤水分和积雪。

然后,目标是平衡进入水循环的每个“隔室”(例如海洋,大陆或湖泊)的水量与出水量。地球是一个封闭的系统,这意味着任何从表面蒸发的水都必须在大气中的水蒸气中解释,这些水蒸气在凝结成雨或雪时必须考虑在内,等等。每个阶段都由不同的数据集描述。

罗德尔说,让所有的数据集一起工作是具有挑战性的。

“事情并不总是加起来,因为测量不完美,”他说。 “就好像你正在接受马拉松训练,并且你发现Google Maps所说的路线是26.2英里。然后你运行它,你的iPhone应用程序说你去了27.0英里,然后你驾驶它,你的车说你去了26.5英里。哪一个是对的?你可以猜测每个测量的准确性,并在中间的某个地方提出估计。“

为了解决数据集之间的差异,Rodell,L'Ecuyer和他们的团队提出了一种新的数学方法来获得最佳估计。他们根据准确的专家相信每次测量的准确程度,将数字描述为仍然合理正确的科学不确定性或可能答案的范围。

这就好像水循环是一个拼图游戏,每个降水,水汽等数据集都是独立的部分,必须适合所有其他部分。然而,与传统的拼图不同,这里每件作品都有一定的摆动空间 - 可能的答案范围。

事实证明,水循环件在摆动室内确实合在一起,使团队能够看到大局。

“这非常鼓舞人心,”欧莱雅说。 “我们正在生成的数据集 - 尽管它们是独立生成的 - 它们都会产生逼真的不确定性条,从而可以推导出这些基准估计值。”

水循环估算是与能源预算估算结合在一起计算的,这种方法尽管不是全新的,但是“执行得非常好”,世界全球能源和水交换项目国际主任Peter van Oevelen说。华盛顿的气候研究计划,他没有参与这项研究。

“如果不考虑能源成分,就不能估计各种水量平衡组成部分,”他补充说,仍然需要改进水和能源循环的某些部分的估计,例如蒸散,估计许多水从土壤和植物中蒸发。

罗德尔表示同意,并且期待着整合自2010年以来推出的卫星数据集,例如2014年推出的土壤湿度主动被动任务,这可能有助于完善这些估算。

这些水循环和能量预算数据集是由美国航天局的地球观测卫星组成的,这些卫星可以观测到地球的所有部分,包括海洋,偏远地区和发展中国家,科学家很难或不可能“实地”测量,Rodell说。他说,自2010年以来推出的下一代卫星将最终允许估计当前十年的水流运动,其准确度更高。

调查报告:

21世纪初期水循环的观测状态 - 21世纪初期能量预算的观测状态

资料来源:美国宇航局地球科学新闻小组艾伦·格雷