卫星显示，随着气候变暖，地球的水循环正在加速
来源：中国数字科技馆
【观展信息】庆祝建党100周年中国载人航天互动科普展：3月18-6月10日，由中国科技馆主办的“庆祝建党100周年中国载人航天互动科普展”正在展出中，热爱科学的你，快来打卡吧！
上面这张图片显示了森林向空气中释放水分的过程。蒸腾作用是水循环的一个关键分支。随着气候变暖，这些过程预计会加强。
美国宇航局的科学家对地球展开了17年的引力观测研究，以了解全球水循环是如何变化的。
2003年至2019年之间，植物和地面释放空气的速度在全球范围内上升。这些过程统称为蒸腾量，美国宇航局的一项新研究利用重力卫星对它进行观测计算。
通过测量海洋和大陆之间水的质量变化，研究人员确定，蒸腾量的增长率比以前估计的高出两倍。这一点很重要，因为蒸散是全球水循环的一个重要分支——这个循环为陆地上的生命创造了条件。
虽然人们已经知道气候变暖会增加蒸腾速率，但到目前为止，精确的全球测量却一直是个难点
“我们的研究发现，蒸腾量自2003年以来增加了约10%，比之前估计的要多，这主要是由于气温变暖，”马德琳·帕斯科林-坎贝尔说，她是位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室的博士后研究员，也是这项研究的负责人。“我们希望这些关于水循环的信息将有助于更好地为气候模型的开发和验证提供信息。”
但是，蒸腾量的速率对全球水循环有何影响呢？当海洋的水分在大气中循环时，一部分降落在大陆。有些水作为径流进入河流，有些则渗入土壤中。剩下的水从陆地上蒸发出来，从植物中流回空中。
蒸腾量正在以比以前所知的更快的速度增加，这也帮助我们理解气候变化如何影响地球的未来。随着全球变暖，蒸腾加速，土地和植被也加速干燥。天气模式也会受到影响：陆地蒸发的增加会在一些地区造成干旱。这是全球变暖的一个症状，随着地表水和地下水供应压力的增加，这可能对生态系统和人类社会产生重大后果。
帕斯科里尼-坎贝尔说：“冰川融化和冰原缩小的图像是我们理解全球变暖影响的一种明显方式。”“但地球上水循环的其他关键组成部分也在发生巨大的变化，比如水在进入河流之前就从陆地中蒸发出来。”
水的重力
为了得到蒸散量变化的全球数值，研究人员发现了一种利用2002年至2017年运行的两颗重力恢复与气候实验卫星(GRACE)以及2018年发射的两颗后续卫星(GRACE Follow-On)收集数据的新方法。GRACE任务是由美国宇航局和德国航空航天中心(DLR)发射的，GRACE- fo是美国宇航局和德国地球科学研究中心(GFZ)之间的合作伙伴关系。
由于水有质量，因此会对地球的重力信号产生影响，而这些航天器对世界各地的水的运动非常敏感，从跟踪冰盖的变化到陆地上储存的水，再到海洋质量的变化。借此机会，研究人员研究了GRACE和GRACE- fo 17年的数据库，看看是否有可能通过蒸腾量来梳理出与水运动相关的重力信号。
“有了GRACE和GRACE- fo的综合记录，我们现在有了足够长期的观测数据，能够监测这些全球变化的关键迹象，”喷气推进实验室的科学家、研究员JT·雷格(JT Reager)说。“当重力信号减弱时，就意味着陆地正在失去水分。其中一些损失通过河流流回海洋，但剩下的作为水蒸气进入大气。”
通过从陆地输出和输入水的质量，研究人员能够估算蒸腾速率。换句话说，可以通过全球降水测量来找出流失到大气中的水的质量。
由于观测和测量的难度所限，蒸腾量的全球估计值通常是使用模型或从个别地点进行测量，然后按比例扩大这些测量数据。但是这种方法很容易出错。现在，通过使用重力卫星观测测量全球质量的变化，研究人员能够对全球蒸腾量得到更精确的估计。
使用这种方法，他们发现蒸散量从2003年的每年405毫米（约16英寸)增加到2019年的每年444毫米(约17.5英寸）。这代表了每年2.30毫米（约0.1英寸）的上升趋势，增长了10%，
“多年来，我们一直在寻找一种衡量全球水周期重大变化的方法，最终我们发现了它，”里格尔说。“蒸腾量的增加真的让我们感到惊讶：这是一个相当大的信号，表明我们地球的水循环正在发生变化。”
这些结果让我们对地球的水循环投入更大量的研究，同时也强调了连续性对地球观测的重要性。连续的卫星观测，几十年来为这颗不断变化的行星提供了必要的长期记录。这些观察结果还有助于科学家追踪由气候变化和自然周期造成的水周期的逐年变化。
这项研究题为：“2003年至2019年全球土地蒸腾量增加了10%”，于5月26日发表在《自然》杂志上。除了JPL，美国宇航局位于马里兰州格林带的戈达德太空飞行中心也对这项研究做出了贡献。