2023 年 9 月，极端降雨袭击了南非西开普省，淹没了村庄并造成了严重 破坏。此次灾难性破坏只是世界各地日益常见的一系列极端天气事件中的一个最新例子。由于全球变暖导致海面温度上升，暴风雨的频率和强度都在增加。与此同时，全球变暖也在其他情况下产生相反的影响，最近的特大干旱威胁到非洲西南部开普敦的供水，居民面临缺水的危险。这种一两击的极端天气正在破坏栖息地、生态系统和人类基础设施。

随着全球变暖显然将持续下去，来自雪城大学、乔治梅森大学和康涅狄格大学的一组古气候学家正在研究一个古老的来源，以确定未来的降雨和干旱模式：数百万年前生活在地球上的植物化石。

博士克莱尔·鲁贝尔克 (Claire Rubbelke) 领导的一项 研究中。雪城大学艺术与科学学院 (A&S) 地球与环境科学专业的候选人和 A &S 地球与环境科学学院的托尼斯家族教授Tripti Bhattacharya，研究人员将注意力集中在上新世(约 300 万年前)——一个时期当时的情况与今天非常相似。尽管气温升高，但包括西南非洲在内的世界许多地区的陆地降雨量却急剧增加，这可能是由于海洋表面温度高于正常水平所致。这模仿了一种名为“本格拉尼诺”的现代事件，研究人员认为，风向变化导致温暖的海水沿着非洲海岸向南移动，导致典型干旱地区的降雨量增加。

“目前，本格拉尼诺事件造成的极端降水的强度和位置似乎受到大西洋和印度洋海面温度的影响，”巴塔查亚古气候动力学实验室成员鲁贝尔克 说。“在上新世，这些类似本格拉尼诺现象的情况似乎可能是一个永久特征。”

该团队的工作受到了 乔治梅森大学大气、海洋和地球科学系副教授、合作者兼研究合著者Natalie Burls的启发。Burls 是一位来自南非的海洋学家和气候科学家，获得了博士学位。开普敦大学的教授长期以来一直对地球历史上过去温暖气候的地质证据如何帮助研究人员了解未来的降雨和干旱状况感兴趣。

伯尔斯说：“这项研究探讨了过去的温暖气候如何让我们了解地球变暖时未来的预期，凸显了海洋变暖模式的重要作用。” “了解这些模式如何决定西南非洲水文循环对全球变暖的反应非常重要。”

为了研究全球变暖对过去数百万年降水的影响，研究小组分析了古代叶蜡形式的“分子化石”。“这些是叶子产生的化合物，可以保护自己免于干燥，”巴塔查里亚说。“它们从叶子表面脱落并进入海洋沉积物，我们可以在那里提取它们并研究它们的化学成分。”

植物利用雨水中的氢在叶子上产生蜡质外层，这种蜡质外层可以在海洋沉积物中存活数百万年。叶蜡起到保存在海洋沉积物中的时间胶囊的作用。

将数百万年历史的沉积物从非洲运送到锡拉丘兹的实验室后，鲁贝尔克和巴塔查亚利用热量和压力提取脂质(例如脂肪分子)，然后使用各种溶剂分离出它们所属的确切类别的分子。寻找测量。他们从这些分子中确定了存在的不同类型氢的数量。

研究人员用各种溶剂稀释沉积物岩心。样品被迫通过硅胶柱，硅胶柱捕获不需要的化学物质并留下他们想要测量的烷烃。 中间三列液体底部的暗线是一些额外化学物质被卡住的地方，而其他化学物质可以穿过凝胶滴入底部的小瓶中。

“当我们测量蜡中氢的重同位素和轻同位素的含量时，它揭示了不同的物理过程，例如降雨量增加，或水蒸气传播的距离，”鲁贝尔克说。“因此，我们可以通过观察氢的长期变化来识别这些过程的变化。”

通过将数据与气候模型进行比较，他们验证了这些模型捕捉过去气候变化的能力，从而提高了这些模型预测未来降雨量的准确性。正如巴塔查亚指出的那样，这一点至关重要，因为气候模型对于某些地区是否会因全球变暖而变得更加湿润或干燥存在分歧。

“我们正在使用古代地质历史中的真实世界数据来提高我们模拟地球变暖时降雨变化的能力，”她说。

该研究的第三作者、 康涅狄格大学地球科学助理教授冉峰帮助分析了比较数据，并专门研究了所提出的解释西南非洲上新世潮湿条件的机制。她说，当前气候变化的许多特征都是过去温暖气候的。

“在我们的案例中，我们已经证明南非周围的海面温度模式是解释该地区过去水文气候条件的关键，”冯指出。“展望未来，这种海面温度模式可能如何演变将对南非的环境变化产生深远的影响。”

鲁贝尔克对古气候研究的兴趣始于高中时研究冰芯和氧同位素，她说她在锡拉丘兹与巴塔查亚一起所做的工作特别有成就感，因为他们正在为目前存在知识差距的领域贡献有价值的数据。

“这项研究真的很酷，因为至少与北半球相比，南半球的古气候记录并不存在，”鲁贝尔克说。“我觉得我确实为纠正这一问题的国际研究工作做出了贡献。”

至于非洲西南部未来会变得更湿润还是更干燥，研究小组的结果表明，这两种情况都有可能，具体取决于极端海面温度发生的地点。

尽管除了完全减少化石燃料的使用之外，要想扭转全球变暖没有太多办法，但研究人员表示，这项研究说明了脆弱社区需要拥有工具和资源来适应这些看似更频繁的极端天气事件。

“帮助弱势社区的一个关键方面是提高我们预测极端水文气候的能力，”巴塔查亚说。“我们的研究直接说明了这一需求，因为我们表明海面温度模式强烈影响气候模型预测西南非洲降雨变化的能力。”

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