近年來，熱浪,、洪水,、干旱等極端天氣在全球范圍內(nèi)頻發(fā)氣候變暖,、天氣異常、回寒倒冷,，這樣的極端天氣在近幾個世紀(jì)都存在嗎,？我們?nèi)绾谓议_這自然謎題,？人類又該何去何從……
北京時間9月25日23時,，西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院徐國保教授以第一作者身份在國際頂尖期刊Nature（《自然》）發(fā)表長文“Jet stream controls on European climate and agriculture since 1300 CE”（大氣急流影響了歐洲七個世紀(jì)的極端事件）,。研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)地從大氣急流的位置變化，對歐洲森林生態(tài)系統(tǒng)和社會,、經(jīng)濟(jì)的影響進(jìn)行了探討,，揭示了西北歐和東南歐之間對比鮮明的氣候條件對農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟(jì)和社會的影響,。
DIO：https://doi.org/10.1038/s41586-024-07985-x
徐國保教授和合作者Valerie Trouet教授聯(lián)合來自12個國家24個研究單位的樹木年輪專家、氣候?qū)W家,、生物學(xué)家和歷史學(xué)家共同參與了此次研究,。
為什么要研究大氣急流？
急流是位于上層大氣中的高速風(fēng)帶,，分別在北半球和南半球由西向東環(huán)繞地球,。然而急流的位置并不固定，會隨著高,、低壓系統(tǒng)的位置和強(qiáng)度變化而向北或向南移動,，或改變其路線，有時像一條快速流動的小溪,，有時又像一條緩慢蜿蜒的河流,。這些高、低壓系統(tǒng)直接影響地球表面的氣候條件,，因此急流位置的變化會導(dǎo)致天氣狀況的改變,，包括熱浪、洪水和干旱等極端事件,，進(jìn)一步影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和全球糧食安全,。
在北半球，急流在歐洲的位置變化,，導(dǎo)致西北歐（如不列顛群島）和東南歐（如巴爾干半島）出現(xiàn)相反的氣候狀況和極端天氣現(xiàn)象,，形成了一個類似于蹺蹺板的氣候“偶極”模態(tài)。當(dāng)急流處于極北位置時,，西北歐（不列顛群島）的天氣會變得更寒冷,、潮濕，而地中海和巴爾干半島則會變得更溫暖,、更干燥,；相反,，當(dāng)急流向南移動時，它會把溫暖干燥的空氣拖到不列顛群島上空,，把溫度更低,、濕度更大的空氣推向歐洲東南部。
圖：歐洲急流緯度（EU JSL）夏季氣候“偶極”模態(tài)重建和極端年份合成分析,。急流緯度位置器測時段（A）和重建時段（B）.氣候要素在重建的極端急流年份合成分析,；500 hP位勢高度（C,D）;夏季氣溫（E, F）;夏季降水（G, H）;夏季干旱指數(shù)（scPDSI；I, J）.,。
然而,，人類對工業(yè)化時代之前急流的變異性及其影響了解非常有限。而今氣候變暖的背景下,，極端事件的頻率,、持續(xù)時間和強(qiáng)度將會增加，從而會導(dǎo)致一系列相關(guān)的復(fù)合災(zāi)害,。對于這種長期自然變異性的有限認(rèn)知,，使得人類難以理解現(xiàn)代氣候變化如何影響急流的動態(tài)以及與之相關(guān)的極端事件。
（過去700年急流對農(nóng)業(yè),、野火和社會人口的影響）
用樹木年輪探索自然奧秘
為了分析歐洲地區(qū)急流位置的歷史變動情況,，研究團(tuán)隊(duì)通過使用來自歐洲各地的對溫度變化敏感的樹木年輪樣本,，重建了過去700年的急流變化,。
年輪中每年春天的樹木密度較低,，夏天的樹木密度較高，對溫度較為敏感,，年輪學(xué)家可以解譯這些氣候檔案里面的信息,，徐國保及合作者就是利用這樣的方式，對來自巴爾干半島,、阿爾卑斯山和不列顛群島的樹木年輪進(jìn)行詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析,，經(jīng)過長時間的比對、交叉定年,、重建,，推斷過去700多年里急流的緯度位置變化歷史。進(jìn)而發(fā)現(xiàn),，西北歐和東南歐的氣候“偶極”現(xiàn)象在幾個世紀(jì)以來一直存在,，并且在北極急流位置異常偏北或偏南時最為顯著。
值得注意的是,，歐洲過去700多年的急流“偶極”模態(tài)在歷史文獻(xiàn)記錄中也有反映,。研究團(tuán)隊(duì)利用了現(xiàn)有的氣候重建數(shù)據(jù)以及數(shù)個世紀(jì)以來關(guān)于熱浪、干旱,、洪水,、風(fēng)暴,、收成、饑荒,、疾病等歐洲豐富且可靠的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)集,，發(fā)現(xiàn)了急流緯度位置的極端變化與生物物候（葡萄收獲）、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)和人類人口影響之間存在著某種聯(lián)系,。
（徐國保在柴達(dá)木盆地利用生長錐獲取柏樹樣芯）
北極急流異常偏北或偏南的位置與這些獨(dú)立文獻(xiàn)數(shù)據(jù)中記錄的各種社會影響有關(guān)聯(lián),，包括農(nóng)作物產(chǎn)量、葡萄收成,、野火以及流行病等,。從歷史上看，當(dāng)急流處于造成干燥和炎熱條件的北部位置時,，巴爾干半島的野火發(fā)生得更多,；在1348—1350年間，被稱為“黑死病”的瘟疫在愛爾蘭肆虐,，當(dāng)時,，急流處于歐洲上空極北的極端位置。由于這些影響與地表氣候條件相關(guān),，這些關(guān)系揭示了北極急流對地球表面氣候的影響，最終對人類社會產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響,。
為預(yù)測未來氣候及極端氣候應(yīng)對提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)
研究成果加深了人類對工業(yè)化之前自然氣候系統(tǒng)變異性的理解,，為改善研究人員賴以預(yù)測未來氣候的氣候模型提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并揭示了自然氣候變異如何影響人類社會,?！叭绻挥袔资甑挠^測數(shù)據(jù)，很難理解人類活動對氣候的影響,，此次研究成果完成的周期很長,，對急流位置重建的時間長度擴(kuò)展到700年，中間我們不斷迭代更新數(shù)據(jù),，細(xì)致地探討急流變化對經(jīng)濟(jì)社會事件的影響,，將問題細(xì)枝末節(jié)都逐項(xiàng)攻破，綜合多個學(xué)科的知識進(jìn)一步深入理解急流對于氣候,、生態(tài),、農(nóng)業(yè)和社會的影響，這也體現(xiàn)了這項(xiàng)重建研究的重要性,?！毙靽Ｕf道。
急流緯度位置與歐洲極端事件之間的長期關(guān)系為當(dāng)前的氣候狀況提供了背景信息,，也揭示了在全球變暖持續(xù)加劇的情況下,，人類可能面臨的極端事件類型,。而科學(xué)家們已經(jīng)觀察到一種趨勢，表明急流正在逐漸向北移動,，當(dāng)把研究的重建和作物收成好壞聯(lián)系起來,，發(fā)現(xiàn)這將增加歐洲夏季氣候“雙極”兩側(cè)農(nóng)作物減產(chǎn)的可能性；南歐區(qū)域的野火風(fēng)險可能增加,。這些發(fā)現(xiàn)也為未來急流變化和歐洲極端天氣事件（如野火,、熱浪）的變化聯(lián)系樹立了先例。該成果得到了古氣候?qū)W,、氣候?qū)W,、生態(tài)學(xué)、歷史學(xué),、植物學(xué),、環(huán)境科學(xué)等各個領(lǐng)域研究人員的關(guān)注，而如何認(rèn)識急流對其他地域乃至全球極端氣候的影響,，成了他們下一步的研究計(jì)劃,。
西北大學(xué)為論文第一單位，徐國保教授為論文第一作者,。亞利桑那大學(xué)樹木年輪實(shí)驗(yàn)室為通訊單位,，Valerie Trouet教授為論文通訊作者。合作單位包括中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院,、亞利桑那大學(xué),、英國劍橋大學(xué)、德國美茵茨大學(xué),、瑞典哥德堡大學(xué),、斯德哥爾摩大學(xué)等23家單位。
徐國保：博士,，西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院教授,，博士生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)闃淠灸贻喤c全球變化,。入選陜西省高層次人才,，先后主持國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目、青年基金項(xiàng)目和國家留學(xué)基金委項(xiàng)目,，參加科技部“973”計(jì)劃,、國家自然科學(xué)基金委國際合作項(xiàng)目等10余項(xiàng)。
入選中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會會員（2016）,、中國科學(xué)院“西部之光”計(jì)劃(2015,；2021)，獲教育部自然科學(xué)二等獎（2016年，排名第三）,、中國科學(xué)院優(yōu)秀博士學(xué)位論文（2015）和中科院院長特別獎（2014）等獎勵,。共發(fā)表論文88篇（SCI 74篇），其中第一/通訊作者論文21篇(SCI 17篇),，主要發(fā)表在Nature,，Environmental Research Letters，Climate Dynamics, Journal of Geophysical Research,，Chinese Science Bulletin等期刊上,。論文總被引1800余次，H指數(shù)25,，i10指數(shù)40,。擔(dān)任國際期刊Frontiers in Forests and Global Change副主編，Research in Cold and Arid Regions和冰川凍土編委,。
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