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地球的熱帶地區正在逐漸變大

2021/12/25

近些年來，生活在雲南、廣西和廣東等省的北部，以及貴州、湖南、江西、福建等省的南部等地區的人們有種感覺，當地的氣候類型正在悄悄地改變：全年氣溫較高，四季界限不明顯，日溫度變化大於年溫度變化，降水集中分佈在夏季。這是偶爾發生的？還是一種錯覺呢？

科研人員告訴你：你的感覺沒有錯——地球的熱帶地區正在逐漸變大，導致這些原來不在熱帶範圍內的地區，正在受這一改變的直接影響，如圖1所示。

圖1：熱帶地區正在變大示意圖（圖片來源於網路）

科學院合肥物質科學研究院安徽光學精密機械研究所（以下稱「安光所」）大氣光學中心研究員魏合理課題組的博士生唐超禮通過長期對探空大數據分析，研究結果間接證實了地球的熱帶地區正在變大。

熱帶地區正在變大又稱熱帶膨脹

熱帶地處赤道兩側，位於南北回歸線以內的地球中部區域，約佔全球總面積39.8%。正午的太陽終年垂直照射在熱帶範圍內，因此，這一地帶能得到強烈的陽光照射，氣候炎熱。熱帶地區的炎熱氣候對全球的降水、陸地、季風和洋流均有重要影響。

在這些影響發生的過程中，溫暖潮濕的空氣從赤道地區到達南北兩極，從而提升了中南美洲、中南非洲、東南亞以及大洋洲部分地區的氣溫。據之前的氣候模型預測，全球變暖將導致熱帶地區的膨脹。迄今為止，這些模型顯示，在未來100年中，熱帶地區將分別向南向北擴大2.5緯度左右，如圖2所示。

圖2：地球熱帶正向南北兩極擴大示意圖（圖片來源於網路）

安光所的研究結果表明，在過去40年中，地球熱帶地區已經向北有了更多擴張。如果這一趨勢繼續發展，亞熱帶地區的生態系統將承受巨大壓力，熱帶疾病的傳播將加速，而生活在這裡的人們也將受到諸多不利的影響。

對流層頂高度和溫度的變化已是全球氣候變化的重要標誌

地球對流層位於大氣的最低層，集中了約75%的大氣質量和90%以上的水汽質量。其下界與地面相接，上界高度（即對流層頂）隨地理緯度和季節而變化，它的高度因緯度而不同，在低緯度地區平均高度為17～18公里，在中緯度地區平均為10～12公里，極地平均為8～9公里，並且夏季高於冬季。對流層頂是對流層和平流層之間一個明顯的過渡層，是反映各種大氣過程的一個很好的指示器，它在氣壓形勢、氣團平流、大氣環流形勢更替等作用下發生變化，阻礙著積雨雲頂的垂直發展、氣溶膠和水汽的垂直交換，如圖3所示。此外，大氣急流、飛機顛簸、臭氧層頂等重要物理、化學現象均與對流層頂的位置、強度及其變動密切相關。因此對流層頂高度和溫度的變化已成為全球氣候變化的重要標誌。

圖3：對流層大氣受熱過程示意圖（圖片來源於網路）

安光所大氣光學中心唐超禮等利用近40年大約200萬次探空氣球觀測數據系統地分析了區域對流層頂高度和溫度的時空季節分佈特性和變化趨勢，獲得了區域不同經緯度的對流層頂高度年際變化趨勢及其冷點溫度隨緯度和經度的分佈規律。

研究表明近40年對流層頂高度逐年升高（圖4a）、溫度逐年降低（圖4b）；並首次發現了高緯度地區的對流層頂高度比低緯度地區升高更快，即高緯度地區和熱帶低緯度間的對流層頂高度之差逐年縮小（圖4c），而緯度間的對流層頂溫度之差逐年擴大（圖4d），此結果進一步證實了近年來地球的熱帶地區正在變大（熱帶膨脹）。該研究對認識溫室氣體增多導致的對流層變暖和由於臭氧減少導致的平流層變冷等氣候變化趨勢及其建立和檢驗對流層大氣模式等具有重要的參考價值。

相關工作以 Distribution and trends of the cold-point tropopause over China from1979 to 2014 based on radiosonde dataset 為題已發表在《大氣研究》（Atmospheric Research，doi:10.1016/j.atmosres. 2017.04.008）雜誌上。