地球的一天正在变长,人类排放的温室气体也出了一份力。
一项新研究发现,全球变暖正在重新安排大气里的风,风转得更快了,脚下的地球就转得更慢一点。
风和地球自转能扯上关系,靠的是一条中学物理里就有的规律,角动量守恒。花样滑冰选手收拢手臂,转速立刻加快;张开手臂,又慢下来。总的转动量是一笔固定的账,这边多了,那边就得少。
地球和包着它的大气,合起来也是这样一本账。大气跟着地球一起自西向东转,风还会在这个基础上跑得更快或更慢。大气拿走的转动量多一些,固体地球手里的就少一些,自转随之放慢,一天的长度也就多出一点点。
科学家早就知道这种交换存在。季节交替、厄尔尼诺来去,都会让一天的长度出现毫秒以下的起伏。此前的研究也预测过,随着全球变暖,大气的角动量会增加。可为什么会增加,一直没人说清楚。可能只是风变强了,也可能是整个大气环流的格局变了。
韩国基础科学研究院(IBS)气候物理中心的萨特帕蒂(Susmit Subhransu Satpathy)和同事决定把这笔账查清。他们用3个不同的全球气候模型,在高排放情景下做了大量模拟,看大气环流到本世纪末会变成什么样。研究发表在《npj气候与大气科学》(npj Climate and Atmospheric Science)上。
3个模型给出的画面很一致。
热带上空有一个巨大的空气循环圈,叫哈得来环流:赤道附近的热空气上升,在高空流向两极方向,到副热带下沉,再贴着地面流回赤道。变暖之后,这个循环圈向两极方向扩张。
与此同时,副热带上空自西向东的高速气流,也就是副热带急流,变得更强。高空的西风整体在加速。热带地面附近自东向西吹的信风,却在减弱。
西风顺着地球自转的方向吹,信风逆着吹。顺的变强,逆的变弱,几样变化叠在一起,大气的角动量就一路上涨。
地面上还有另一半故事。
大气和固体地球之间,平时靠两种方式来回传递转动量。一种是风吹在山脉上产生的推力,叫山脉力矩;另一种是风贴着地表刮过时的摩擦,叫摩擦力矩。模拟显示,这种交换在变暖后减弱了。大气的变化越来越快,地球越来越“跟不上”。
结果就是,大气转得稍快了一点,地球转得稍慢了一点。
这个变化有多大,需要一把尺子来量。
长期以来,拖慢地球自转的头号力量是潮汐摩擦。月球引力拉起的潮汐在海底不断摩擦,像一只始终轻踩着的刹车,每过100年让一天变长大约2毫秒。
研究团队拿这只刹车做参照:到本世纪末,大气变化造成的一天变长,相当于潮汐摩擦长期趋势的10%到18%。
这个数字看上去不大。但它有明确的来路,由人为变暖从外部推动,背后的每一步环流变化都是气候学里早已熟悉的现象。它算不上大气自己随机的起伏。
萨特帕蒂也强调,这样比较只是为了给大气的贡献找一个有物理意义的参照,并不意味着两者分量相当。在几十年到上百年的时间尺度上,主导地球自转变化的仍是地核与地幔之间的相互作用。大气的这一份,是叠加在上面的一个新成分,由气候驱动。
人类往空气里添的那些气体,改变的已经不只是气温和降水。大气、海洋、冰和固体地球紧紧咬合在一起,一处动了,别处迟早有反应。这一次,反应落在了地球转一圈所花的时间上。
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图一:随着全球变暖,大气角动量呈上升趋势,图源:Susmit Subhransu Satpathy图二:山脉力矩和摩擦力矩发生变化,固体地球与大气之间的转动量交换减弱,图源:Susmit Subhransu Satpathy图三:大气对地球自转变化的重要贡献,图源:Susmit Subhransu Satpathy
信源:Satpathy, Susmit Subhransu. "When the Atmosphere Slows the Earth: Uncovering a Subtle Signal of Climate Change." Phys.org, edited by Sadie Harley, 3 Oct. 2026


