最近一次厄尔尼诺（El Nino）现象发生在2015年至2016年期间，影响了地球热带地区向大气排放的二氧化碳量，这导致近期地球大气中的二氧化碳含量创下峰值记录。厄尔尼诺在不同的地区会带来不同的影响。
图片来源：NASA/JPL-Caltech
根据太空中获取的证据，NASA的一项新研究发现，地球的热带区域正是此次在至少2000年的时间跨度内，创下大气中二氧化碳浓度年度最大增幅的罪魁祸首。
尽管科学家们一直怀疑2015年至2016年期间发生的厄尔尼诺现象——有记录以来规模最大的一次——与之相关，但究竟如何产生影响一直是科学家们研究的课题。研究人员在分析了来自NASA轨道碳观测2号卫星（Orbiting Carbon Observatory-2 satellite，OCO-2）前28个月的数据之后，得出结论：厄尔尼诺在南美洲，非洲和印度尼西亚的热带地区造成的高温和干旱现象是全球二氧化碳浓度创下峰值的元凶。这一发现于周五发布在《科学》（Science）杂志上，是基于OCO-2数据研究论文集中5篇论文的一部分。
“与2011年相比，这三个热带地区向大气中多释放了25亿吨（2.5 gigatons）碳，”Liu Junjie说，他是来自NASA位于加州帕萨迪纳的喷气推进实验室（Jet Propulsion Laboratory，JPL），也是上述研究的首席作者。“我们的研究表明，这一部分额外的二氧化碳能够解释2011年与2015年至2016年的峰值之间大气二氧化碳增长率的区别。OCO-2的数据让我们能够量化在厄尔尼诺年间，各个地区陆地与大气之间净碳交换量所受到的影响。”
在2015年至2016年期间，OCO-2记录下的大气二氧化碳增量比近几年观测到的平均增量高了50%。这与美国国家海洋大气管理局（National Oceanic and Atmospheric Administration，NOAA）的观测结果一致。这一年均增量约等于浓度为百万分之三（3 parts per million）的二氧化碳——或63亿吨碳（6.3 gigatons）。往年的年均增量则是接近百万分之二——或40亿吨碳。尽管据估计在2015年至2016年间，由人类活动所产生的二氧化碳排放与厄尔尼诺发生之前基本持平，这一创纪录的增量还是发生了。厄尔尼诺是热带中东太平洋海洋环流周期性增暖的现象，影响全球天气。
借助OCO-2的数据，Liu的团队分析了陆地对大气二氧化碳浓度增加的作用。他们发现由于厄尔尼诺现象的出现，在2015年里，全球所有陆地区域产生并排放到大气中的碳增加了30亿吨（3 gigatons）。其中大约80%——或25亿吨碳——来自南美洲、非洲和印度尼西亚热带雨林的自然过程，每个区域的数值几乎相同。
Liu的团队将2015年的数据与2011年参考年的数据进行了比较，后者的二氧化碳数据来自日本宇宙航空研究开发机构（Japan Aerospace Exploration Agency）的温室气体观测卫星（Greenhouse Gases Observing Satellite，GOSAT）。
在2011年，上述三个热带区域的天气均正常，区域内吸收与排放的碳含量处于平衡。
“理解在厄尔尼诺影响下这些区域碳循环的变化，将有助于科学家改进碳循环模型，也能让我们在未来遇到类似情况时更好地预测地球可能的响应，“JPL的OCO-2项目副科学家Annmarie Eldering说，“团队的研究表明，如果未来气候造成更多或更久的干旱情况，就像上一次厄尔尼诺那样，可能会有更多二氧化碳留存在大气中，导致地球进一步变暖。”
尽管三个热带区域向大气中排放的二氧化碳量大致相当，团队发现厄尔尼诺所导致的气温与降雨量的变化在各个区域却各有不同，同时自然碳循环的响应也不一样。因而，Liu将OCO-2的数据和其他卫星的数据结合起来，来理解导致每个热带区域不同反应的自然过程。
在热带南美洲东部及东南部，包括亚马逊雨林，厄尔尼诺所带来的严重干旱使得2015年成为过去30年中最干燥的一年。气温也高于往常。这样一个更干燥更炎热的环境使得植被生存受到挑战，也降低了光合作用，这意味着树木和植物从大气中吸收的碳减少了。结果就是释放到大气中的碳含量出现净增。
相比之下，结合卫星数据和雨量计数据的降水分析结果看，热带非洲的降雨量处于正常水平，但是整个生态系统的气温却高于正常水平。更多死去的树木和植被腐烂分解，导致更多碳被释放到大气中。与此同时，亚洲热带区域则面临过去30年中第二干燥的一年，增加的碳排放主要来自于印度尼西亚，根据卫星测量显示，其主要原因则是燃煤增加和森林大火。
“我们知道厄尔尼诺是众多变量中的一个，但是直到目前为止我们仍不知道在这些区域范围内，最重要的过程有哪些，”“ Eldering说，OCO-2的地理覆盖率和数据密度支持我们单独地研究每一个区域。”
Scott Denning是科罗拉多州立大学柯林斯堡分校（Colorado State University in Fort Collins）大气科学专业的教授，同时也是OCO-2科学团队的一员，但他并未参与上述研究。Denning表示，尽管近几十年来科学家已了解到厄尔尼诺对热带雨林的生产力及由此对大气二氧化碳的净贡献有所影响，但是研究人员很少能够直接观测这些影响。
“OCO-2为我们提供了两个革命性的新方法去理解干旱与高温对热带雨林的影响：每天几千次直接测量这些地区的二氧化碳数值，以及通过探测树木中叶绿素的荧光效应来检测光合作用率。”Denning说，利用这些数据，我们能够验证我们对于热带雨林的响应是否有可能造成气候恶化的理解。”
地球大气中二氧化碳浓度一直在不断变化。它会随着季节变迁，植物的生长与死亡而变化，在冬季浓度会相对偏高，在夏季则偏低。从工业革命的起点，19世纪初期开始，大气中二氧化碳的浓度年均值逐年递增。在此之前，地球大气中以二氧化碳的形式存在着约5950亿吨的碳。目前这个数字是8500亿吨。
大气中二氧化碳的年增量和季节性循环的量级都是由地球上大气、海洋和陆地之间精妙的平衡决定的。每年，海洋，植物和树木吸收并释放二氧化碳。人类活动所排放的二氧化碳也逐年改变。一般来说，陆地与海洋能吸收半数人类活动排放的二氧化碳，另一半则会导致大气中二氧化碳浓度的增加。尽管大自然控制着二氧化碳在大气、海洋和陆地之间的交换，每年的情况仍不尽相同。某些年份中，自然过程仅能吸收20%人类活动的排放，在其他时间，则高达80%。
OCO-2于2014年发射升空，它能收集全球范围内大气二氧化碳的数据，从分辨率、准确率和覆盖范围等维度，帮助我们理解这一重要的温室气体，也是由人类产生的导致气候变化的主要因素，如何在地球系统内局地移动，以及如何随着时间变化。从太空中的有利位置，OCO-2可以每天在全球范围内进行约10万次大气二氧化碳相关的观测。
与Liu的研究相关的机构包括JPL；位于科罗拉多州博尔德的国家大气研究中心（the National Center for Atmospheric Research in Boulder，Colorado）；多伦多大学（the University of Toronto）；科罗拉多州立大学（Colorado State University）；加州帕萨迪纳的加州理工学院（Caltech in Pasadena，California）；和，亚利桑那州立大学坦佩分校（Arizona State University in Tempe）。
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