密歇根大学的研究表明，热浪和寒潮在五大湖地区发生的频率越来越高。这些变化对该地区的气候、经济和生态系统产生了重要影响。
热浪和寒潮一直是五大湖地区生活的自然特征。然而，密歇根大学最近的研究表明，与三十年前相比，这些极端气温出现的模式发生了根本性的变化。
“出现极端高温的情况正在增加，”密歇根大学环境与可持续发展学院（SEAS）博士后研究员哈泽姆·阿卜杜勒-哈迪表示。“对于大多数湖泊而言，与1998年之前相比，高温出现频率的增长超过100%。”他补充道，这一时间点意义重大，因为它与有记录以来最强的厄尔尼诺现象之一——1997年至1998年厄尔尼诺现象的时间相吻合。
为了揭示这一模式，阿卜杜勒·哈迪（Abdelhady）及其团队创建了一种先进的建模方法，用于追踪五大湖区的地表温度。这种方法使他们能够分析回溯至1940年的热浪和寒潮的发生情况。地表水温对当地天气有着重大影响，是当地居民、旅行者以及航运作业需要考虑的主要因素。然而，阿卜杜勒·哈迪指出，极端温度事件频率的上升也可能对依赖湖泊的生态系统和经济系统产生不太明显但影响重大的后果。
阿卜杜勒·哈迪（Abdelhady）说：“例如，这类事件会对价值数十亿美元的渔业产生巨大影响。”根据五大湖渔业委员会的数据，五大湖的部落捕鱼业、休闲捕鱼业和商业捕鱼业每年的总产值超过70亿美元。
突如其来的变化威胁着生态系统和水质
据阿卜杜·勒哈迪（Abdelhady）介绍，鱼类通常能通过游向更适宜的水域来适应水温的缓慢变化，但它们可能无法躲避水温的突然变化。鱼卵对水温的骤然升高或降低尤其敏感。
长时间的炎热或寒冷天气也会干扰湖泊自然的混合与分层过程，而这些过程对于维持水质和支撑水生生物至关重要。这些干扰会影响生态系统以及社区赖以生存的水资源，无论是饮用水资源还是娱乐用水资源。
目前，五大湖均已确定存在这种模式，因此研究团队正致力于扩展他们的模型，以预测未来的极端温度事件。阿卜杜勒-哈迪解释说，通过探索这些事件与厄尔尼诺和拉尼娜等大型气候系统的关系，我们可以更好地应对它们带来的风险。
阿卜杜拉希表示：“如果我们能了解这些事件，就能开始思考如何防范它们。”
该研究由大湖泊研究合作研究所（CIGLR）进行，并发表在《自然》杂志系列刊物《地球与环境通讯》上。本研究由国家科学基金会、其全球中心项目以及国家海洋和大气管理局（NOAA）提供支持。
捕捉湖泊的壮丽
这项研究的一大挑战在于所研究系统的庞大规模。虽然已有计算机模型可以模拟全球典型湖泊的状况，但五大湖的情况却独一无二。
这五个不同的湖泊相互连通，构成了湖泊系统，拥有地球上超过20%的淡水表面积，其总海岸线长度甚至可与美国整个大西洋海岸线（包括墨西哥湾）的长度相媲美。
研究合著者、SEAS 和 CIGLR 的副研究员藤崎真音说，在许多方面，五大湖与其他湖泊的共性较少，与沿海海洋的共性更多。
藤崎-马诺姆说：“我们不能用传统的、更简单的模型来研究五大湖，因为它们的效果真的很差。”
于是，阿卜杜·勒哈迪（Abdelhady）转向研究沿海海洋所用的建模方法，并针对五大湖的特点对其进行了调整。但除了建模方面的挑战，他们还面临数据方面的障碍。
用数据填补历史空白
藤崎万之助表示，大约 45 年前，卫星开始对五大湖进行日常直接观测。但谈到气候趋势和时代时，研究人员需要研究更长的时间段。
藤崎万目说：“这项研究的伟大之处在于，我们几乎将这一历史时期延长了一倍。”
通过利用现有的观测数据和全球气候模拟的可靠数据，阿卜杜勒-哈迪（Abdelhady）能够对大湖区的温度数据进行建模，并自信地将验证结果追溯至1940年。
“这就是为什么我们经常使用模型。我们想要了解过去或未来，或是我们不一定能到达的宇宙空间中的某个点，”共同作者德鲁·格罗内沃尔德（Drew Groneworld）说道，他是工程学院（SEAS）的副教授，也是全球气候变化与跨界水域研究中心的负责人。“对于五大湖，我们上述三点都做到了。”
CIGRL 的助理研究科学家戴维·坎农 (David Cannon) 和美国国家海洋和大气管理局 (NOAA) 大湖环境研究实验室的气候学家、海洋学家王佳 (Jia Wang) 也为本研究做出了贡献。格龙沃尔德 (Gronewold) 表示，本研究是大学与政府科学机构之间开展合作，实现知识共享，造福公众和广大研究界的绝佳范例。
该团队开发的模型现已可供其他研究大湖区的科研小组使用，以探索他们关心的问题。对于密歇根大学的研究团队而言，他们下一步将使用该模型探索大湖区更小范围内的空间差异，并使用该模型进行时间上的预测。
“我很想知道我们是否能预知下一个巨大的转变或临界点，”格龙沃尔德说，“我们没有预料到上一个转变。没人能预测到 1997 年会出现一个带来暖冬的厄尔尼诺现象，它改变了一切。”
参考文献：“大型湖泊极端气温因气候变化而加剧” ，作者：哈泽姆·U·阿卜杜勒-哈迪、藤崎万之里、大卫·坎农、安德鲁·格罗纽尔德、王佳，2025年5月15日，发表于《地球与环境通讯》。数字对象唯一标识符：10.1038/s43247-025-02341-x
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