失常的非洲季風

現在是7月初，季風就這樣來臨了。和亞洲一樣，西非也有自己的雨季，由濕潤的海洋氣流進入炙熱的大陸形成。在非洲貝寧的街頭濕度飽和的空氣中，最初的幾點雨滴并不顯眼。但僅僅幾分鐘過后，傾盆大雨便把大大小小的街道變成了一條條洶涌的紅色激流。大暴雨一般會持續幾個小時。

作為雨水的主要來源，季風是當地農民的生存之本。這是一種大規模的自然現象，最終會影響到全球的氣候。非洲是南北回歸線以內的主要大陸，大量物質和能量在此進行激烈的交換。在強烈的陽光照射下，熱帶大暴雨在此形成，巨大的氣流攜帶著粉塵、熱量和蒸汽奔向高空，甚至沖破對流層進入平流層。整個撒哈拉及薩赫勒地區每年要向大氣中注入近20億噸的灰塵。

不過非洲季風仍然是一個科學之謎。為什么它的強度在不同年份會相差40％，而印度洋季風卻只有10％的變化?為什么過去40年來，它大為減弱，導致整個撒哈拉沙漠南部地區的降雨量減少了30％以上?是因為氣候變曖，還是由于愈演愈烈的毀林?一切都是未知。

500名科學家在行動

上世紀70年代以來，尼日爾河的流量減少了1/3，乍得湖的面積縮減為原先的1/20，同時，饑荒在西非地區反復肆虐(1974年致死20萬人，接著是1984年)。對此，科學家對非洲的暴雨現象卻無法像全球其他地區一樣用氣候模型進行預測。全球10多個用于預測氣候變化的模型，在西非地區的分歧遠比其他任何地區都多。一些模型預測輕微干旱，另一些則說旱情將不可收拾，還有一些卻說雨量會增加。糟糕的是，非洲是全球氣象觀測體系最為落后的地區之一，不僅可靠性有限，甚至連氣象監測站的密度也不到世界氣象組織提出的最低標準的1/8。

為了扭轉這一局面，來自30多個國家的500名科學家接受了這一巨大的挑戰。他們將幾乎從零開始，在整個次大陸的范圍內收集數據。10年中，他們將對發生在這片面積2倍于歐洲的大地上的氣候現象進行詳細記錄。對這一大規模氣候現象的動力機制，非洲季風多學科分析計劃正通過在陸地、海洋、空中采集、物化氣象信息，進行全面的診斷。他們將調動飛機、船只、氣球、雷達等，還有約5 000萬歐元的預算供他們支配。目的只有一個，那就是揭開雨季之謎。這將直接關系到人類理解和預測全球氣候的能力。

非洲季風起于從幾內亞灣登陸的濕冷氣流，隨后從東向西穿過西非地區。每年的6月底，濕潤的海洋氣候在南撒哈拉上空低壓的吸引下進入非洲大陸。濕潤的空氣在3個月內，將釋放超過600毫米的降雨量，雨季直至9月結束。雨季主宰著農業的收成，并為當地人提供飲水。雨水的到來對瘧疾的傳播十分有利，但卻能阻止可怕的腦膜炎雙球菌的肆虐。

大自然開始超乎想象的雷霆之怒。它以冷空氣為前鋒，揚起遮天蔽日的沙塵，然后是大雨傾盆，電光四處閃爍，樹木被雷電擊成兩半。這一體系類似特大雷暴雨。

它會形成足足1 000千米的降雨云系，以每小時50千米的速度前進，有時維持這一速度甚至能超過5天，從東到西橫掃非洲大陸。它們是陸地雨水的主要來源，而且可以說是非洲大地僅有的水源。

然而，這些氣象上的龐然大物其實非常脆弱，只要地表水分蒸發不足，高空風向不規則，都可能使它們功虧一簀。為了理解它們的活動特性，雷達在整個季風季節中都朝向天空。為了彌補雷達信息的不足，駐扎在尼亞美的環境研究機隊的飛機在負責人的帶領下，全部出動，在雷雨帶的前方或后方進行資料采集。尾隨雷雨帶是一項危險任務，會有被雷擊中的可能。

讓灰塵“開口說話”

最近30年來，西非地區的降雨量減少了30％以上，而地下含水層卻在不停地升高，甚至出現了越來越多的水塘。科學家通過對水文系統的研究發現，在這片雨水無法注入大海的盆地里，地下水水位之所以上升，看起來應該歸因于土地的退化。雨水在植被稀少的地面上蜿蜒流淌，缺乏植物的吸收，很快便注入水塘。理解人類活動，特別是農業活動對此處水循環影響，是這一研究的主要任務。1950年以來，西非的開墾面積已從5％上升到了80％。西非的人口在一個世紀內，從800萬躍升到了3億。而木柴是當地家庭的基本能源，由此造成的毫無節制的毀林，可能正是季風減弱的罪魁禍首。遠在古希臘時代，就有人提出，砍伐樹木會造成雨水稀少，但從未有人證明這一點。專家想弄清森林砍伐與季風減弱之間的聯系，在這里的研究將盡量就此作出最終的判斷。專家的終極目的就是將來能夠根據不同的經濟、人口和氣候狀況，準確地預測河水的流量和地下水源的儲備。

季風不能簡單地概括為雨水，大氣粉塵的循環對于理解該地區的氣候狀況有重要的作用。在旱季末，只要一起風，監測人員牙齒間都會因為沙塵而發出嘎吱聲。在研究站內部，每件儀器都被塑料套封住，與無孔不入的沙子隔離起來。

根據測量，研究人員發現，西非的耕地里風蝕現象非常嚴重，而休耕田卻未受到侵蝕。但同時在這些田地里，來自別處的粉塵也沉積得非常多。為了使灰塵“開口說話”，研究人員對它們的化學組成進行分析。這不僅是有關它們來源的寶貴線索，而且也決定著它們在大氣中形成云朵的能力。沙漠中的粒子本身不怎么親水，但與大氣中另外一些成分結合，它們就會獲得新的特性。這些粉塵的光學特性也同樣為研究人員所看重，這些特性決定著這些粒子將使大氣變熱還是變涼。粉塵的大小也很關鍵，越小就被吹得越遠。當然，研究人員的測量僅在當地有效，不過他們的主要目的是理解整個過程，對已有的模型加以限定，并利用這些模型，再現粉塵循環的整個過程。

見證“颶風追蹤”

法國國家科研中心高空氣象學實驗室弗蘭克充滿睡意的嗓音，見證著“颶風追蹤”小組特殊的生活節奏。他于清晨4點接到雷雨現象形成的消息，做好了出發準備，但在6點時，卻不得不因為天氣原因而取消預定的飛行。到了下午，他又重新整裝待發，因為天氣有可能再次轉好。他和美國國家航空航天局的同事以及達喀爾大學物理實驗室的人員，晝夜不休息地關注著雷雨帶的動向。它們正隨著季風離開大陸沖向大西洋。這些系統有時會出現再次發展的過程，對此，目前研究人員了解甚少。他們只知道在雷雨體系后方將形成氣旋，這是大氣中的水分冷凝釋放出的熱量與風力平衡的結果。周期性肆虐美國海岸的颶風就是這種平衡的產物，它們擁有的能量相當于好幾顆原子彈。

為了分析過境的雷雨系統，觀察它們的變化，法國研究團隊在達喀爾擁有一架裝備齊全的獵鷹飛機，而NASA的團隊則在達喀爾以西550千米的佛得角擁有一架道格拉斯飛機。這兩架飛機都裝備了雷達(以測量大氣中的含水量)、激光雷達(測量空氣濕度和灰塵的成分)以及其他一些感應器。并能投放小型氣象探測儀，它們在穿越雷雨系統時，將采集云系縱剖面上的壓力、溫度、濕度和風力數據。對這些數據的分析將盡可能在氣象衛星陣列經過時進行，組成這一陣列的是法、美兩國的6顆最先進的氣象衛星。由此獲得的數據足夠研究人員用上十幾年。研究人員希望能從中總結出一些氣象模型，以更好地理解發生的現象，并實現8～10天內的颶風預測。

直徑為2米的橡膠薄膜氣球里充滿氦氣，吊著配有紅色降落傘的吊籃，悠悠地升入科托努的天空。由非洲航空安全管理處一名技術員在機場內放飛的這個氣球，將通過無線電，把海拔30千米以內的大氣資料傳送給科學家們。每放飛一次這種無線電探測器花費200歐元，而每天至少要放飛2次。根據非洲季風多學科分析計劃，將在非洲設立17個放飛點，而放飛的次數將翻倍還不止。對于關注季風和其他大規模氣候現象之間聯系的研究人員來說，這些無線電探測對于理解大氣活動作用甚大。衛星圖像也同樣如此。他們利用懸停在非洲上方的MSG衛星和其他掠過非洲的衛星進行探測。但是，為了校正這些工具，的算法，例如要計算雨量，他們必須取得當地的測量數據。在這一點上，非洲季風多學科分析計劃將發揮重要作用。

無論是在統計數據中，還是通過氣候模型模擬，氣象學家們都發現非洲季風和厄爾尼諾(一種周期性氣象現象，當它發生時，太平洋東南水域水溫變暖，降雨增多，而另一端則出現干旱)現象相關。在強厄爾尼諾現象年，非洲雨量減少。甚至于地中海的溫度對此也有一定作用，似乎只要地中海溫度升高，西非沙漠的雨量就增加。研究人員想要弄清，隨著氣候變暖，非洲季風會如何變化。氣候模型一般預測厄爾尼諾現象增強和地中海變暖。而關于非洲，這些模型的預測則始終相互矛盾。

全球變暖是誘因?

非洲季風多變的關鍵是否在大洋呢?這一假設并非毫無理由，因為在西非降下的所有雨水是來自次大陸西南幾內亞灣蒸發的大量水分。科學家們對一個年度現象甚為關注，那就是上升流，即從海底深處突然升至海洋表面的冷水流。從某種程度上說，它是在信風作用下被“吸”到表層的。海洋學家們很久以前就發現了上升流，但是直到2000年才開始注意到它對大陸的影響，并發現了它與季風的聯系。研究大洋和氣候之間的關系后，發現上升流能使海水表層溫度降低3℃之多，迅速造成炙熱大陸和相對涼爽的海洋之間的溫差。這將使季風，即進入大陸的密度更大的濕潤海洋氣流變得更強。然而，上升流的動力特性還留有許多懸念。水體混合是很復雜的現象，會形成一些“隔離層”抑制混合的發生。以這個觀點來看，雨水以及流量季節性變化很大的大江大河，它們的作用還遠未得到全面的認識。

目前，研究人員重點尋找上升冷水流和周圍熱水間的邊界。在季風降臨的階段，研究人員全面記錄了溫度、含鹽度、蒸汽流、二氧化碳、表層和深層水流的情況。整個監測體系還包括另兩艘科考船及探測浮標。對海洋和季風之間的聯系了解更多，不僅可以使研究人員改進對降雨的預測，更可以回答人們深層的疑問，那就是全球變暖是否為造成雨水減少的原因?事實上，熱帶大西洋的溫度在過去30年中上升了0.5℃。