今天，我們正經歷着全球溫度的小幅上升對一個星球的氣候產生的巨大影響。現在，想象一下一個比今天熱20至30華氏度的地球。地球很可能在遙遠的過去的不同時期經歷過這些溫度，並將在數億年後隨着太陽繼續變亮再次經歷這些溫度。
人們對大氣和氣候在這些所謂的溫室時期的表現知之甚少。在一項新的研究中，來自哈佛大學的研究人員發現，在這些極端炎熱的年代，地球可能經歷了乾燥的周期，然後是數百英里寬的大規模暴雨，可以在幾小時內傾瀉超過一英尺雨量的雨水。
哈佛大學約翰-A-保爾森工程與應用科學學院（SEAS）和哈佛大學地球與行星科學系的環境科學與工程博士后Jacob Seeley說：”如果你今天看一大片深層熱帶地區，它總是在某個地方下雨。但是我們發現，在極度溫暖的氣候下，可能會有多天在海洋的很大一部分地方沒有下雨。然後，突然間，一場大規模的暴雨會在幾乎整個領域內爆發，傾瀉出巨大的雨量。然後，它將平靜幾天，然後重複。”
該研究的資深作者、東南大學環境科學與工程系戈登-麥凱教授Robin Wordsworth說：”這種偶發的暴雨周期是一種新的、完全意想不到的大氣狀態。”
這項研究不僅揭示了地球遙遠的過去和遙遠的未來，而且還可能有助於了解圍繞遙遠恆星運行的系外行星的氣候。
該研究發表在《自然》雜誌上。
在一個大氣模型中，Seeley和Wordsworth將地球的海面溫度提高到了華氏130度，方法是加入更多的二氧化碳–大約是目前大氣中二氧化碳含量的64倍–或者將太陽的亮度提高大約10%。
在這些溫度下，大氣中開始發生令人驚訝的事情。當地表附近的空氣變得非常溫暖時，大氣中的水蒸氣對陽光的吸收會加熱地表以上的空氣，並形成所謂的”抑制層”，這是一個阻止對流雲上升到高層大氣並形成雨雲的屏障。
相反，所有的蒸發都滯留在近地表的大氣中。同時，由於熱量流失到空間，在抑制層以上的高層大氣中形成雲。在這些高層雲層中產生的雨水在到達地面之前就已經蒸發了，所有的水都回到了系統中。
“這種偶發的暴雨周期是一種新的、完全出乎意料的大氣狀態。”羅賓-沃茲沃斯，戈登-麥凱環境科學與工程教授表示。”這就像給一個巨大的電池充電，你在大氣層的高處有大量的冷卻，在地表附近有大量的蒸發和加熱，被這個屏障隔開。如果有什麼東西能夠突破這個屏障，讓地表的熱量和濕度進入涼爽的高層大氣，它將會引起一場巨大的暴雨。”
這種現象幾乎是不可避免的，幾天後，上層大氣暴雨的蒸發冷卻侵蝕了屏障，引發了長達數小時的暴雨。在一次模擬中，研究人員觀察到六小時內的降雨量比一些熱帶氣旋在美國持續幾天的降雨總量還要多。
暴風雨過後，雲層消散，隨着大氣能量循環的繼續，降水停止了好幾天。
“我們的研究表明，在氣候系統中仍然有很多驚喜，”Seeley說。”儘管海面溫度增加30度遠遠超過了對人類造成的氣候變化的預測，但將大氣模型推向不熟悉的領域可以揭示出地球的能力的一瞥。”
“這項研究揭示了豐富的物理學只是，從行星的角度來看，這種氣候與現今的地球只有一點點的不同。”沃茲沃斯說。”它提出了關於地球和其他行星的氣候演變的大的新問題，我們將在未來許多年裡進行研究。”