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周末聊谈:厄尔尼诺与拉尼娜现象  

2013-07-19 12:50:35|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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周末聊谈:厄尔尼诺与拉尼娜现象

秋雨

1. 导言

厄尔尼诺现象(El Ni?o Phenomenon)是太平洋赤道带大范围内海洋和大气相互作用后失去平衡而产生的一种气候现象。正常情况下,热带太平洋区域的季风洋流是从美洲走向亚洲,使太平洋表面保持温暖,给印尼周围带来热带降雨。但这种情况每2~7年被打乱一次,使风向和洋流发生逆转,太平洋表层的热流就转而向东走向美洲,随之便带走了热带降雨,出现所谓的厄尔尼诺现象。

拉尼娜现象(La Nina Phenomenon)是指赤道东太平洋和中太平洋洋面异常持续低温,是冷事件,伴随着全球性气候混乱,总是出现在厄尔尼诺现象之后,与厄尔尼诺现象反相,因此又称为反厄尔尼诺现象。

20世纪90年代以来,厄尔尼诺现象几乎年年出现,造成了全球重大灾害,成为全球关注的一个热点。对于备受关注的厄尔尼诺和拉尼娜现象的成因,有学者认为厄尔尼诺现象是海底火山的作用造成的,但火山之说无法解释拉尼娜现象。其实,厄尔尼诺和拉尼娜现象的成因与赤道信风密切相关,也与低纬度太平洋上空沿纬向流动的沃克环流有关。

2. 赤道信风

信风指的是在地面从副热带高压带吹向赤道低气压带的风。信风在赤道两边的低层大气中,北半球为东北风,南半球为东南风,这种风的方向很少改变,年年如此,稳定出现,很守信。

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中国古代文献中,“信风”这个词指的是“随时令变化,定期定向而来的风,即季候风”,古代商船常借助信风,往来于海上进行贸易。所以,信风在英文中的名子为Trade wind ,有时候被错误地译成贸易风。trade这个词并非现代英语中贸易的意思,而是来自中古英语,相当于path、track的意思,所以trade wind原意是“在常轨上的风”。英语trade wind就是汉语的信风,翻译成贸易风是不对的。

人类对信风早已有了深刻的认识,古代人们就利用信风实施航海活动,曾经取得了辉煌的成就,一个很好的例子就是明代的郑和下西洋。1405年7月11日(明永乐三年),明成祖命太监郑和率领240多艘海船的庞大船队远航,造访了30多个西太平洋和印度洋的国家和地区,加深了明王朝和南海(今东南亚)、东非的友好关系。在以后的28年间,郑和7次奉旨率船队远航西洋,航线从西太平洋穿越印度洋,直达西亚和非洲东岸,途经爪哇、苏门答腊、苏禄、彭亨、真腊、古里、暹罗、阿丹、天方、左法尔等30多个国家和地区。他的航行比哥伦布发现美洲大陆早87年,比达·伽马早92年,比麦哲伦早114年。在世界航海史上,他开辟了贯通太平洋西部与印度洋等大洋的直达航线。今天的西方学者也承认,对于当时的世界各国来说,郑和所率领的舰队,从规模到实力,都是无可比拟的。郑和下西洋7次,除了第一次夏季启航秋季返回外,其余6次都是在冬季顺风出发,又在西南季风期间顺风返回。

1519年8月,当葡萄牙的航海家麦哲伦第一次越过南半球的西风带向太平洋驶去的时候,发现长达几个月的航程中,大海显得非常顺从人意。开始海面上一直徐徐吹着东南风,把船一直推向西行,后来东南风渐渐减弱,大海变得非常平静,最后船队顺利地到达亚洲的菲律宾群岛。他们当时并没有意识到,这其实是依赖了信风的帮助。

3. 沃克环流

沃克环流(Walker Circulation) 是赤道海洋表面因水温的东西向差异而产生的一种纬向环流,由雅各布·皮叶克尼斯(Jacob Bjerknes) 于1960年发现,是热带太平洋上空大气循环的主要动力之一。

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正常情况下赤道太平洋水温分布是西高东低,西边的印尼与澳洲东部沿岸一带,因海温高而有旺盛上升气流,气流升至高空向东西分流;东太平洋海温低而有下沉气流,到达海面再沿赤道向西运动。东西太平洋沿赤道形成了一个封闭的环流,这种在低纬度太平洋上空沿纬向流动的大气环流,称为沃克环流。

在自然界中,持续的上升气流意味着气流中水汽不断凝结和大量降雨,而持续的下沉气流则相应久晴和干旱。因此在正常年份里,赤道西太平洋的澳大利亚、印尼和菲律宾等地区,由于处于沃克环流圈西端上升气流中,年雨量都在2000mm以上。而东太平洋智利中、北部和秘鲁等地区,因处在沃克环流圈东端下沉气流区里,年雨量不足100mm,秘鲁首都利马只有29mm,市内大量适应干旱气候的土质房屋。

4. 厄尔尼诺现象

沃克环流说的是正常年份,赤道太平洋海区盛行热带东风,也就是信风,把赤道中、东太平洋表层暖水吹到西太平洋堆积,海面因此也比东太平洋高出l米左右,使西太平洋成了世界上最暖的海域,水温可达29~30℃。而中东赤道太平洋海区则由于东风吹走了表层海水,深层冷水涌升补充,因此这里便成了世界赤道海区中温度最低的海域,一般只有23~24℃左右。

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这种情况每2~7年便被打乱一次。如果信风减弱,甚至吹西风,赤道西太平洋的暖海水就会反向东流,同时中东太平洋深层冷水涌升现象便会大大减弱以至停止,中东太平洋海温因此而异常升高,厄尔尼诺现象也就出现了。

厄尔尼诺是西班牙语El Nino的音译,本意是“小男孩”。秘鲁沿海海水季节性正常升温期间,渔民捕不到鱼,他们认为这是小男孩淘气引起的,便把这种现象叫做“小男孩”,也有人把El Nino 译为“圣婴”或“耶稣之子”。

5. 拉尼娜现象

如果信风异常强烈,赤道中东太平洋表层暖水西流加大,深层冷水上涌现象更加明显,于是西太平洋海面海水更暖,而中东太平洋海面海水更冷,拉尼娜现象也就出现了。

拉尼娜是西班牙语La Nina的音译,有“小女孩”的意思。既然有人把厄尔尼诺译为“圣婴”或“耶稣之子”,自然也就有人把拉尼娜译为“圣女”了。

厄尔尼诺现象一般平均每3~4年发生一次,每次持续半年至一年,然后逐渐降温消退。如果海温降到了平均值以下,并达到一定标准,也就发生了拉尼娜现象。从1980年到1989年,共发生了6次厄尔尼诺现象,而拉尼娜现象只在1984-1985、1988-1989、1995-1996和1999年发生了4次。拉尼娜现象紧跟厄尔尼诺现象出现和厄尔尼诺现象后不出现拉尼娜现象,都是正常现象。

6. 厄尔尼诺现象引起的气候异常

厄尔尼诺现象发生时,赤道中、东太平洋海水升温,出现上升气流,而西太平洋海水降温,上升气流减弱以至出现下沉气流,使得沃克环流圈发生了东移。沃克环流圈一旦东移,西太平洋本来多雨的地区,雨量便大幅度减少,澳大利亚、印尼和菲律宾等地区便会发生严重干旱,森林火灾频发。而东太平洋秘鲁等原本干旱的地区,因为上升气流增强,却出现了大量暴雨,常造成山洪暴发,淹没土地,城市中土质房屋大量倒塌。厄尔尼诺现象通常发生在圣诞节之前,使该海区平均温度超过常年均值的0.5℃以上且持续半年并出现异常事件,给非洲、中东、印度、东南亚、澳大利亚和美洲等热带地区带来暴热的天气和干旱。这种现象不是孤立的现象,它是热带海洋洋流与大气相互作用的产物,全过程分为发生期、发展期、维持期和衰减期,历时一般一年左右。1997-1998年厄尔尼诺现象就曾使这里上百万人无家可归。

清光绪初年(1877-1878)发生了厄尔尼诺现象,造成中国北方地区百年不遇的特大干旱。清光绪元年(1875),中国北方地区旱象已见苗头,第二年更趋明显,1877-1878年更是登峰造极,涉及山西、河南、鲁东、陕西、陇东、川北、苏北以及直隶等地区。《万国公报》中说:“天干地燥,烈日如焚,河道断流,沟渠俱枯,田土龟裂,赤野千里。……官仓匮,民储罄,市贩绝,客粜阻。斗米千钱,斗米三千钱,斗米五千钱……卖田,卖屋,卖牛马,卖车辆,卖农具,卖妻、卖女、卖儿。食草根,食树皮,食牛皮,食石粉,食泥,食纸,食死人肉,食死人骨。路人相食,家人相食,食人者为人食……饿殍载途,百骨盈野。”特大旱灾死亡总人数超过1000万,仅山西一省,就达500万之多,而当时山西总人口也只有1600万。

2011年8月,英国研究人员说,在过去50年间,厄尔尼诺现象帮助催生了世界范围内1/5的冲突事件。最新一项研究表明,在遇上厄尔尼诺影响气候的年头,战争、内战以及各种冲突发生的可能性是平时的两倍。这种2~7年就会重复发作的气候现象,给地球带来的影响包括气温升高、降雨减少等。厄尔尼诺现象发生时,沃克环流圈东移,还可以通过相邻的其他环流圈的调整或其他方式影响到世界大部分地区,这就是厄尔尼诺能引起世界性气候异常的主要原因。

厄尔尼诺现象对世界各地气候异常的影响大体分为直接和间接影响两类。沃克环流圈影响所及的赤道太平洋周边地区,称为直接影响区。因沃克环流圈东移,通过相邻其他环流圈而影响到的地区,或者通过海温变化和其他方式使邻近大气环流系统加强、减弱或位置发生移动而影响到的地区,称为间接影响区。和直接影响区相比,间接影响区不仅相关程度低得多,甚至影响方向也可以相反。间接影响区中影响程度的不确定性,主要是因为厄尔尼诺现象只是影响当地气候异常的一个因子,而决定一个地区气候异常最主要的因子乃是当地大气环流的变化。远处再强的天气系统,也要通过当地大气环流的改变才能起到作用。因此,间接影响区里,把所有气象灾害都归因于厄尔尼诺现象,显然是不合理的,厄尔尼诺现象发生期间,地球自然灾害并非都是厄尔尼诺现象所引起。

7. 结语

世间一切事物均具有两面或者多面性,厄尔尼诺现象也不例外。厄尔尼诺虽然造成了世界许多地区的灾害,但同时也孕育了新的有利条件和机遇,对善于利用者而言,它们都是财富。世上没有绝对的坏事或好事,此时此地的坏事到了彼时彼地可能就成了好事。

以素有世界粮仓之称的阿根廷,东北方向紧邻秘鲁,在上个世纪八九十年代6个厄尔尼诺现象发生的年份,除了少数地区确实成灾外,绝大部分地区都因为降水较丰富而农牧业获得丰收。1982-1983年强厄尔尼诺现象发生年,阿根廷也是大丰收年。1997-1998年,世纪最强厄尔尼诺现象发生年,阿根廷全国粮油总产量达到6700万吨,破1982-1983年全国历史最高纪录。

厄瓜多尔、秘鲁和智利的干旱地区也有类似情况,智利境内素称不毛之地的阿塔卡马沙漠,厄尔尼诺现象发生年出现了250多种鲜花,争奇斗艳,吸引了许多游人前去观光。厄尔尼诺现象发生年秘鲁鱼产量虽剧降,但秘鲁以南的沿海区域,鱼类、扇贝和虾类的海产品却大幅度增产。

厄尔尼诺现象引起的东亚暖冬凉夏现象,节省了冬季取暖和夏季空调降温的能耗。韩国冬季每升温1℃,取暖燃油消耗便减少1.8%,1997年的暖冬使韩国能耗节省了3500亿韩元,相当于当时的2.3亿美元。凉夏本对喜热的水稻等作物不利,但20世纪六七十年代的凉夏使日本培育出了耐寒高产水稻。

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