厄爾尼諾與拉尼娜

厄爾尼諾與拉尼娜環(huán)流是怎樣構(gòu)成和怎樣變化的，該環(huán)流名叫沃克環(huán)流，是1969年由英國(guó)人沃克最初發(fā)現(xiàn)的。沃克環(huán)流屬海--氣能量交換的環(huán)流，它發(fā)源于西太平洋赤道地區(qū)，陸地部分主要屬印度尼西亞和馬來(lái)西亞等國(guó)。這是一股上升的熱氣流，從這里升程到達(dá)6-7千米高度后向東偏南方向運(yùn)動(dòng)，到達(dá)東太平洋南回歸線附近下降。它在這里下降的原因有（1）受安第斯山的阻擋。這里安第斯山高6000米上下，對(duì)沃克環(huán)流的東進(jìn)，無(wú)疑是一巨大的阻力，（2）受南美大陸上升氣流的阻擋，這里屬于熱帶和亞熱帶地區(qū)，有較強(qiáng)的上升氣流。沃克環(huán)流在下降的過(guò)程受科里奧利力的作用使氣流問(wèn)西偏移，氣流的中心位置降落在東太平洋的復(fù)活節(jié)島附近。因氣流在下降的過(guò)程帶有很大的沖擊力、把東太平洋赤道以南大片表面洋水吹向西去。同時(shí)又把這里深部的冷水上翻，于是在這里出現(xiàn)一片冷水區(qū)。沃克環(huán)流下降后要回到它的發(fā)源地，這就在太平洋赤道地區(qū)形成一股東南風(fēng)，人們稱之為“東南信風(fēng)'。這股東南信風(fēng)又把太平洋赤道上的表面洋水吹向西去。（3）而西太平洋赤道地區(qū)是由成千上萬(wàn)個(gè)島嶼和半島組成的弧形構(gòu)造，西部基本上是封閉的，從東部吹來(lái)的洋水在這里堆積，在一般年份這里的海平面比東太平洋冷水區(qū)高60厘米左右。堆積的水可達(dá)1萬(wàn)億立方米。又因這里的水不能流動(dòng)，有較強(qiáng)的蓄熱作用，所以這里成為太平洋最熱的水域。在一般年份這里比中太平洋高2°C左右，比東太平樣冷水區(qū)高6C左右。這就是非厄爾尼諾時(shí)期太平洋出現(xiàn)的三種現(xiàn)象的原因。（1）東太平洋赤道附近的冷水區(qū)，（2）太平洋赤道上的東南信風(fēng)，（3）西太平洋赤道地區(qū)堆積的熱水。上述三種現(xiàn)象的消失就是厄爾尼諾的出現(xiàn)，我們看看厄爾尼諾是怎樣形成的?，F(xiàn)在大家都公認(rèn)的現(xiàn)象是，厄爾尼諾年一定是氣溫偏高年，這是為什么?氣溫上升，大氣必然向外膨脹，這是熱力學(xué)基本法則，大氣向外膨脹，所有的大氣環(huán)流的高度也將上升。大氣平均溫度升高0.1C可使大氣平均向外膨脹20-30米。對(duì)于赤道附近的大氣向外膨脹值要比平均值高數(shù)倍。沃克環(huán)流的高度升高后將超過(guò)安第斯山，已具備跨越安第斯山繼續(xù)東進(jìn)的條件，但在南美大陸上升氣流的阻擋下。又難以東進(jìn)。全球大氣每年冬春季節(jié)西風(fēng)帶強(qiáng)盛，在強(qiáng)盛的西風(fēng)帶的推動(dòng)下，使得已具備跨越安第斯山的沃克環(huán)流得以東進(jìn)。但已是強(qiáng)弩之末，很快地在南美大陸上空下降，下降后再返回它的發(fā)源地時(shí)，立即受到安第斯山的阻擋，這時(shí)的沃克環(huán)流全部降落在南美大陸。因沃克環(huán)流帶有大量的水汽，使得這里經(jīng)常出現(xiàn)暴雨成災(zāi)狂風(fēng)大作的反常天氣。這是“上帝之子”下凡后給人間帶來(lái)的第一個(gè)災(zāi)害。與此同時(shí)，在安第斯山西側(cè)的東太平洋海域的冷水區(qū)消失，太平洋赤道地區(qū)的東南信風(fēng)也消失，堆積在西太平洋赤道的熱水向東部回流，這就是厄爾尼諾的出現(xiàn)，上面已經(jīng)講過(guò)，這種現(xiàn)象一定開始于春季。經(jīng)過(guò)四個(gè)月左右，這股熱水流到東太平洋，于是整個(gè)太平洋赤道地區(qū)都熱了起來(lái)，厄爾尼諾達(dá)到高峰期，這時(shí)的季節(jié)必然是夏季，此時(shí)，東西太平洋的海平面也趨于一致。當(dāng)厄爾尼諾達(dá)到高峰時(shí)，堆積在西太平洋赤道地區(qū)的多余的熱水也所剩無(wú)幾，沃克環(huán)流的源動(dòng)力也大為減弱，進(jìn)入南美大陸上空的沃克環(huán)流開始西退，厄爾尼諾開始減弱。如果沃克環(huán)流退回的路程與原東進(jìn)的路程相等，于是在東太平洋赤道海域又恢復(fù)了原來(lái)同-海域的冷水區(qū)，但由于沃克環(huán)流源頭的熱量比原來(lái)減少很多，所以沃克環(huán)流退回的路程往往是比原東進(jìn)的路程還遠(yuǎn)，這樣，冷水區(qū)將問(wèn)西擴(kuò)大，這就是拉尼娜現(xiàn)象。一次厄爾尼諾消失后必然出現(xiàn)拉尼娜，可以說(shuō)，拉尼娜是厄爾尼諾的“副產(chǎn)物”。圖1d表示的就是拉尼娜出現(xiàn)的原因。拉尼娜一般發(fā)生在夏秋之交，因?yàn)檫@時(shí)全球大氣東風(fēng)加強(qiáng)、西風(fēng)帶減弱。這也為沃克環(huán)流的西退提供了一些動(dòng)力。在厄爾尼娜形成的四個(gè)條件中，安第斯山起著-種獨(dú)特的作用。在氣溫不高的年份，它擋住了沃克環(huán)流的東進(jìn)。在氣溫偏高的年份，它擋住了沃克環(huán)流的回歸，這是地理因素對(duì)氣候影響的典型事例之一。安第斯山北起北緯10附近，南至南緯50附近。全長(zhǎng)約9000千米、一般高度在3000米上下，最高處處在6000米左右，主要位于南回歸線附近，這里正是沃克環(huán)流經(jīng)過(guò)之處?？梢哉f(shuō)，厄爾尼諾現(xiàn)象的形成也是大自然多種因素的巧合。1997年的厄爾尼諾是有記錄以來(lái)最強(qiáng)的一次，持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)，受害的區(qū)域廣，危害的區(qū)域廣，危害的程度大，其原因除全球性氣溫持續(xù)偏高外，地方性因素起的作用也不能忽視。東南亞地區(qū)自80年代以后，工業(yè)高速發(fā)展，海、陸、空也遭受全面的空前的污染，使該地區(qū)的溫室效應(yīng)不斷增強(qiáng)，這也為沃克環(huán)流提供了更多動(dòng)力，使它長(zhǎng)時(shí)間東進(jìn)不歸，持續(xù)一年之久，從1997年春直到1998年夏。1998年7、8月份出現(xiàn)拉尼娜，也是預(yù)料之中的，因?yàn)槌掷m(xù)一年之久的厄爾尼諾使得沃克環(huán)流的源頭失去太多熱量。1998年盡管是一個(gè)高溫年，但仍然出現(xiàn)了拉尼娜?？梢?jiàn)拉尼娜的出現(xiàn)與全球性氣溫關(guān)系不大，更多的取決于沃克環(huán)流源頭的熱能的提供情況，如果在印度尼西亞發(fā)生較強(qiáng)的火山活動(dòng)，一定會(huì)出現(xiàn)拉尼娜。拉尼娜的出現(xiàn)原因，給我們提供一個(gè)有益的啟示，如果能人為地降低西太平洋的溫度，也有可能避免厄爾尼諾的出現(xiàn)。上面談到的厄爾尼諾出現(xiàn)的三個(gè)主要現(xiàn)象：東太平洋冷水區(qū)消失，太平洋赤道地區(qū)東南信風(fēng)消失和西太平洋堆積的熱水向東回流，這三種現(xiàn)象的出現(xiàn)都是使占全球面積1/3的太平洋熱了起來(lái)，本來(lái)厄爾尼諾出現(xiàn)的首要條件就是全球氣溫的上升，這樣一來(lái)，全球更熱了。所以厄爾尼諾年給人最深的印象就是熱浪襲人。厄爾尼諾年氣候異常的主要原因也是氣溫上升引出的一系列結(jié)果。受害最重的地區(qū)就是太平洋和環(huán)太平洋地區(qū)，由于太平洋東南信風(fēng)的消失和西太平洋熱水東流、使得太平洋赤道地區(qū)變得不僅風(fēng)平浪靜、而且炎熱、干旱，雨林枯萎，1997年的印尼森林大火，與此有密切關(guān)系。由于太平洋的高溫、使得太平洋和環(huán)太平洋地區(qū)的副熱帶高壓向南緯推進(jìn)，原來(lái)副熱帶高壓在緯度30度附近，厄爾尼諾年可向北推進(jìn)到35-40度的地區(qū)、像我國(guó)的黃河流域和華北地區(qū)正位于這樣的緯度上，所以在厄爾尼諾年這里降水減少悶熱天氣明顯增多，尤其是在夏季，而春季降水會(huì)有所增加，因?yàn)榇杭疚覈?guó)華北地區(qū)冷空氣南下頻繁、與副熱帶高壓交匯的機(jī)會(huì)增加，所以降水較多。此外，受厄爾尼諾之害的另一個(gè)地區(qū)是南美大陸的中緯和低緯地區(qū)，因沃克環(huán)流在安第斯山東側(cè)的南美大陸下降，給這里帶來(lái)大量的狂風(fēng)暴雨。因沃克環(huán)流帶有大量的水汽。這是形成暴雨的有利條件、又因沃克環(huán)流的下降，形成強(qiáng)烈的地區(qū)性溫度梯度，這是形成狂風(fēng)的有利條件。厄爾尼諾消失后拉尼娜的出現(xiàn)對(duì)氣候的影響是否像有些人認(rèn)為的那樣強(qiáng)烈，值得探討。例如，有人把我國(guó)去年夏秋季節(jié)長(zhǎng)江中上游和嫩江流域出現(xiàn)的洪水歸于拉尼娜的影響，這未免夸大了拉尼娜的作用，拉尼娜的主要表現(xiàn)是東太平洋冷水區(qū)擴(kuò)大。在浩瀚的太平洋邊緣增加一點(diǎn)冷水，影響到萬(wàn)里以外的我國(guó)嫩江地區(qū)，這是難以令人置信的。拉尼娜對(duì)氣候如果說(shuō)有影響，應(yīng)主要表現(xiàn)在“冷”的方面，而1998年的氣候主要表現(xiàn)在“熱”的方面。像我國(guó)黑龍江省降水增多，都出現(xiàn)與“熱年”。1998年的氣候與1997年的氣候差不多，均屬“熱年”。按統(tǒng)計(jì)資料表明，在同樣的季節(jié)，溫度偏低的年份，我國(guó)華北地區(qū)降水增多，但在1998年夏秋之交，正當(dāng)拉尼娜出現(xiàn)時(shí)，我國(guó)華北地區(qū)氣溫明顯偏高、降水明顯減少，這顯然不像是受拉尼娜影響的表現(xiàn)。1997年的厄爾尼諾是有記錄以來(lái)最強(qiáng)的，首先是持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)，從1997年春到1998年夏，在夏秋之交出現(xiàn)拉尼娜。這對(duì)太平洋西岸的氣候產(chǎn)生不了多大影響，1998年的氣候異常，主要是厄爾尼諾起的作用。現(xiàn)在厄爾尼諾出現(xiàn)的頻次是3-5年一次，隨著全球氣溫的升降，厄爾尼諾出現(xiàn)的頻次也在變化，例如：在50-60年代，那時(shí)的平均氣溫比現(xiàn)在低0.4°C左右，厄爾尼諾出現(xiàn)的頻次是5-7年一次，到2020年以前，平均氣溫至少將比現(xiàn)在上升0.4C，那時(shí)厄爾尼諾出現(xiàn)頻次將增至2-3年一次。若氣溫還持續(xù)上升，比現(xiàn)在升高0.8C，厄爾尼諾將每年出現(xiàn)一次，即每年春季都要出現(xiàn)厄爾尼諾，夏秋之季消失，接著出現(xiàn)拉尼娜。從大氣能量的角度看，厄爾尼諾的出現(xiàn)不過(guò)是大氣為維持其能量收支平衡的一種自我調(diào)整過(guò)程，當(dāng)大氣的能量收入大于支出時(shí)就要發(fā)生大氣向外膨脹，厄爾尼諾隨之出現(xiàn)。大氣通過(guò)向外膨脹釋放出多余的能量，以達(dá)到新的平衡。大氣中二氧化碳濃度的增加或減少，是大氣能量收支變化的主要原因。近30年來(lái)，大氣中二氧化碳的濃度以加速度的形式增加著，所以氣溫也以加速度的形式上升，在過(guò)去的30年，平均氣溫上升0.4C，在未來(lái)的20年就可上升0.4Co只要人類不把二氧化碳排放量降下來(lái)，氣溫的上升就不可逆轉(zhuǎn)。在人類沒(méi)有取得比石油、天然氣、煤炭等更廉價(jià)和更容易使用的能源之前，二氧化碳的排放量不會(huì)降下降，這是人們追求最大利潤(rùn)的需要，也是生存和發(fā)展的需要。那些有關(guān)環(huán)境的宣言、號(hào)召和呼吁等在現(xiàn)實(shí)生活中顯得太有氣無(wú)力了?，F(xiàn)在看來(lái)，在未來(lái)40年內(nèi)，不排放二氧化碳的新能源取代現(xiàn)在的碳?xì)淠茉吹目赡苄陨跷ⅲ蝗祟悜?yīng)當(dāng)做好氣候變得更壞的準(zhǔn)備。厄爾尼諾的出現(xiàn)主要是一個(gè)大氣環(huán)流在做怪的結(jié)果；大氣環(huán)流是一個(gè)極為脆弱的天氣系統(tǒng)極易受到周圍環(huán)境變化的影響，這也是各地氣候變化萬(wàn)千的重要原因之一。拉尼娜的出現(xiàn)，給我們一個(gè)極有益的啟示，如果能用人工方法。把西太平洋赤道地區(qū)的水溫降下來(lái)，就可以使東進(jìn)的沃克環(huán)流退回來(lái)。這就可以避免厄爾尼諾的出現(xiàn)；西太平洋赤道地區(qū)面積約一千萬(wàn)平方公里，這里水面溫度約30C，比中太平洋高2C左右，如果能將西太平洋赤道地區(qū)近一千萬(wàn)平方公里的水面溫度平均下降2C，就可以制止任何程度的厄爾尼諾現(xiàn)象出現(xiàn)。降溫的辦法也不難實(shí)現(xiàn)，只要把深部的海水提取出來(lái)，噴灑在海面上就可以達(dá)到此目的。海洋100米深處水溫約為16C，1000米深處水溫約4C。以1000米深處的水為例，1毫升1000米深處的海洋水，至少可使10毫升30C的水，溫度下降2C，每秒取水106立方米，連續(xù)三個(gè)月，就可以使西太平洋赤道地區(qū)1千萬(wàn)平方公里水面溫度至少平均下降2C，這就完全可以把這個(gè)即將問(wèn)世的“上帝之子”窒息在胎內(nèi)。從海洋深處取水，并不需要太多的能量，把一個(gè)下端開口的輸水管伸入海洋深處，用水泵從上面提水，在提水量相等的條件下，從1米深處提出水和從1000米深處提出水，所需要的能量相等，這個(gè)道理不難理解。另外，在提水量相等的條件下，輸水管越粗越節(jié)省能量，但輸水管太粗，會(huì)增加投資費(fèi)用。用口徑12米的輸水管，用1000千瓦的水泵，每秒至少可提水100立方米，管中水位僅比海面下降1米。具體提水措施可以這樣：把1萬(wàn)艘排水量1000噸的貨船，分布在西太平洋的海面上，船上有水泵，船下安有輸水用的軟管，伸入海洋深處。從年初啟動(dòng)水泵至3月底結(jié)束，這就可以完全確保厄爾尼諾不再出現(xiàn)。估計(jì)一艘船連同有關(guān)設(shè)備在內(nèi)，需資金1000萬(wàn)美元，1萬(wàn)艘需1000億美元。這筆資金看起來(lái)很