構造運動與厄爾尼諾因果關系的綜合驗證

構造運動與厄爾尼諾因果關系的綜合驗證

1理解事物的過去和當下氣象學家和海洋科學家認為，奧爾尼諾是海氣相互作用的中心，因此相關研究幾乎沒有進展。歷史經驗告訴我們,只有知道事物的過去,才能理解事物的現在;只有理解事物的過去和現在,才能預測事物的未來。如果人們對中生代的溫暖地球如何演化為新生代的寒冷地球缺乏基本的了解,那么關于全球變暖的一切議論就毫無疑義:因為我們無法區(qū)分自然和人類在變暖進程中各自所起的作用。近30a來,太平洋環(huán)流減慢與南極海冰減少相對應,凸顯出德雷克海峽在海洋環(huán)流和全球氣候變化中的作用。2德雷克黨內海冰封閉和南極半島海冰在整個中生代,全球各大陸集中在一起,形成一個幾乎從一個極延伸到另一個極的巨大的單一陸塊,這種輪廓肯定有助于周圍大洋中的高效率向極熱輸送。中始新世和早漸新世之間的總的溫度下降,在整個新生代都是最急劇的。這種下降的原因之一是:德雷克通道和塔斯馬尼亞以南的通道開始為全球循環(huán)和氣候上隔離的環(huán)極流打開了通路,隔斷了對南極洲的向極熱輸送,因而產生了冰架和冷的底水。構造形態(tài)的變化是如此的重要,以至于全球的氣候完全受控于構造形態(tài)的變化。有關地質時期的氣候變化歷史表明,陸海分布及地震火山運動是厄爾尼諾的構造成因。在過去7萬年的冰川時期,研究人員們發(fā)現了厄爾尼諾現象更常見的證據。這些新的發(fā)現與現有的模型有很大的差異,解決這些差異將對研究地球的氣候發(fā)生突然變化提供線索。過去3萬年的東熱帶太平洋的類似的紀錄,發(fā)現了厄爾尼諾和拉尼娜與冰川期和間冰期交叉發(fā)生,在寒冷的時期以厄爾尼諾為主,而在溫暖的階段以拉尼娜為主。古氣候資料提供了南極環(huán)流與全球氣候相關的更可信的證據:在冰期中,德雷克海峽可能完全被海冰封閉。被截斷的環(huán)南極洋流轉而北上,完全涌入秘魯寒流,與南赤道暖流形成封閉的環(huán)流,加強赤道與南極的熱交換,使南極大陸變暖;變暖的南極大陸使德雷克海峽海冰融化,打通的德雷克通道形成環(huán)南極大陸洋流,割斷了向南極的熱輸送,減弱了秘魯寒流,形成厄爾尼諾暖事件,減弱了赤道與南極的熱交換,使南極大陸變冷。德雷克海峽被海冰完全封閉和被熱流完全打通,可形成比現代規(guī)模更大的厄爾尼諾暖事件。德雷克通道決定了南半球極地冰川在第四紀不能向中緯度延伸。冰蓋的消長和海平面變化導致強烈的地殼均衡運動,海底地震和火山活動為冰期中的厄爾尼諾事件提供充足的熱源。這種起源于海底火山和熱液噴發(fā)而導致的海洋整體熱循環(huán)是全球變暖的重要過程,它導致海洋增溫和大量二氧化碳氣體由巖石圈和海洋排向大氣,我們稱之為“海洋鍋爐效應”。全球變暖不僅與溫室氣體的增加對應,而且與海洋底部溫度的增加準確對應。深而冷的海水對調解全球氣候起至關重要的作用。在短周期的氣候變化中,德雷克海峽中的海冰進退控制氣候變化的一個可能模式是:南極半島海冰增多使西風漂流在德雷克海峽受阻,導致環(huán)南極大陸水流速度變慢和南太平洋環(huán)流速度變快,部分受阻水流北上,加強秘魯寒流,使東太平洋表面海水變冷,加強沃克環(huán)流及增強赤道太平洋熱流與南極環(huán)流的熱交換,增溫的南極環(huán)流使南極半島的海水減少;南極半島的海冰減少使德雷克海峽水流通量增加,導致環(huán)南極大陸水流速度變快和南太平洋環(huán)流速度變慢,使部分本應北上的水流轉而進入德雷克海峽,造成秘魯海流變弱和東太平洋表面海水變暖,減弱沃克環(huán)流;結果使堆積在太平洋西部的暖水東流,減弱赤道太平洋熱流與南極環(huán)流的熱交換,降溫的南極環(huán)流使南極半島海冰增加。這就是德雷克海峽的海冰變化調控全球氣候變化的機制,稱之為南極環(huán)大陸海冰的氣候開關效應(見圖1)。當南極洲的溫度變冷時,存在很多海冰的德雷克通道處于封閉狀態(tài),阻塞環(huán)南極大陸海流,加快南太平洋環(huán)流,并從向極方向連接南極洲熱輸送,因而使南極洲變暖;當南極洲的溫度變暖時,存在很少海冰的德雷克通道處于開放狀態(tài),打通環(huán)南極大陸海流,減慢南太平洋環(huán)流,并從向極方向隔離南極洲熱輸送,因而使南極洲變冷。如圖1所示,非洲海冰開關,澳大利亞海冰開關,以及德雷克海峽海冰開關控制了環(huán)南極大陸海流,并從向極方向隔離或連接向南極洲的熱輸送,因而增加或減少在非洲、澳大利亞和南美洲西部的海洋寒流流量。因此,南太平洋海溫的增加和減少在環(huán)南極3個“海冰開關”的控制下不斷交替發(fā)生,與南太平洋環(huán)流速度減慢與增加相對應。其中,厄爾尼諾與德雷克海峽海冰減少對應,拉尼娜與德雷克海峽海冰增加對應。3海洋風環(huán)流形成的原因日長月均值變化的季節(jié)變量平均為1.27ms,相當于固體地球角動量有0.86×1033g·cm2/s的變化,而大氣相對西風角動量月均值的季節(jié)變化平均為0.73×1033g·cm2/s。后者約占前者的85%。計算結果表明,風效應在2月最大,達0.36×10-8弧度,已占該月BIH(國際時間局縮寫)觀測值的63%;潮汐作用的貢獻比風效應要小一個數量級;氣團、洋流和地下水則對風效應起抵消作用。南大洋的西風漂流是地球上唯一的海洋繞極環(huán)流,它在抵消風效應的同時,也形成環(huán)南極海流本身的角動量變化,是西風與固體地球角動量交換的中間媒介:西風首先與海洋環(huán)流發(fā)生角動量交換,然后海洋環(huán)流再與固體地球發(fā)生角動量交換,形成南半球大氣、海洋與巖石圈角動量交換的滯后效應。南、北半球的大氣相對西風角動量本來是反相關關系。這個滯后于北半球西風與固體地球直接角動量交換的特殊過程導致全球大氣角動量的變化主要由北半球大氣角動量的變化來決定。南半球海洋西風漂流角動量的異常增加是地球自轉速度異常減慢、全球氣候異常變化和厄爾尼諾事件突然發(fā)生的原因:德雷克海峽海冰減少導致繞極環(huán)流流量增加,地球自轉減速,秘魯寒流減弱(即太平洋環(huán)流減弱),厄爾尼諾發(fā)生;德雷克海峽被海冰封閉或半封閉導致繞極環(huán)流消失或流量減少,地球自轉加速,增強秘魯寒流(即太平洋環(huán)流增強),拉尼娜發(fā)生。4地球動力學模型的日長與季節(jié)性、年際時間尺度上的差異旋轉運動厄爾尼諾與地球自轉速減慢對應。鄭大偉等的研究表明,地球自轉的年際變化與表征ElNino事件的東太平洋赤道帶(180°~80°W,5°S~5°N)海面水溫(SST)的月距平曲線存在相當好的一致性。在赤道帶海溫增暖時期(稱為ElNino形成時期),地球自轉年際速率減慢;海溫減暖時期(稱為非ElNino時期),地球自轉速率加快。每次ElNino事件幾乎都發(fā)生在地球自轉年際速率由加速變?yōu)闇p慢之后。自1962年到1991年,兩次海溫最大增暖的強厄爾尼諾事件發(fā)生在1972年和1982—1983年間,日長增長達0.3ms。用全球帶風氣象資料(至1989年7月)歸算的大氣角動量(AAM)年際變化的極值點時間與△LOD和SST年際變化的分析結果是一致的。分析表明,當地球自西向東旋轉加速時,赤道帶附近自東向西流動的洋流和信風加強,把太平洋洋面暖水吹向西太平洋,東太平洋深層冷水勢必上翻補充,海面溫度自然下降而形成拉尼娜現象。當地球自轉減速時,“剎車效應”使赤道帶大氣和海水獲得一個向東慣性力,赤道洋流和信風減弱,西太平洋暖水向東流動,東太平洋冷水上翻受阻,因暖水堆積而發(fā)生海水增溫、海面抬高的厄爾尼諾現象。根據地球自轉與熱帶海洋、大氣相互作用的理論機理,可以對厄爾尼諾現象進行預測。中國科學院上海天文臺鄭大偉課題組曾在20世紀80年代末,用該理論機理首次在國際上分析預測到1990—1991年較強的厄爾尼諾事件。計算表明,環(huán)南極西風漂流速度的增加與減少是地球自轉速度異常減慢與加快的原因。日長增長達0.3ms相當于南半球西風漂流帶的流速加快3.33cm/s。據周永宏等人的綜合分析,地球自轉運動不僅表征地球整體的運動狀態(tài),也反映了固體地球與大氣、海洋、地幔和地核在各種空間和時間尺度上的耦合過程。日長在季節(jié)性、亞季節(jié)性和年際時間尺度上的變化與全球大氣活動有著密切的關系。日長的季節(jié)性變化,由一個周年項和一個半年項組成,前者變化的幅度約0.4ms,后者約0.3ms。兩種波動疊加在一起,出現兩個波峰,其幅值變化的極小值通常位于1和7月。光學天體測量資料存在季節(jié)性的系統(tǒng)誤差,而空間大地測量資料的季節(jié)性誤差要小得多。去除幅度相當大的半周年潮汐項后,日長的季節(jié)性變化主要是因為作用于固體地球表面的摩擦力矩和山脈力矩,引起大氣和固體地球之間軸向角動量的交換。日長季節(jié)性變化中的90%以上來源于風速變化,剩余部分則來自大氣壓變化和海洋的激發(fā)。Zheng等人通過歸算和監(jiān)視日長年際變化極小值的方法,成功地預測了1991—1992年的ElNino事件。以上討論是在地球不受外力作用下,由角動量守恒定律導出的結果。事實上,由于潮汐形變,地球各圈層的角動量是不斷變化的,由此引起各圈層的差異旋轉。地球各圈層潮汐形變的規(guī)模不相同,大氣圈的起伏約為80m,海洋圈的起伏大約為60cm,固體地球的起伏約為20cm,比例為400∶3∶1。由三軸橢球體和三軸橢球體殼自轉周期T及其增量dT與極半徑c及其增量dc的關系式,有據此計算,速度增量比也為400∶3∶1。當日月在赤道,日月大潮在赤道處形成最大潮汐高潮區(qū),地球的大氣圈、水圈和巖石圈的扁率變大,自轉變慢,由于速度增量比不同,大氣圈最慢,水圈其次,固體地球第三,形成不同圈層差異旋轉運動。月亮在南北緯28.6°和太陽在南北回歸線時情況正好相反。由此引起的深海冷水擾動會使海面水溫降低,影響全球氣候。所以,大氣和海洋相對固體地球向西運動,使太平洋海面東低西高,有利于拉尼娜事件形成;反之,月亮在南北緯28.6°和太陽在南北回歸線時情況正好相反,有利于厄爾尼諾的形成。潮汐作用產生的地球自轉變慢有利于拉尼娜形成;在不受外力作用的地球各圈層角動量交換條件下,固體地球自轉減慢有利于厄爾尼諾形成。若兩種情況同時發(fā)生,則產生相互抵消的效果。盡管潮汐產生的地球自轉減慢可以校正消除,但其對拉尼娜和厄爾尼諾的影響依然存在。這是用地球自轉減慢來預測厄爾尼諾事件精度不高和至今無法用地球自轉加快來預測拉尼娜事件的原因。當地球由遠日點運動到近日點時,太陽引潮力增加10%,da=0.5cm,帶入公式(1),得日長增量dT=0.00007s,相當于1/14286s。這使遠日點的地球自轉速度大于近日點的自轉速度。實際上,春分(3月20—22日)和秋分(9月22—24日)時,太陽在赤道,太陽潮使地球各圈層扁率變大,每年1月25日—4月7日(72d)及7月30日—11月6日(109d)為地球自轉減速階段;夏至(6月21日或22日)和冬至(12月21—23日)時,太陽在南北回歸線,太陽潮使地球各圈層扁率變小,每年4月9日—7月28日(110d)及11月18日—1月23日(66d)為地球自轉加速階段。快慢時段的晝夜時間(日長)長短的差別不超過幾千分之一秒,但是這種變化可以影響到氣象事件,與計算值量級完全相符。日長幅值變化的極小值通常位于1和7月即是證據。自1962—1991年,兩次海溫最大增暖的強厄爾尼諾事件發(fā)生在1972年和1982—1983年間,日長增長達0.3ms。兩者的量級相近,考慮到月亮潮(強度為太陽潮的2.17倍)的疊加作用,若兩種事件同時發(fā)生則相互干擾不可避免。5太陽活動的影響利用1978—2002年的衛(wèi)星數據來計算大氣溫度的變化,結果表明,對流層中溫度長期變暖的趨勢與同一時期地球表面記錄的變暖趨勢相當或比之更大。在20世紀的氣候記錄中有兩段時期全球氣溫明顯變暖:1925—1944年,1978—2000年。是什么原因導致全球氣溫在20世紀前50a上升的呢?模擬人為因素(如溫室氣體的加劇)的氣候模型令人信服地重現了后一時期的氣候,但卻解釋不了前一次變暖過程。新的模擬結果支持這樣的觀點:南極洲上空臭氧層的減少對南極的氣候變化負直接責任。環(huán)繞南極的西風在最近幾個十年中增強了。模擬的結果與觀察到的氣候變化一致,表明平流層的臭氧減少事件最終會影響到地球表面的氣候。太陽活動的循環(huán)變化對氣候變化非常重要,臭氧在很大程度上放大了太陽活動周期的效應。到達地球的太陽輻射能大約有2%被平流層的臭氧吸收。太陽活動最強時,更多的射線照到地球。太陽輻射的變化幅度很可能只有0.1%~0.3%,但是,氯化物、增強的太陽風和南極大氣渦旋大量破壞南極臭氧,“臭氧洞漏能效應”使平流層變冷對流層變暖。實驗發(fā)現,臭氧層損耗最嚴重的時刻多發(fā)生在極地長夜即將結束的時刻,極地日出對臭氧層造成破壞。氣體在高層大氣中的分布,與物質密度密切相關。臭氧(48)比氯離子(35.5)重,比氯分子(71)輕。兩極的極晝和極夜交替使氯在一年內因得失光照而在離子態(tài)和分子態(tài)之間反復變化,又因重力作用而穿梭于臭氧層,對流層在極晝開始后迅速膨脹形成的繞極大氣渦旋起強化作用。這是兩極在極晝初期形成臭氧洞的基本原因。臭氧洞漏能效應使被臭氧層阻隔的2%太陽輻射能量由平流層進入對流層,導致南極平流層變冷對流層變暖。南極大陸的海冰大量融化,打開德雷克海峽的海冰開關,減弱秘魯寒流,進一步增強厄爾尼諾現象。過去人們認為,破壞臭氧的含氯化合物都是人為產生的。最近發(fā)現,天然生成的溴也是臭氧的破壞者;由腐爛植物所產生的氯化碳氫化合物在土壤、沉積物和天然水中的分布比無機氯更豐富。W·H·Casey指出,這個發(fā)現“帶有驚人的社會和科學意義?！边@些新發(fā)現再次證明:南極臭氧洞的形成,既有人為因素,也有自然因素。據任福民等人的研究,臭氧變化表現出明顯的20~31個月的準兩年震蕩。從總體上看,北半球的準兩年振蕩明顯弱于南半球。在西太平洋暖池區(qū),臭氧變化表現出與其他地區(qū)顯著的差異,是海洋表面強熱源產生的對流所致。臭氧變化、南極海冰變化和太平洋海溫變化都有準兩年周期,太陽活動通過他們的放大作用對厄爾尼諾產生影響,使厄爾尼諾事件也帶有兩年周期波動的影響。這些新發(fā)現再次證明:太陽活動對厄爾尼諾的影響也受地形特別是陸海分布的制約。林振山等人發(fā)現,極地和高緯地區(qū)的日食與厄爾尼諾有很好的對應關系,連續(xù)3~6次發(fā)生的高緯地區(qū)日食可以減弱赤道信風,誘發(fā)厄爾尼諾現象;一年內在赤道連續(xù)發(fā)生3次或3次以上的日食,則當年必發(fā)生拉尼娜事件。日食-厄爾尼諾系數為10就可以引發(fā)一次厄爾尼諾事件,2004年的厄爾尼諾系數為8.5,他們預測2005年發(fā)生弱厄爾尼諾事件。我們的計算表明,當日月在赤道,日月大潮在赤道處形成最大潮汐高潮區(qū),地球的大氣圈、水圈和巖石圈的扁率變大,自轉變慢,由于速度增量比不同,大氣圈最慢,水圈其次,固體地球第三,所以,大氣和海洋相對固體地球向西運動,加強赤道信風和赤道暖流,使太平洋海面東低西高,有利于拉尼娜事件形成;反之,月亮在南北緯28.6°和太陽在南北回歸線時情況正好相反,有利于厄爾尼諾的形成。這為日食—厄爾尼諾系數理論提供了新的能源動力,也是厄爾尼諾現象通常在圣誕節(jié)(12月25日為圣誕節(jié),太陽在12月21—23日冬至時直射南回歸線,1月3日或4日為地球近日點,太陽潮最強)附近發(fā)生的原因。日長幅值變化的極小值通常位于1和7月,原因就在于夏至(6月21日或22日)和冬至(12月21—23日)時太陽在南北回歸線,太陽潮使地球扁率變小,自轉變快。我們發(fā)現,太平洋海溫的準兩年震蕩是日食-厄爾尼諾系數與厄爾尼諾之間存在12~24個月位相差的原因,厄爾尼諾一定發(fā)生在太平洋海溫暖年,拉尼娜一定發(fā)生在海溫冷年。從1951—2003年,這種對應關系無一例外,是預測厄爾尼諾的最有效指標,也是決定厄爾尼諾發(fā)生的主因。2004年日食-厄爾尼諾系數較大值8.5可能使厄爾尼諾發(fā)生在當年或2006年的暖年,2008年日食—厄爾尼諾系數大值12可能使厄爾尼諾發(fā)生在當年(暖年),2007年海溫冷年將發(fā)生拉尼娜事件。強潮汐起激發(fā)作用。根據日食-厄爾尼諾系數理論,發(fā)生在赤道和低緯地區(qū)的日食可誘發(fā)拉尼娜事件。2005年的日食-厄爾尼諾系數為-2(累計值為-5),與1998年相同,可誘發(fā)一次拉尼娜事件。2000年世界進入拉馬德雷冷位相后,拉尼娜現象將逐漸強烈,臺風災害日趨嚴重。從1951年以來,日食—厄爾尼諾系數達到-2的年份共有14個,其中9個發(fā)生了拉尼娜事件,發(fā)生概率為0.64。日食—厄爾尼諾系數負值有累計特征,沒有發(fā)生拉尼娜的負值,一定累計到下一次負值,強化下一次的拉尼娜事件。如,1954年的日食-厄爾尼諾系數為-1,累計值為-4(1951—1952年累計值為-3),發(fā)生了拉尼娜事件(中間間隔1953年厄爾尼諾事件)。1954年單憑日食—厄爾尼諾系數值-1是不能發(fā)生拉尼娜事件的,所以,沒有連續(xù)兩次不發(fā)生拉尼娜事件的負值出現。這就是能流不滅定理,即一種能量在沒發(fā)生作用前是不會消失的。2001年日食-厄爾尼諾系數為-3,沒有發(fā)生拉尼娜事件,2005年為-2,累計值為-5。這是我們預測2005年5月以后發(fā)生拉尼娜事件的根據。事實上,2004年發(fā)生了弱增溫,2006年8月至2007年2月發(fā)生了厄爾尼諾事件,2007年8月發(fā)生了拉尼娜事件。2008年4—7月為強潮汐時期,此期間拉尼娜結束,厄爾尼諾發(fā)生。預測實踐表明,日食—厄爾尼諾系數理論和海溫準兩年波動有較好的預測效果。表1是我們在2003—2005年的預測根據與結論。6厄爾尼諾地震群與地殼反向升降的關系赤道信風使暖水集中在赤道西太平洋,冷水集中在赤道東太平洋,溫差為3~9°C,高差為40~60cm。當厄爾尼諾到來時,情況發(fā)生逆轉。由于地殼均衡原理和水均衡作用,東西太平洋地殼在拉尼娜事件和厄爾尼諾事件交替中至少分別升降13~20cm,引發(fā)地震活動和火山活動,造成太平洋海溫異常升高。由此引發(fā)的地殼均衡運動具有東西太平洋地殼反向升降的特點,與潮汐引起的東西太平洋海面60cm高差相疊加,相互加強。這是厄爾尼諾前后強潮汐激發(fā)地震火山作用非常明顯的原因。我們稱之為“大洋地殼蹺蹺板運動”。蹺蹺板累計力矩達1.3×1010N。由布拉德·亞當斯教授領導的研究小組通過對極地巖心和其他氣候現象(比如年輪、珊瑚等)的研究,推斷出厄爾尼諾氣候急劇變化的時間,然后將這些時間記錄與1649年以來記錄在案的熱帶地區(qū)火山爆發(fā)的時間進行比較。每當有一次火山爆發(fā),當年冬天出現厄爾尼諾現象的幾率就會增加一倍?；鹕奖l(fā)時會噴出大量巖灰到平流層,它們將阻礙太陽光線到達地球,既而使大氣氣溫下降十幾度之多。研究人員認為,火山爆發(fā)會改變大氣和海洋之間的相互作用,極有可能導致熱水集中在太平洋中心部位,既而引發(fā)厄爾尼諾現象。Walker,D.A發(fā)現,兩個截然不同的現象———厄爾尼諾和地震群———不顧它們無規(guī)律的循環(huán)速率和周期,看上去幾乎是同時發(fā)生的。在過去最持久的6個厄爾尼諾與最反常的插入式地震活動相一致,它們在1964到1992年沿東太平洋隆起從15°S到40°S同時發(fā)生。7厄爾尼諾南方濤動enso循環(huán)的季節(jié)動態(tài)從1955年以后,用近代儀器觀測到,地球自轉加速度約每4a就有一次突然的變化。平緩的變化可能是由于地幔與地核的角動量交換,但突然變化的原因現在還不清楚。根據美國華盛頓和理士滿(Richmond)兩地測得的地球轉速季度平均值的變化,可用一條折線近似地表示,其轉折點各在1957.79,1961.93和1965.61。在這些點上加速度的變化是急劇的,但速度是連續(xù)的。這個現象有無特別的物理意義,現在尚難斷定。季節(jié)性的日常變化約為0.6ms,相當于±60×10-10,并且各年幾乎相同。季節(jié)性的加速度約為±650×10-10/a。這個變化主要是由于風引起的,但潮汐也有影響。最近,我們在研究特大潮汐時,意外發(fā)現月亮近地潮和太陽近地潮有4a準周期的疊加關系,與地球自轉加速度4a周期變化一一對應。由于這個變化受到日月大潮的強烈干擾,所以潮汐強弱表現為準2a周期和準4a周期變化,并且疊加日期有規(guī)律的遞進變化。在地球近日點(1月3—4日)附近(標準為相差不過15d),月亮近地潮和日月大潮的疊加(標準為相差不過3d)形成最強的特大潮汐。從表2中可以看出,1月6日、8日、9日和17日的月亮近地潮在地球近日點附近,與日月大潮疊加時產生最大潮汐,導致厄爾尼諾或災害年發(fā)生。4a重復一次,其中有1a或2a發(fā)生變化,稱為4a準周期。潮汐強弱表現為2~8a的變化周期,其中明顯的含有準2a周期和準4a周期變化。南印度洋和東南太平洋范圍的南極海冰變化、赤道東太平洋的海溫變化和地球自轉速度變化都有準4a周期,與太陽近地潮和月亮近地潮疊加的準4a周期對應。小波分析的結果表明,厄爾尼諾─南方濤動(ENSO)循環(huán)的周期從20世紀50年代以來經歷了顯著的變化。其主周期在60年代中期由6a左右突變?yōu)?a左右,隨后逐漸增為4a左右。70年代中期之后,ENSO循環(huán)呈現準5a振蕩,同時也含有一個明顯的準兩年振蕩分量。研究表明,強潮汐、地震、火山和厄爾尼諾有很好的對應性和因果關系[3,23,30,38,41,45],大氣、海洋和巖石圈的相互作用是厄爾尼諾產生的原因。厄爾尼諾現象有近似2.2、5.5、11a和22a周期。東南太平洋(120°W~60°W)的海冰,主周期為120個月,次周期分別為48、26.7和20個月。地磁軸圍繞地理軸以0.05(°)/a的平均角速度旋轉,似乎有7000a的周期性。非偶極場以0.2(°)/a的速率向西漂移,繞地球漂移1周約需1800a。地磁還有11a左右的“太陽周期”。地球主磁場的長期變化顯示出清晰的30a周期變化。南半球大氣溫度場從地面層直至對流層頂廣泛盛行著十分顯著的與太陽磁場磁性22a周期變化相一致的變化周期。地球海洋溫度變化廣泛盛行著22a尺度的年代際周期性變化,這種22a變化周期在深層海洋中更為清楚。南北半球中緯度平流層和對流層大氣溫度場普遍存在22a變化周期。交點月周期27.21d,朔望周期29.53d,合成周期2.2014a。近點月周期27.55d,與朔望周期合成2.2274a周期。交點月周期27.21d和月亮近點月周期27.55d合成2.0533a周期。月亮赤緯角變化周期為13.6d、27.3d和18.6a。與朔望周期合成1.1044a和2.208787a周期。月亮赤緯角變化周期27.3d與月亮近點月周期27.55d合成2.059a。因此,潮汐有1.1、2.06、2.2、18.6a的基本周期。由此衍生的周期有5.5、10、11、22、30.9、55、55.8、61.8a周期,與氣候現象循環(huán)的記錄有很好的對應性,并與太陽黑子周期產生疊加效應。潮汐還有1800a周期,與近一萬年氣候變化相對應。由此可見,潮汐10、11、22、31、55、55.8、61.8、1800a的強弱變化比太陽活動更有利于解釋厄爾尼諾、海冰、地磁、氣溫、海溫、地震的周期變化。氣候變化與構造運動密切相關。例如,日月對地球赤道凸起的吸引導致歲差運動,由于內核成橄欖形,不受日月的攝動作用,可在液核中相對赤道突起差異旋轉,產生地磁極繞地理極的西向漂移。液核的潮汐波動是地磁場變化的重要原因。8厄爾尼諾事件與環(huán)澳大利亞氣候突變例證之一:南極海冰季節(jié)性變化幅度較大,與赤道太平洋海溫和流速相關。海冰凈冰面積在2月最小,為2.3×106km2,在9月最大,為15.4×106km2,最大值約是最小值的6.5倍。南太平洋低緯度的海溫,歷年在3月附近為最暖,9月附近為最冷。日長在1月份比在7月份要長,即1月的地球自轉速度比7月減慢。在南、北半球±10°的低緯度地區(qū),自東而西的太平洋赤道洋流在2月最大流速為51cm/s,8月最大流速大于77cm/s。即8月赤道洋流流速要明顯地大于2月。例證之二:120°W~60°W南極海冰,即東南太平洋的海冰,主周期為120個月,次周期分別為48、26.7和20個月。全南極海冰主周期為60個月,次周期為21個月。南印度洋范圍(0°E~120°E)和東南太平洋范圍的南極海冰的變化主周期分別是80個月和120個月,但都有顯著的48個月的次周期。這個周期與赤道中東太平洋的海溫變化周期大致相同。因為環(huán)南極海冰變化和太平洋海溫都具有準兩年周期,所以厄爾尼諾熱事件和拉尼娜冷事件應該與海冰變化引起的赤道海洋表面溫度兩年周期變化一一對應。表1給出了厄爾尼諾事件與東赤道太平洋表層海溫兩年周期振蕩的對應關系。厄爾尼諾事件一定發(fā)生日食—厄爾尼諾系數極大值之后的海溫暖年內,它可以解釋日食與ElNino之間存在12—24個月的位相差。這種對應關系表明,南極半島海冰的增減是太平洋環(huán)流速度增加與減慢的原因。它與秘魯寒流的增強與減弱一一對應。例證之三:2006年11月15日澳大利亞正值夏季,澳大利亞維多利亞州的部分地區(qū)卻突降大雪,當地氣溫也出現大幅下降。造成這次降雪的主要原因是一股來自南極的寒流突然來襲。澳大利亞地處南半球,時值春夏交接,但在10月,澳大利亞先是遭遇百年來最嚴重的干旱,然后又在27日開始猛降溫,雪雹齊下。其中,塔斯馬尼亞州兩周內的溫度更是從33.1℃急降至最低-6℃。塔斯馬尼亞州首府霍巴特27日晚氣溫突然驟降至2℃,并出現大量霜雪及冰雹。霍巴特附近的威靈頓山區(qū),氣溫更降至-6℃,創(chuàng)下41年來10月夜間最寒冷記錄。澳大利亞東南部的塔斯馬尼亞島因為這場嚴寒,30多年來第一次迎來了降雪。南極大陸三個海冰氣候開關可以解釋澳大利亞的氣候突變。據國家氣候中心2006年10月海冰監(jiān)測,南極海冰較常年同期以偏多為主。除別林斯高晉海附近海冰密集度較常年同期偏低20%~60%外,南大西洋西部、南印度洋西部和南太平洋西部沿60°S的海區(qū)海冰密集度較常年同期偏高20%~60%。由于澳大利亞海冰開關Ⅱ的海冰增加,阻塞了西風漂流的通道,加強了西澳大利亞寒流,使東印度洋海水變冷。由于增加的海冰迫使西風漂流北移,澳大利亞東南部的塔斯馬尼亞島因此而遭遇這場嚴寒。這是澳大利亞在10月和11月遭受寒流襲擊的原因,也是環(huán)南極三個“海冰開關”控制全球氣候突變的證據。強潮汐激發(fā)的冷