厄尔尼诺现象及其影响
摘要：厄尔尼诺现象作为大尺度上的海-气相互作用的突出表现，不仅对大气环流和气候产生显著的影响，而且对各地的生态和经济都有一定的影响。本文主要从厄尔尼诺现象可能的成因、预测手段、影响结果和结论四个方面作了相应的介绍，较全面的分析介绍了厄尔尼诺现象。 关键字：厄尔尼诺大气环流水温 ENSO
1.前言
厄尔尼诺在西班牙语中为圣婴的意思，是热带大气和海洋相互作用的产物，原指赤道海面一种异常增温，现在定义为在全球范围内，海气相互作用下造成的气候异常。通常认为区域平均海温持续12个月以上为正距平，且海温正距平的峰值达到1°C或连续3个月区域平均海温正距平超过1°C，即可视为一次厄尔尼诺发生[1]。由于海水表面温度平均升高1°C，就会使海水上空的大气温度升高6°C，造成大气环流异常，严重地影响世界各地气候，所以厄尔尼诺现象的发生，可以引起全球性的天气气候异常，造成大范围的高温与干旱，有时也可以使原本少雨的地区暴雨成灾。 2.厄尔尼诺成因
厄尔尼诺具有区域性强，能量变化大，活动频繁、有规律(如锁相)但无严格周期等特点。厄尔尼诺的发
生、发展、消亡及再现通常有一个3-7年非严格周期的循环过程。但是，20世纪90年代后，这种现象却出现得越来越频繁了。不仅如此，随周期缩短而来的，是厄尔尼诺现象滞留时间的延长。这一现象引起了科学家的注意，目前有关厄尔尼诺的起因众说纷纭。主要存在六个推测：
太阳活动预报中心
2.1 推测1
厄尔尼诺现象是太平洋赤道带大范围内海洋与大气相互作用失去平衡而产生的一种气候现象。而引起海气相互作用失去平衡的可能原因有五种，下面将一一介绍。 2.1.1 信风张弛
通常情况，在信风的作用下热带太平洋地区会保持水位西高东低、海表温度西暖东冷。这是因为在赤道地区盛行的偏东信风作用下，在赤道大陆西岸为远离海岸的风。该风作用于海面，使得表层较温暖的海水流向大洋西侧，而大洋东侧深层较冷的海水上涌来补充表层海水的损失，形成赤道太平洋西
侧海平面比东侧高的分布。从而出现赤道东侧海域水温相对较低，尤其赤道东太平洋的海水温度比类似其他地区更明显偏低的情况[2]。另外，全球大气环流以副热带高压为中心，在北半球形成以顺时针方向偏转的大气环流系统。在这种风应力作用下，洋流自高纬度向低纬度流动，使得南美西岸盛行冷洋流，从而进一步降低了南美沿岸以及赤道东太平洋地区的海水温度。但是，信风往往会因为某种原因强度和范围发生改变。
当某种原因使得偏东信风减弱或转为偏西风时，维持赤道太平洋海面西高东低的支柱被破坏，西太平洋堆积的高水位暖海水迅速向东蔓延，使得热带西太平洋海域较正常时水位下降、暖水层变薄、海表温度降低。随着东西向海水压力差的减小，赤道潜流减弱，进而使得赤道东太平洋的涌升流也减弱；同时，向东蔓延的暖水逐步占据了赤道中、东太平洋地区，并从海面一直可以到达100米深处。因而使得赤道中、东太平洋较正常时水位上升，海表温度升高。当赤道东太平洋地区海表温度上升到一定程度时，可以认为一次厄尔尼诺事件爆发了。
2.1.2大气季节内震荡
有人认为：在海气相互作用下，赤道中、西太平洋地区的大气季节内震荡的异常加强通过减频增幅可能成为激发厄尔尼诺的重要机制之一[3]。在厄尔尼诺发生之前，热带大气季节内振荡的动能都有异常增强；伴随厄尔尼诺的爆发，热带大气季节内振荡的动能迅速减少，而准定常系统的动能却急速增强。这种不同时间尺度大气系统动能的一消一长，反映了大气系统间能量的转换或传送特征。可初步认为，当热带大气季节内振荡出现异常发展（年际异常）后，过剩的季节内振荡的扰动动能将被传送给准定常系统，使准定常系统强烈发展，在海气相互作用下激发产生厄尔尼诺事件。
2.1.3 强寒潮
我们知道厄尔尼诺通常发生在圣诞节期间，这时候东亚处于冬季。有人推测东亚季风也就是寒潮异常
可以促发厄尔尼诺的产生。当寒潮异常的活跃时，它通过行星波列不断的将能量向东南方的中、东太平洋地区，进而引起该地区偏东信风不断的被削弱，并使此地对流活动和降水加强，这种强的作用将激发30到60天的季节内振荡。这两个因素，通过海洋-大气耦合系统之间的相互作用使其不断向东扩展，最终导致了一次厄尔尼诺的发生。
2.1.4印度洋—太平洋海-气齿轮式耦合
从大气环流的角度来说，印度洋地区季风纬向环流的异常变化也可能是ENSO事件形成的一种触发机制。
2.1.5 ENSO循环理论
一次ENSO循环过程大致包括四个阶段：异常暖状态的出现和加强、异
常暖状态的减弱和正常状态的恢复、异常冷状态的出现和加强以及异常冷状态的减弱和正常状态的恢复。其中，冷态和暖态的发展机理是基于海气耦合不稳定假说（正反馈机制），而冷态和暖态的恢复机理则是西边界波反射的延迟效应（负反馈机制）。
这种正反馈机制是不稳定海气相互作用，即赤道东太平洋海温增暖引起该海域中上翻流减弱及其西侧大气中纬向向东气流增强，增强的向东气流在通过对洋面的动力作用激发产生出海洋的暖性开尔文波
（Kelvin waves），并向东传播；当开尔文波从西太平洋传播到东太平洋时，又会进一步使这里的海温增暖。经过如此不稳定海气相互作用，赤道中、东太平洋海温增暖强度不断加大，范围不断扩展，最终形成厄尔尼诺事件[4]。
2.2 海底火山爆发造成了厄尔尼诺事件
科学家们推测：海底火山喷发后的喷发物和海底热液对海温都有影响。海底火山和热液使得周围海水温度升高，在其周围形成暖水团，它们沿着洋流方向移动、扩散、合并后得到加强，这样就有可能发展成为厄尔尼诺事件。
2.3 厄尔尼诺事件的发生与地球自转速度有关
根据一些资料表明，在地球自转速度发生重大变化的年份特别是地球自转变慢的年份，常常有较强的厄尔尼诺发生。地球自转速率短期的变化和赤道东太平洋海温变化呈反向相关——地球自转速率加快时，东太平洋海表温度降低；反之则会升高。当自转减速时，“刹车效应”使得赤道附近大气和海水获得一个向东的惯性力，从而造成了赤道向西的洋流和信风减弱，西太平洋的暖水向东流动，东太平洋的冷水上翻受阻，暖水大量堆积造成海表增温，一次厄尔尼诺事件出现[5]。当自转加速时，赤道自东向西的洋流和信风则会加强，它把太平洋洋面的暖水吹向西太平洋洋面；为补充东太平洋洋面，深层冷水上涌，海表温度必然下降从而形成拉尼娜事件。由此可得出，厄尔尼诺与地球自转速度减慢有关。
2.4 厄尔尼诺可能与地球温室效应有关
有科学家从厄尔尼诺发生的周期逐渐缩短，温室效应加强这一点推断，厄尔尼诺有可能与温室效应有关。但这有待于科学家的进一步的科学证明。
2.5 厄尔尼诺与太阳黑子的异常活动有关
中国国家海洋环境预测中心通过分析250年来太阳黑子数和厄尔尼诺的相关资料发现，厄尔尼诺的发生于太阳黑子的位相有关，97%的厄尔尼诺现象出现在太阳黑子11年的周期峰值区，谷值区和太阳黑子衰减位相，尤其是峰值区出现的概率比较大。在太阳黑子谷值区附近发生的厄尔尼诺现象周期较短，一般为2-3年，而在太阳黑子增加期，厄尔尼诺现象的周期为4-5年。可以推测厄尔尼诺与太阳黑子活动有一定的关系。
2.6 厄尔尼诺现象与UFO有关
有些人怀疑厄尔尼诺现象是由UFO引擎排热引起的，厄尔尼诺出现的频率恰好与UFO出现频率成正比。当然，这只是个推测而已。
综上所述，目前被广泛接受的理论是信风张弛与厄尔尼诺有密切的关系。但上述的推测只能用来解释ENSO循环过程的某些特定的阶段，也可能在某次厄尔尼诺事件中，几种原因共同作用。虽然目前还
没有完全弄清其中的奥妙，但厄尔尼诺作为影响全球的一种现象，是不容忽视的。
3.厄尔尼诺的影响
3.1 影响机理
在全球尺度内来看，大气与海洋运动的原动力都来自太阳辐射，但因为海水吸收到的太阳短波辐射比较多，而海洋上空的净长波辐射损失又不大，因此海洋都有比较多的净辐射收入。热带海洋面积最大，而且一年中到达大气顶的纬向平均能量分布在热带海洋最多，所以热带海洋可得到最多的能量，在热量储存方面具有重要的地位。海洋表面由于吸收太阳辐射而获得能量，同时也以长波辐射，蒸发和湍流交换形式消耗热量以加热大气，海—气间的总热量差额在空间上的差异，构成海—气大气环流的气候形态，也正是这种空间差异及其在时间上的起伏，导致气候和长期天气异常，大气对热带海表温度异常有极其明显的遥响应。由于海水表面温度平均每升高1°C，就会使海水上空的大气温度升高6°C[6]，造成大气环流异常，严重地影响世界各地的气候。
3.2 影响结果
当厄尔尼诺发生时，热带中、东太平洋海温的迅速升高首先直接导致了中、东太平洋及南美太平洋沿岸国家异常多雨，洪涝灾害频繁；同时使得热带西太平洋降水减少，印度尼西亚、澳大利亚一带发生
严重干旱。它还会通过大气环流的作用，影响到中高纬度地区，甚至给全球气候带来异常。因此，厄尔尼诺还常常引起非洲东南部和巴西东北部的干旱、加拿大西部和美国北部暖冬以及美国南部冬季暖湿多雨；它与日本及我国东北的夏季低温、日本和我国的降水等也有一定的相关性。此外，厄尔尼诺常常抑制西太平洋和北大西洋热带风暴生成，但使得东北太平洋飓风增加。
厄尔尼诺导致全球气候异常，引起了暴雨，暴风雪，飓风，洪水，干旱，高温，酷暑，虫灾，低温，寒冬及泥石流等多种自然灾害，造成人员伤亡和经济滞后，对人类的社会生活和世界经济的发展带来严重的影响。受影响的领域主要有农业，林业，畜牧业，渔业，交通运输业和生态系统，同时也间接影响到工业生产和贸易等方面。
4.厄尔尼诺的预测
我们从已发生过的几次厄尔尼诺事件可以看出其引起的全球气候异常，及带来的气候灾害对人类来说是无法估量的。所以，对厄尔尼诺的预测是必需的。
从很多厄尔尼诺事件的资料中，我们可以发现没有很直观的规律。只采用统计的方法。其中一种方法是利用“大气环流-海洋现象与厄尔尼诺事件相关统计研究”，用回归统计方法构造厄尔尼诺预报方程进行预测[7]。通常需要考虑以下几种因素：海面温度、风速、海面大气压力、海面高度、南方涛动指数（SOI）和海水盐度。
①海面温度：在正常情况下，西太平洋的海温比东部高6-8℃。这种温
度差异是由于向东的信风迫使温暖的海水从太平洋东侧流向西侧，则
西侧的海水温度上升；而东部的深层海水上升补充导致东部海水温度
降低，所以可以根据海水表面温度（SST）数据来判断。
②风速：正常情况下，信风在热带太平洋地区吹向西侧，但在厄尔尼诺
时期会减弱甚至会发生倒转。因此可以对比风速与判断风向来判断厄
尔尼诺是否即将发生。
③海面高度：正常情况下，西太平洋的海面高度比东部高0.5米左右。
而在厄尔尼诺期间，东太平洋的海平面高度增高，温跃层上升。
④SOI：南方涛动指数反映了月份或季度时间尺度上塔希堤岛与达尔文
气象站间海平面气压的波动，在厄尔尼诺期间，其为负值。
⑤海水盐度：通常认为：太平洋表面海水热容量和密度变化是厄尔尼诺
现象产生的根源，当赤道两边较冷、含盐量较高的海水下沉，然后西
部温暖、含盐量低的海水向东扩散，引起厄尔尼诺现象。
此外，还有一些新的预测因素：地球自转速度和太阳黑子周期。由于大气和海洋是一个整体系统，当地球自转速度减慢时，低纬海水和大气会获得一个向东的惯性力，导致原来自东向西作大规模移动的赤道洋流和信风减弱，然后引起赤道太平洋东部冷水区上升流减弱，这一海域的水温升高，于是厄尔尼诺现象就产生了；另一方面科学家发现太阳黑子减少期到峰谷期是厄尔尼诺的多发期，此间至少有2次至3次厄尔尼诺发生，因此，专家们估计：太阳周期也可作为一因素来预测。
我国国家气象环境预报中心的专家就曾根据东亚大气环流指数与NINO3区的SST距平作为预报量，用上述方法预报。但增温转折期和明显增温都提前了1个月。而增温幅度又比预报值大出很多。显然，作为厄尔尼诺事件发生的预报，在定性上是正确的，定量上则是远远不够的国际上许多国家如：美国、英国、德国和日本等，普遍采用的是海-气耦合模式。像GFDL模式、UKMO模式、NCLA模式、LDGO模式等。由于大气和海洋的变化极其复杂，对厄尔尼诺事件的预报仅
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