厄尔尼诺现象

有关气象的背景知识--厄尔尼诺现象
气象理论认为驱动气候长期变化的动力是热带太平洋的加热和冷却。海风就是个众所周知的例子。在晴朗的下午,大陆要比海洋增温快;陆地上的空气加热并抬升,海洋表面上的冷空气流向海岸取代热空气。在高层,热空气流向海洋并冷却下沉,于是一个循环就形成了。这种原理在整个地球都适用。一年中,赤道得到的太阳直射光线比中纬度和极地都要多,因此,赤道海洋比其它海域吸收的热量要多得多。赤道海洋上空的空气被海水加热后膨胀上升(带着热量),流向极地;相反,副热带和极地的高密度冷空气流向赤道,取代了那里的热空气。换言之,大气和海洋的相互作用就像一个地球的热机。这种热量的连续再分配,再加上受地球自西向东转动的影响,产生出了高空急流和盛行向西吹的信风。然后,风随地球的旋转带动了大尺度的洋流,如北大西洋的墨西哥湾流、南太平洋的洪堡海流、南、北赤道洋流。在热带海洋处,东风获得了海上的水汽并将之从世界的一个地方带到另一个地方然后下沉。例如,海洋-大气的动力作用使南美太平洋沿岸地区一般比较干燥,而在太平洋海盆另一侧的印度尼西亚和新几内亚却有着茂密的丛林。信风向西吹带动热带海洋的上层暖水。当暖水在西太平洋堆积时,东太平洋的深层海水便涌升至表面。正如研究人员逐步认识到的那样,如果他们获取了热带太平洋某些海域的次表层温度,就能提前几个月预报出信风。相反,如果知道了信风的特点,海表温度也能预报出来。
厄尔尼诺问题首先是在大气研究中提出的。二十世纪初,英国数学家、印度气象台台长Sir Gilbert Walker利用已有的气象资料在大气科学研究中做出了根本性的突破。1899年,印度农民所希冀的季风雨
迟迟未来,紧接着一场大饥荒发生了。Walker授命研究这种天气异常的预报方法,他精选从全球气象观测网中挑出来的四十年温度、气压和降水资料,发现东南太平洋(塔希提岛以东)和印度洋(澳大利亚的达尔文站以西)气压之间有一种跷跷板式的关系,也就是说,这其中的一个地区气压偏高,另一个地区的气压反过来就偏低。在1928年给皇家气象科学会提供的一篇论文中,Walker将这种跷跷板式的气压型定义为南方涛动,还给出了测量两个地区之间的气压差的尺度。他观测得到,每当气压东边很高西边很低时,印度的季风雨量就会很大。而东西差异不大时,雨量则小,甚至无雨或干旱。此外,Walker的研究还指出干旱条件不仅袭击澳大利亚、印度尼西亚和印度,还会袭击非洲的次撒哈拉沙漠地带,与此同时
,加拿大则可能出现暖冬。由于Walker用图点出了一年中不同时段两地气压差之间的时间滞后相关性,他认为这些观测结果也可以用于一些地区的长期天气预报。Walker很有洞察力和远见,但他却不能识别南方涛动的物理机制。后来的三十年,由于各方面的因素,对南方涛动的深入研究跌入低谷。其中最主要的是在1930年到1950年之间,表征厄尔尼诺和南方涛动的气候信号较以前异常不明显,人们的研究热情随之降低。
什么是厄尔尼诺现象?
"厄尔尼诺"现象正在威胁着世界。西班牙语"El Nino"意为"小孩",写成"EL NINO"则是"圣婴"(Christ c
hild)的意思。这个词最初出现在19世纪,当时的秘鲁航海家发现,每隔数年,在圣诞节前后,海岸附近的海水温度升高,海流变向朝南。同时,气候变坏,像天性反复无常的小孩在大发脾气。正常情况下,强劲的西向贸易风将太平洋南美洋面的海水吹向亚洲,在温暖的海水上面,潮湿的空气上升,大气压降低,导致大量的降雨,滋润了亚洲的雨林。同时,高空的冷空气流向南美,在那里形成高气压,导致南美太平洋沿岸降雨减少,成为地球上最干旱的地区之一。但是调皮的"圣婴"改变了这种天气模式。西太平洋沿岸的大气压升高,导致从澳大利亚到印度的阶段性干旱天气。贸易风减弱,在极端的年份甚至变成向东吹。在气象学上,"厄尔尼诺"现象是指南美赤道附近(约北纬4度至南纬4度,西经150度至90度之间)幅度数千公里的海水带的异常增温现象。由于水的比热要比空气约大四倍,密度约大1000倍,因此海水温度的微小变化所释放的热量就可使其上空的大气环流发生剧烈变化,造成气候异常。
原来,太平洋洋面并不是完全水平的。在南半球的太平洋上,由于强劲的东南信风向西北横扫,将海水也由东南向西推动,结果是位于澳大利亚附近的洋面要比南美地区的洋面高出约50厘米。与此同时,南美沿岸大洋下部的冷水不停上翻,给这里的鱼类和水鸟等海洋生物输送大量养料。
令人不解的是,每隔数年,这种正常的良性环流便被打破。一向强劲的东南信风渐渐变弱甚至可能倒转为西风。而东太平洋沿岸的冷水上翻也会势头减弱或完全消失。于是太平洋上层的海水温度便迅速上升,并且向东回流。这股上升的厄尔尼诺洋流导致东太平洋海面比正常海平面升高二三十厘米,温
奉化市锦屏中学度则升高2-5摄氏度。这种异常升温转而又给大气加热,引起难以预测的气候反常。例如,厄尔尼诺曾使南部非洲、印尼和澳大利亚遭受过空前未有的旱灾,同时带给秘鲁、厄瓜多尔和美国加州的则是暴雨、洪水和泥石流。那次厄尔尼诺效应
造成了1500余人丧生和80亿美元的物质损失。
厄尔尼诺现象的成因
关于厄尔尼诺现象的成因,迄今科学家们尚未到准确的答案。有人认为,可能是太平洋底火山爆发或地壳断裂喷涌出来的熔岩的加热作用造成洋流变暖,进而导致信风转弱和逆转。另有人则推断,也许是因为地球自转的年际速度不均造成的。他们说,每当地球自转的年际速度由加速度不均造成的。他们说,每当地球自转的年际速度由加速变为减速之后,便会发生厄尔尼诺现象。还有人提出,太阳黑子异常可能是导致厄尔尼诺现象的原因。来自美国国家航空航天局和霍普金斯大学物理研究室的专家,以及委内瑞拉安第斯大学天体物理学系的研究人员2月26日在委内瑞拉西北部共同观测了日蚀。他们对太阳直径进行了精密的测量,将所得数据与近20年的统计相比较,希望以此确定太阳活动与地球气候变化之间的必然联系。这些科学家说,太阳黑子的"顽皮的行为"很可能是导致温室效应和"厄尔尼诺"等全球性气候反常现象的原因。
尽管厄尔尼诺的成因尚未查清,但人类并未在它面前听天由命、无所作为。1986年国外科学家成功地
提前一年预报了厄尔尼诺现象的来临,并积极探索温室效应与厄尔尼诺现象之间的联系。可以预言,人类终将能解开这一肆虐人类的大自然之谜,并出办法,避免它的危害。
"厄尔尼诺"对人类的影响
对居住在印度尼西亚、澳大利亚、东南非的人来说,厄尔尼诺意味着严重的干旱和致命的森林火灾。厄瓜多尔、秘鲁、加利福尼亚的人则认为厄尔尼诺会带来暴风雨,然后引发严重洪水和泥石流。在全世界范围内,强厄尔尼诺事件不但造成几千人的丧生,还会使成千上万人流离失所、数十亿美元损失。而在美洲东北沿岸的居民认为厄尔尼诺会使冬天变得更温暖(可节省取暖费),飓风季节相对平静。1982到1983年的强厄尔尼诺事件爆发时间十分异常。4月前后,秘鲁沿岸的海温并不是特别高。后来才知道1982年7月,厄尔尼诺的信号就已明显表现出来。不幸的是,4月份,墨西哥El Chichon火山爆发,向大气高层喷射出大量微粒云团,使监测太平洋海温的卫星受到干扰,卫星监测到的海温比实际要低得多。那时虽然赤道处也有浮标,但观测资料却在数月后仪器被修复才得到。所以,实际上科学家们没有意识到一场威胁即将来临。澳大利亚经历了本世纪最严重的灾难,大火、农业灾害和牲畜死亡造成了数亿美元的财政亏损。非洲的次撒哈拉的大部分地区遭受了旱灾,像南非共和国和津巴布韦这样的食物出口国也不得不向国际社会求援。而厄瓜多尔南部和秘鲁
北部部分地区在六个月的时间里竟下了100英寸的雨,河水的流量是正常的一千倍。在整个事件中,全世界有2100人丧生,几十万人被迫疏散,更多的人无家可归,全球损失超过130多亿美元。
1997年初,其中一些模式就把海温变暖的报警信号显示了出来。春季,NOAA咨询报告向世人警示,可能会出现一场大的厄尔尼诺事件。到十一月,厄尔尼诺增暖的高峰期,4500英里的广阔海域上的海表温度上升了5摄氏度,这是有记录以来最强的升温。1997到1998年的厄尔尼诺事件如同1982年到1983年的那次一样,对社会产生了灾难性的影响。暴风雨连续数月袭击了加利福尼亚,许多山体滑坡,危害到1400多个家庭。仅美国就有大约90人丧失,包括弗罗里达州中部39人,那里受到了一系列看似无序的龙卷风袭击,一些人认为这跟厄尔尼诺对高空急流影响有关。印度尼西亚遭受了森林和泥炭火灾,整个东南亚上空被黑笼罩。在秘鲁沿岸,鱼类储量骤然跌落,也危及了当地的海豹、海狮、洪堡企鹅、以及海鸥和燕鸥那样的海鸟。在墨西哥,熊熊大火烧焦了珍贵的云雾林。在巴拿马发生了旱灾,为巴拿马运河供水的湖水水位下降,政府被迫下令禁止船只通过运河,这种情况在15年来还是首次。由于早期的预报就警告有可能出现旱灾,所以巴西东南部的农民种植了耐旱的庄稼。洛杉矶、加利弗尼亚的居民联合起来清理疏导排洪沟渠、建筑防洪大堤、布置沙包。加利弗尼亚投保的人数从不到265,000剧增并超过333,000。加拉帕哥斯岛的居民重新铺设了道路,安装了排水系统,加强了例如供水和交通的这样的基础服务。
乙二醇单丁醚通过一些测量手段证明,1997年至1998年厄尔尼诺现象的发展演变是20世纪的最高峰。它使41个国家遭受水灾和旱灾,使4年来全球粮食第一次下降到接近世界食品安全线的最低水平。此次厄尔尼诺现象影响最严重的地区是亚洲、南美洲和中美洲,使全世界有37个发展中国家粮食紧缺。
下面这几个附录记载了当时的情况。
附录一:对全球天气的影响
据新华社消息,世界气象组织日前在日内瓦公布的《厄尔尼诺现象最新情况通报》说,1997年-1998年的厄尔尼诺现象正继续影响全球气候,在世界不同地区引起过量降水和过度干燥。
世界气象组织认为,虽然厄尔尼诺现象在澳大利亚等少数地区已过了高峰期,但其影响在北美洲等其他地区将持续到1998年5月。根据热带太平洋地区目前的气候情况、各国环境预测中心关于海平面温度的预测数据以及往年的研究结果,世界气象组织对厄尔尼诺现象今后对世界不同地区的影响作出了如下预测:
一、气候异常变
暖的现象将持续至今年4月,到5~6月间开始减弱,印度尼西亚、南美洲北部和非洲南部部分地区今后几个月的气候将比平常干燥;
二、在赤道太平洋中部和东部、厄瓜多尔沿海和秘鲁北部沿海、南美洲东南部等地区,异常潮湿的气候将持续下去;
三、加利福尼亚洲和美国南部的三分之一地区将继续出现风暴和潮湿气候;
四、北美中部大部分地区气候将异常变暖。
汤永涛附录二:对美国天气的影响
美国国家气象局的科学家预测,目前的厄尔尼诺现象至少还将持续一个月,为美国东西海岸部分地区带来更多的雨雪,使这些已经遭受风雨袭击的地区面临新的洪灾威胁。
美国气象局的水文学家费兰克·理查兹说,在饱受洪灾危害的加利福尼亚州,新的洪灾气候条件正在形成。该地区土壤中的水分已经饱和,许多河流接近泛滥,水库水位很高,积雪甚多,再也经不起暴雨的袭击。从得克萨斯州东部起,北至宾夕法尼亚中部、南到佛罗里达州的这一片地区也有类似情况,令人担忧。
理查兹说,纽约州的大部分地区以及新英格兰等地也面临着洪灾的威胁,最近这一带的降雪已大大超过平均水平。此外,科罗拉多河盆地3月份会有更多的降雪。他告诫说,其他地区不要因为不在预测之列就高枕无忧,天气的突然变化是很难临时应付的。
附录三:对我国天气的影响
中国海洋学家认为,中国在1998年遭受的特大洪涝灾害,是由"厄尔尼诺-拉尼娜现象"和长江流域生态恶化两大成因共同引起的。
河南教育学院学报
中国海洋学家和气象学家注意到,去年在热带太平洋上出现的厄尔尼诺现象(海洋变暖)已在一个月内转变为一次拉尼娜现象(海水变冷)。这种从未有过的情况是长江流域降雨暴增的原因之一。
这次厄尔尼诺使中国的气候也十分异常,1998年6月至7月,江南、华南降雨频繁,长江流域、两湖盆地均出现严重洪涝,一些江河的水位长时间超过警戒水位,两广及云南部分地区雨量也偏多五成以上,华北和东北局部地区也出现涝情。拉尼娜也会造成气候异常。中科院院士、国家海洋环境预报研究中心名誉主任巢纪平告诉记者,现在的形势是:厄尔尼诺的影响并未完全消失,而拉尼娜的影响又开始了,这使中国的气候状态变得异常复杂。一般来说,由厄尔尼诺造成的大范围暖湿空气移动到北半球较高纬度后,遭遇北方冷空气,冷暖交换,形成降雨量增多。但到六月后,夏季到来,雨带北移,长江流域讯期应该结束。但这时拉尼娜出现了,南方空气变冷下沉,已经北移的暖湿流就退回填补真空。事实上,副热带高压在7月10日已到北纬30度,又突然南退
到北纬18度,这种现象历史上从未见过。
附录四:厄尔尼诺影响长江中下游水情异常
近三个月长江中下游气候反常、水情异常、降雨量较历史同期明显偏多,引起中下游干流水位上涨、枯季不枯,这一现象已引起广泛关注。水利部门的专家认为,厄尔尼诺是造成长江中下游近期长时间、大范围阴雨雪天气的一个重要原因。
中国水利部负责长江流域管理的长江水利委员会水文局气象预报处高级工程师王俊介绍说,从去年11月中下旬到今年元月的近3个月中,长江中下游地区降雨较历史同期明显偏多,并直接影响中下游干流各主要水文控制站水位相继抬升。王俊认为,1997年是本世纪全球厄尔尼诺最强的一次,其强度已超过原认为最强的1982年至1983年那一次。
应力强度因子初步研究表明,厄尔尼诺次年往往是长江中下游雨水偏多的年份。近期长江在冬季一次水位涨幅高达 2米~3米的现象在历史上不多见,极有可能与厄尔尼诺有关。
王俊出示一份资料,说明强厄尔尼诺与长江中游重要控制站汉口站1月最高水位超过17米的年份共9年,其中6年都是强厄尔尼诺的次年或当年。这些统计数据表明,今年长江汉口站1月份最高水位突破历史记录极可能与强厄尔尼诺有关。
东湖电影院厄尔尼诺和拉尼娜
很早以前,人们就发现有的年份,赤道东太平洋的水温异常地升高。历史上最早记载厄尔尼诺可追溯到1541年,每隔几年就会出现一次。
以往厄尔尼诺一直被认为是一种地区性的现象。随着科学的发展,对厄尔尼诺的监测和研究逐渐受到重视。到本世纪60年代科学家发现厄尔尼诺与太平洋上大气活动和一些地区的气候异常有着密切的关
系。这样一种大规模的海洋和大气相互作用状况,引起了地球科学家们的高度关注,尤其是在气象学界,已经成为当今研究形成气候异常的突破点。我国处在太平洋西岸,厄尔尼诺对气候的影响不可忽视,对这一问题的研究也越来越受到重视。
但是厄尔尼诺出现的季节有早晚;持续时间有长短;暖水区域有大小;偏暖程度有强弱,等等,问题非常复杂。这些年来对它的研究虽取得了一些结果,可是迄今关于厄尔尼诺的成因还没有搞清楚。其与某地区的气候异常的关系也仅仅还是一些统计相关的分析,它们之间的物理原因远未揭露。近来,由于去年刚发生了半个世纪以来最强的厄尔尼诺,有些传媒把一些地区的旱涝天气或别的自然灾害,都归因于厄尔尼诺现象,这只是一种宏观的模糊推论。科学家们将更加奋发地去揭示厄尔尼诺的秘密。
拉尼娜(La Nina)指的是厄尔尼诺现象的反相。即赤道东太平洋海温较常年偏低。这里本来

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