什么是厄尔尼诺现象

1、什么是厄尔尼诺现象?近年来，各类媒体越来越关注这样一个气候学名词：厄尔尼诺。众多气候现象与灾难都被归结到厄尔尼诺的肆虐上，例如印尼的森林大火、巴西的暴雨、北美的洪水及暴雪、非洲的干旱等等。它几乎成了灾难的代名词！可是厄尔尼诺究竟是什么呢？用一句话来说：厄尔尼诺是热带大气和海洋相互作用的产物，它原是指赤道海面的一种异常增温，现在其定义为在全球范围内，海气相互作用下造成的气候异常。厄尔尼诺现象是发生在大气环流和海洋环流之间的强耦合事件的例子。大气环流（风）施加于海洋的应力是海洋环流的主要驱动力，同时，正如我们所看到的那样，来自海洋的热量，特别是蒸发作用对大气环流有极大的影响。厄尔尼诺的简化模型表明

2、了能量在海洋中传播过程中的不同波动的作用。在这个简化模型中，海洋中的被称为罗斯贝波的波动，从赤道附近的异常暖的海面向西传播。当它达到海洋的西边界时会被反射成一种不同的波，称为开尔文波，这种波向东传，它起着抵消或改变原来的暖海温距平符号的作用，并引发降温事件出现。整个厄尔尼诺事件中这半个循环所需时间是由这些波传播的速度决定的，它大约需要2年。这一现象本质上由海洋动力学驱动，与之相应的大气变化是由海表面温度确定的（反过来大气的变化会加强海洋温度分布型），而海表面温度分布是由海洋动力学决定的，因而用上面的简化模型表示的厄尔尼诺现象本质上是可预报的。厄尔尼诺的起因厄尔尼诺已成为当今妇孺皆知的“气象怪物

3、”，不少人对它颇有神秘之感。而厄尔尼诺一词的原意也确实给人以神秘的想象，它是西班牙语“上帝之子”或“圣婴”之意。但现在的气象上的含意已完全没有这些意思了。它表示一系列的海-气反常现象，主要有以下几方面，(1)东太平洋赤道以南海域冷水区的消失，(2)太平洋赤道地区东南信风的消失，(3)西太平洋赤道地区的热水向东部扩散，(4)由上述三种现象引起的一系列气候反常。从厄尔尼诺出现伴随的三种现象可知，在非厄尔尼诺时期应出现与上述三种现象相反的现象，即(1)东太平洋赤道以南海域有一片冷水区，(2)太平洋赤道地区吹着东南风，(3)西太平洋赤道地区堆积着大范围的热水，如能搞清这三种现象的原因，对厄尔尼诺的起因

4、也就不难了解了。厄尔尼诺出现伴随着的海-气异常，只是在近30年来才逐渐清楚的，最早的厄尔尼诺仅仅是与东太平洋冷水区的消失相联系。在一般年份东太平洋赤道以南海域有一大片冷水区，这些冷水是从海洋深处翻出来的，为什么这里能上翻冷水，我们下面讨论。这些上翻的冷水带有大量的营养物，引来大量的鱼虾来这里觅食和产卵，无疑，这对当地渔民而言是丰年。冷水区一旦消失，鱼虾不来了，既使来了因水温偏高，造成鱼虾的大量死亡，这对当地的渔民来讲，无疑是灾年。冷水区的消失都开始于圣诞节前后，当地人认为，这是上帝让他的儿子给人间制造的不幸，所以把这一现象称“上帝之子”或简称“圣婴”。现在的人谁也不认为厄尔尼诺现象与上帝有什么

5、联系，仅仅反映气象中的一些现象，或者认为是气象学中的一个具有特定含量新名词。现在人们关注的已远不是厄尔尼诺出现导致的某些现象，而是它对气候、生态可能造成的影响，更多的人在研究厄尔尼诺的起因问题。一、厄尔尼诺的起因及形成过程我们先把厄尔尼诺形成的主要原因告诉大家，然后再逐一地加以解释，(1)全球气温的上升，(2)春季西风带的加强，(3)沃克环流回归点的东移，(4)安第斯山对回归的沃克环流胡艄上四个原因洵即慢于翎他机盗个鼾瓯醐。而蛔辟帙耦歌剧翻陵化胭囿解这即诲因西L应敞1有关大福流方醐府知魄大镯演作1语皴髀踹帆因为仁麻是支歌镉前胜物力之一,欹碉的蜘端霏变雌接知之一,麻跪眦屿联耦i劭“就诉潦变雌）螺

6、大锅暇懿1。秩盲献和I懒棉机大镭就例移彖方向也各泉机跳,世界没有一仰昉的气愉暹受某一布靛的大锄端的变确辨。肱又即么原雕翻欧彳麻版盟从根利就这疆翎次镯醐翅懒鼬大雕量雕大镯脚栉幽慵D,大雕量的99鹤自规翻,近-够棘的状常飙i舞表眼她翻量般依福抬鞫噩蛾而业,但实社大卷麻加踊鼓胴达0皿茹,可见强大雕量蛇域魏因轴大驰凯大翎嬲的楠撇15偏茹靴胸能与雕,麟是大气能鼬收M盼。另外触偏茹反就秋舞腔跳激是抬罐的支跚南方向运动，到达东太平洋南回归线附近下降。它在这里下降的原因有(1)受安第斯山的阻挡。这里安第斯山高6000米上下，对沃克环流的东进，无疑是一巨大的阻力，(2)受南美大陆上升气流的阻挡，这里属于热带和亚

7、热带地区，有较强的上升气流。沃克环流在下降的过程受科里奥利力的作用使气流问西偏移，气流的中心位置降落在东太平洋的复活节岛附近。因气流在下降的过程带有很大的冲击力、把东太平洋赤道以南大片表面洋水吹向西去。同时又把这里深部的冷水上翻，于是在这里出现一片冷水区。沃克环流下降后要回到它的发源地，这就在太平洋赤道地区形成一股东南风，人们称之为“东南信风”。这股东南信风又把太平洋赤道上的表面洋水吹向西去。(3)而西太平洋赤道地区是由成千上万个岛屿和半岛组成的弧形构造，西部基本上是封闭的，从东部吹来的洋水在这里堆积，在一般年份这里的海平面比东太平洋冷水区高60厘米左右。堆积的水可达1万亿立方米。又因这里的水

8、不能流动，有较强的蓄热作用，所以这里成为太平洋最热的水域。在一般年份这里比中太平洋高2左右，比东太平样冷水区高6左右。这就是非厄尔尼诺时期太平洋出现的三种现象的原因。(1)东太平洋赤道附近的冷水区，(2)太平洋赤道上的东南信风，(3)西太平洋赤道地区堆积的热水。上述三种现象的消失就是厄尔尼诺的出现，我们看看厄尔尼诺是怎样形成的。现在大家都公认的现象是，厄尔尼诺年一定是气温偏高年，这是为什么?气温上升，大气必然向外膨胀，这是热力学基本法则，大气向外膨胀，所有的大气环流的高度也将上升。大气平均温度升高0.1可使大气平均向外膨胀20-30米。对于赤道附近的大气向外膨胀值要比平均值高数倍。沃克环流的高

9、度升高后将超过安第斯山，已具备跨越安第斯山继续东进的条件，但在南美大陆上升气流的阻挡下。又难以东进。全球大气每年冬春季节西风带强盛，在强盛的西风带的推动下，使得已具备跨越安第斯山的沃克环流得以东进。但已是强弩之末，很快地在南美大陆上空下降，下降后再返回它的发源地时，立即受到安第斯山的阻挡，这时的沃克环流全部降落在南美大陆。因沃克环流带有大量的水汽，使得这里经常出现暴雨成灾狂风大作的反常天气。这是“上帝之子”下凡后给人间带来的第一个灾害。与此同时，在安第斯山西侧的东太平洋海域的冷水区消失，太平洋赤道地区的东南信风也消失，堆积在西太平洋赤道的热水向东部回流，这就是厄尔尼诺的出现，上面已经讲过，这种

10、现象一定开始于春季。经过四个月左右，这股热水流到东太平洋，于是整个太平洋赤道地区都热了起来，厄尔尼诺达到高峰期，这时的季节必然是夏季，此时，东西太平洋的海平面也趋于一致。当厄尔尼诺达到高峰时，堆积在西太平洋赤道地区的多余的热水也所剩无几，沃克环流的源动力也大为减弱，进入南美大陆上空的沃克环流开始西退，厄尔尼诺开始减弱。如果沃克环流退回的路程与原东进的路程相等，于是在东太平洋赤道海域又恢复了原来同-海域的冷水区，但由于沃克环流源头的热量比原来减少很多，所以沃克环流退回的路程往往是比原东进的路程还远，这样，冷水区将问西扩大，这就是拉尼娜现象。一次厄尔尼诺消失后必然出现拉尼娜，可以说，拉尼娜是厄尔尼

11、诺的“副产物”。图1d表示的就是拉尼娜出现的原因。拉尼娜一般发生在夏秋之交，因为这时全球大气东风加强、西风带减弱。这也为沃克环流的西退提供了一些动力。在厄尔尼娜形成的四个条件中，安第斯山起着-种独特的作用。在气温不高的年份，它挡住了沃克环流的东进。在气温偏高的年份，它挡住了沃克环流的回归，这是地理因素对气候影响的典型事例之一。安第斯山北起北纬10附近，南至南纬50附近。全长约9000千米、一般高度在3000米上下，最高处处在6000米左右，主要位于南回归线附近，这里正是沃克环流经过之处。可以说，厄尔尼诺现象的形成也是大自然多种因素的巧合。1997年的厄尔尼诺是有记录以来最强的一次，持续的时间长

12、，受害的区域广，危害的区域广，危害的程度大，其原因除全球性气温持续偏高外，地方性因素起的作用也不能忽视。东南亚地区自80年代以后，工业高速发展，海、陆、空也遭受全面的空前的污染，使该地区的温室效应不断增强，这也为沃克环流提供了更多动力，使它长时间东进不归，持续一年之久，从1997年春直到1998年夏。1998年7、8月份出现拉尼娜，也是预料之中的，因为持续一年之久的厄尔尼诺使得沃克环流的源头失去太多热量。1998年尽管是一个高温年，但仍然出现了拉尼娜。可见拉尼娜的出现与全球性气温关系不大，更多的取决于沃克环流源头的热能的提供情况，如果在印度尼西亚发生较强的火山活动，一定会出现拉尼娜。拉尼娜的出

13、现原因，给我们提供一个有益的启示，如果能人为地降低西太平洋的温度，也有可能避免厄尔尼诺的出现。二、厄尔尼诺对气接的影响及厄尔尼诺预防的可能上面谈到的厄尔尼诺出现的三个主要现象：东太平洋冷水区消失，太平洋赤道地区东南信风消失和西太平洋堆积的热水向东回流，这三种现象的出现都是使占全球面积13的太平洋热了起来，本来厄尔尼诺出现的首要条件就是全球气温的上升，这样一来，全球更热了。所以厄尔尼诺年给人最深的印象就是热浪袭人。厄尔尼诺年气候异常的主要原因也是气温上升引出的一系列结果。受害最重的地区就是太平洋和环太平洋地区，由于太平洋东南信风的消失和西太平洋热水东流、使得太平洋赤道地区变得不仅风平浪静、而且炎

14、热、干旱，雨林枯萎，1997年的印尼森林大火，与此有密切关系。由于太平洋的高温、使得太平洋和环太平洋地区的副热带高压向南纬推进，原来副热带高压在纬度30度附近，厄尔尼诺年可向北推进到35-40度的地区、像我国的黄河流域和华北地区正位于这样的纬度上，所以在厄尔尼诺年这里降水减少闷热天气明显增多，尤其是在夏季，而春季降水会有所增加，因为春季我国华北地区冷空气南下频繁、与副热带高压交汇的机会增加，所以降水较多。此外，受厄尔尼诺之害的另一个地区是南美大陆的中纬和低纬地区，因沃克环流在安第斯山东侧的南美大陆下降，给这里带来大量的狂风暴雨。因沃克环流带有大量的水汽。这是形成暴雨的有利条件、又因沃克环流的下

15、降，形成强烈的地区性温度梯度，这是形成狂风的有利条件。厄尔尼诺消失后拉尼娜的出现对气候的影响是否像有些人认为的那样强烈，值得探讨。例如，有人把我国去年夏秋季节长江中上游和嫩江流域出现的洪水归于拉尼娜的影响，这未免夸大了拉尼娜的作用，拉尼娜的主要表现是东太平洋冷水区扩大。在浩瀚的太平洋边缘增加一点冷水，影响到万里以外的我国嫩江地区，这是难以令人置信的。拉尼娜对气候如果说有影响，应主要表现在“冷”的方面，而1998年的气候主要表现在“热”的方面。像我国黑龙江省降水增多，都出现与“热年”。1998年的气候与1997年的气候差不多，均属“热年”。按统计资料表明，在同样的季节，温度偏低的年份，我国华北地

16、区降水增多，但在1998年夏秋之交，正当拉尼娜出现时，我国华北地区气温明显偏高、降水明显减少，这显然不像是受拉尼娜影响的表现。1997年的厄尔尼诺是有记录以来最强的，首先是持续的时间长，从1997年春到1998年夏，在夏秋之交出现拉尼娜。这对太平洋西岸的气候产生不了多大影响，1998年的气候异常，主要是厄尔尼诺起的作用。下面顺便介绍一个较有兴趣的问题，1998年夏美国宇航局宣布，由于厄尔尼诺的出现，使得地球自转在过去一年来减慢了千分之一秒。对于不了解真相的人以为这是厄尔尼诺本身的原因使地球自转变慢了。其实这是气温上升使地球自转变慢了。上面我们谈过，尼诺出现的首要原因是气温上升，气温上升则大气向

17、外膨胀；气温下降则大气向内收缩，这是热力学的基本法则。大气膨胀则转动惯量增大，转动惯量增大则自转体自转速度减慢，这是动力学的基本法则。花样滑冰运动员很懂得这个法则，当他们伸开双臂时，在冰上的旋转速度就减慢，当他们抱紧双臂时，在冰上的旋转速度就加快，就是这个道理。大气活动可以使地球自转变慢，也可以使地球自转加快。地球自转速度的变化，是地学研究的重要问题之一，地球自转的变化对大气活动有哪些影响，目前还不了解。现在厄尔尼诺出现的频次是3-5年一次，随着全球气温的升降，厄尔尼诺出现的频次也在变化，例如：在50-60年代，那时的平均气温比现在低0.4左右，厄尔尼诺出现的频次是5-7年一次，到2020年以

18、前，平均气温至少将比现在上升0.4，那时厄尔尼诺出现频次将增至2-3年一次。若气温还持续上升，比现在升高0.8，厄尔尼诺将每年出现一次，即每年春季都要出现厄尔尼诺，夏秋之季消失，接着出现拉尼娜。从大气能量的角度看，厄尔尼诺的出现不过是大气为维持其能量收支平衡的一种自我调整过程，当大气的能量收入大于支出时就要发生大气向外膨胀，厄尔尼诺随之出现。大气通过向外膨胀释放出多余的能量，以达到新的平衡。大气中二氧化碳浓度的增加或减少，是大气能量收支变化的主要原因。近30年来，大气中二氧化碳的浓度以加速度的形式增加着，所以气温也以加速度的形式上升，在过去的30年，平均气温上升0.4，在未来的20年就可上升0

19、.4。只要人类不把二氧化碳排放量降下来，气温的上升就不可逆转。在人类没有取得比石油、天然气、煤炭等更廉价和更容易使用的能源之前，二氧化碳的排放量不会降下降，这是人们追求最大利润的需要，也是生存和发展的需要。那些有关环境的宣言、号召和呼吁等在现实生活中显得太有气无力了。现在看来，在未来40年内，不排放二氧化碳的新能源取代现在的碳氢能源的可能性甚微；人类应当做好气候变得更坏的准备。可以确切地说，随着全球气温的上升，在未来40年内，厄尔尼诺出现的频次将越来越快，全球生态，尤其是环太平洋地区的生态受厄尔尼诺之苦，将苦不堪言。那么人类有没有可能让厄尔尼诺不出现呢?从理论上和实践上看，有这个可能性，下面我

20、们就来谈谈这个问题。厄尔尼诺的出现主要是一个大气环流在做怪的结果；大气环流是一个极为脆弱的天气系统极易受到周围环境变化的影响，这也是各地气候变化万千的重要原因之一。拉尼娜的出现，给我们一个极有益的启示，如果能用人工方法。把西太平洋赤道地区的水温降下来，就可以使东进的沃克环流退回来。这就可以避免厄尔尼诺的出现；西太平洋赤道地区面积约一千万平方公里，这里水面温度约30，比中太平洋高2左右，如果能将西太平洋赤道地区近一千万平方公里的水面温度平均下降2，就可以制止任何程度的厄尔尼诺现象出现。降温的办法也不难实现，只要把深部的海水提取出来，喷洒在海面上就可以达到此目的。海洋100米深处水温约为16，10

21、00米深处水温约4。以1000米深处的水为例，1毫升1000米深处的海洋水，至少可使10毫升30的水，温度下降2，每秒取水106立方米，连续三个月，就可以使西太平洋赤道地区1千万平方公里水面温度至少平均下降2，这就完全可以把这个即将问世的“上帝之子”窒息在胎内。从海洋深处取水，并不需要太多的能量，把一个下端开口的输水管伸入海洋深处，用水泵从上面提水，在提水量相等的条件下，从1米深处提出水和从1000米深处提出水，所需要的能量相等，这个道理不难理解。另外，在提水量相等的条件下，输水管越粗越节省能量，但输水管太粗，会增加投资费用。用口径12米的输水管，用1000千瓦的水泵，每秒至少可提水100立方

22、米，管中水位仅比海面下降1米。具体提水措施可以这样：把1万艘排水量1000吨的货船，分布在西太平洋的海面上，船上有水泵，船下安有输水用的软管，伸入海洋深处。从年初启动水泵至3月底结束，这就可以完全确保厄尔尼诺不再出现。估计一艘船连同有关设备在内，需资金1000万美元，1万艘需1000亿美元。这笔资金看起来很庞大，但和厄尔尼诺造成的损失和灾害相比，并不算大。据有关部门估计，1997-1998年的厄尔尼诺造成的直接经济损失，可达近千亿美元，更不用说对生态造成的损害，用金钱是无法衡量的。一次性投入1000亿美元，可长期解除厄尔尼诺之害，这是值得的。这笔钱由谁来出？首先应考虑由受厄尔尼诺之害最重的国家

23、和地区共同担负，其次是那些制造温室效应最重的国家和地区担负。全人类也都应该关注这个改造气候、造福全人类的宏伟工程。人类给生态制造的灾难太多了，应当为拯救生态做出有益的投入了。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

24、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Nina）指的是厄尔尼诺现象的反相。即赤道东太

25、平洋海温较常年偏低。这里本来就是海洋寒流的活动区。其与正常年份相比，只是海温偏低程度的差别，而不是冷暖性质的对立。一般来说拉尼娜的影响和破坏力没有厄尔尼诺严重。对它的研究也不及厄尔尼诺多。拉尼娜常发生于厄尔尼诺之后，但也不是每次都这样。厄尔尼诺与拉尼娜相互转变需要大约四年的时间。陌生的拉尼娜近两个月来，赤道东太平洋地区海洋、大气的各种监测数据表明，厄尔尼诺现象正在迅速向“拉尼娜”现象转化。拉尼娜”的字面意思是“女孩”，它也被称为“反厄尔尼诺”现象，总是出现在厄尔尼诺现象之后。据美国圣迭戈斯克里普斯海洋中心的电脑模型显示，目前海面以下的寒冷海水正由东南亚朝南美流去，并将迅速上升至海面，使赤道附近

26、的表面海水转冷。5月份，在东太平洋的一些监测区内，海洋水温骤降了8，信风加强。美国海洋热带研究所指出，位于赤道附近、低于正常水温的区域如今已扩展到东西长3000海里、南北宽数百海里。尽管这片水域只是很少的一部分，但是这片水域仍在扩大，略低于表面以下的一个巨大的冷水层源源不断地向这片水域补充冷水。美国气象预报中心负责人哈里。范登多认为，形成拉尼娜的条件很可能在今年晚些时候成熟，有些迹象已经在向这方面发展。有关专家指出，拉尼娜现象对气候的影响很难预测，因为它不像厄尔尼诺现象那样简单。美国国家海洋和大气管理局认为，拉尼娜现象可能使美国东南部冬天的温度比正常时期高，而西北部比正常时期低。英国的科学家认

27、为，拉尼娜现象将使北美洲的西部地区、南美洲及非洲东部地区面临干旱威胁，而可能给东南亚、非洲东南部和巴西北部造成水灾。中国国家气候中心专家认为，拉尼娜的危害不会有厄尔尼诺那样大。关于拉尼娜现象对我国气候的影响，他认为，影响我国气候的因素很多，现在还很难估计具体影响。拉尼娜来者不善据新华社消息国家海洋环境预报中心的专家日前说，继去年延续至今年上半年的“厄尔尼诺”之后，目前正在形成的“拉尼娜”现象也将对我国气候产生一定影响，有关地方和部门必须高度警惕其可能引发的各种灾害。在赤道中、东太平洋，表层海水温度比一般年份异常偏高时，被称为“厄尔尼诺”（圣婴），而表层海水温度比一般年份异常偏低时，被称为拉尼娜

28、（圣女），又被称为反“厄尔尼诺”现象。我国科学家认为，如果赤道中、东太平洋海域的表层海水温度连续6个月比平时低0.5，就是一次拉尼娜事件。国家海洋环境预报中心宋学家研究员和王彰贵研究员说，从1950年至今，已经发生9次拉尼娜现象。在拉尼娜事件中,赤道中、东太平洋信风比常年偏强，海水温度偏低，云量减少，海平面气压比常年偏高，在赤道西太平洋海域海水温度比常年偏高，对流活动加强，云量增多，降水偏多，海平面气压偏低。位于太平洋西边界的黑潮也比常年增强。拉尼娜发生时，由于大气环流以及副热带高压的变化，影响我国的夏季风明显增强，强劲的夏季风将大量暖湿空气带到内陆，使我国北方地区夏季降水增多。拉尼娜发生期间

29、，由于西太平洋的“赤道暖池”温度偏高，使热带风暴能量充足，因而台风发生的个数比常年要多，在我国沿海登陆的台风也要相应增多。台风的移动路径将向西增加。冬季黄、渤海的海冰冰情往往有所偏重。专家说，拉尼娜造成的自然灾害损失往往要低于“厄尔尼诺”。拉尼娜现象影响我国气候“拉尼娜”是西班牙语“圣女”的意思，指赤道附近东太平洋水温反常下降的一种现象，其引起的气候变化特征恰好与赫赫有名的“厄尔尼诺”相反，并同厄尔尼诺一起成为当前预报全球气候系统异常的最强信号。国家气候中心研究员赵振国认为，今年，在拉尼娜现象影响下，赤道东太平洋水温偏低，东亚经向环流异常，造成入春以来我国北方地区偏北气流盛行，而东南暖湿气流相对较弱。于是，北方强寒潮大风频繁出现，而降雨量却持续偏少，气温也居高不。据统计，今春北方地区风沙天气频