2016-2017年拉尼娜状态减弱是南极半岛海冰异常减少惹的祸

                              杨学祥，杨冬红

2016年9月22日南极半岛海冰与拉尼娜指数的对应关系

中国气象局2017-01-06 09:05:18 报道，来自国家气候中心的最新监测显示，最近7周的尼诺指数有6个星期在-0.5℃之上，最近2周均为-0.3℃。依据2016年4月中国气象局《厄尔尼诺/拉尼娜事件监测业务规定》的新指标，此次冷水过程极有可能不能形成一次拉尼娜事件。而拉尼娜的此番状态也让“这个冬天不太冷”的声音有了合理的解释。

我们在2017年1月6日早报中指出，2017年1月5日12时拉尼娜指数为-0.313，比1月5日00时的-0.304减速0.009，减速变慢，进入新的下降区间，在22日达到谷值-0.769，25日达到峰值-0.402。24-25日寒潮打断上升趋势，进入下降区间，在29日前形成新的谷值（2016年12月25日18时拉尼娜指数为-0.476），而后继续上升，26日00时进入上升区间，31日12时增速变慢，已经进入比上次更高的峰值（-0.086），31日18 时下降为-0.090，1月5日12时下降为-0.313。本次下降幅度关系到拉尼娜是否结束，预计1月6日前后进入谷值，拉尼娜已接近结束。

导致拉尼娜夭折的关键因素为2016年9月22日南极半岛海冰面积最大值的异常减少和2016年最热新纪录（见相关报道）。

南极半岛海冰：海冰面积最大值导致秘鲁寒流增强，有利于拉尼娜发展，海冰面积最小值导致秘鲁寒流减弱，不利于拉尼娜发展。

受2016年9月22日南极半岛海冰最大面积异常减少的影响，拉尼娜指数也异常增加，从-1跳升到0.4附近，形成最大的数据间断（见图1）。

图1  2016年7月25日至10月22日拉尼娜指数变化

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1025728.html

9月1日日食在赤道，加强拉尼娜的发展，使其持续到12日。2016年9月1日南极半岛海冰面积逐渐增加，按通常规律，在22日达到最大值。事实正好相反，22日南极半岛海冰面积没有达到最大值，反而异常减少。受2016年9月22日南极半岛海冰最大面积异常减少的影响，拉尼娜指数也异常增加，从-1跳升到0.4附近（见图1-3）。

图2 2016年9月1日南极半岛海冰面积达到最大值

图3  2016年9月22日南极半岛海冰面积没有达到最大值反而出现异常减少，可与2015年9月21日南极半岛海冰面积对比（见图4）

图4  2015年9月21日南极半岛海冰面积最大值异常变大减弱厄尔尼诺强度

图5  2016年12月1日南极半岛海冰面积继续保持异常变小，减弱秘鲁寒流，减弱拉尼娜

图6  2014年12月1日南极半岛海冰面积，与2016年12月1日对比

从2016年9月22日到12月，南极半岛海冰面积一直低于常年，这是拉尼娜状态在2016年10月以后逐渐减弱的主要原因。

南极海冰的气候开关作用

在短周期的气候变化中，德雷克海峡中的海冰进退控制气候变化的一个可能模式是：南极半岛海冰增多使西风漂流在德雷克海峡受阻，导致环南极大陆水流速度变慢和南太平洋环流速度变快，部分受阻水流北上，加强秘鲁寒流，使东太平洋表面海水变冷，加强沃克环流及增强赤道太平洋热流与南极环流的热交换，增温的南极环流使南极半岛的海水减少；南极半岛的海冰减少使德雷克海峡水流通量增加，导致环南极大陆水流速度变快和南太平洋环流速度变慢，使部分本应北上的水流转而进入德雷克海峡，造成秘鲁海流变弱和东太平洋表面海水变暖，减弱沃克环流；结果使堆积在太平洋西部的暖水东流，减弱赤道太平洋热流与南极环流的热交换，降温的南极环流使南极半岛海冰增加。这就是德雷克海峡的海冰变化调控全球气候变化的机制，称之为南极环大陆海冰的气候开关效应（图6）。

当南极洲的温度变冷时，存在很多海冰的德雷克通道处于封闭状态，阻塞环南极大陆的海流，加快南太平洋环流，并从向极方向连接南极洲热输送，从而使南极洲变暖；当南极洲的温度变暖时，存很少海冰的德雷克通道处于开放状态，打通环南极大陆海流，减慢南太平洋环流，并从向极方向隔离南极洲热输送，因而使南极洲变冷。如图6所示，非洲海冰开关I，澳大利亚海冰开关II和德雷克海峡开关III控制了环南极大陆海流，并从向极方向隔离或连接向南极洲的热输送，因而增加或减少在非洲、澳大利亚和南美洲西部的海洋寒流流量。因此，南太平洋海温的增加和减少在环南极三个“海冰开关”的控制下不断交替发生，与南太平洋环流速度减慢与增加相对应。

图7 全球气候的三个海冰启动开关示意图

南极海冰季节性变化幅度较大.海冰净冰面积在2月最小，为2.3×10⁶ km²，在9月最大，为15.4×10⁶ km²，最大值约是最小值的6.5倍。南太平洋低纬度的海温，历年在3月附近为最暖，9月附近为最冷。日长在1月份比在7月份要长，即1月的地球自转速度比7月减慢。在南、北半球±10^o的低纬度地区，自东而西的太平洋赤道洋流在2月最大流速为51 cm/s，8月最大流速大于77 cm/s。即8月赤道洋流流速要明显地大于2月。

南半球冬季冰冻线使非洲、澳大利亚和南美洲与南极洲的表面水流宽度分别缩小到原来的1/3、1/2和1/8。这种情况在平面地图上是难以觉察到的。南极半岛的海冰面积在2月最小，扩大了德雷克海峡海水通道，使南半球西风漂流速度加快，使太平洋外循环加快，内循环减慢，减弱秘鲁寒流，有利于厄尔尼诺事件的形成，对应赤道太平洋3月海水最暖，流速降低；南极半岛的海冰面积在9月最大，缩小了德雷克海峡海水通道，使南半球西风漂流速度减慢，增强秘鲁寒流，有利于拉尼娜事件的形成，对应赤道太平洋9月最冷，流速增大，使太平洋外循环减慢，内循环加快。

德雷克海峡的海冰大小控制了太平洋的内循环和外循环，控制了太平洋热能的热输出。检测德雷克海峡海冰变化可发现厄尔尼诺现象发生的前兆：南太平洋外循环加快内循环减慢有利于厄尔尼诺事件的形成；外循环减慢内循环加快有利于拉尼娜事件的形成。

厄尔尼诺事件的发生是北太平洋积累的热能向南太平洋输送的结果，潮汐南北震荡加快了南北太平洋的热能输送。德雷克海峡的海冰变化具有调控全球气候变化的机制，我们称之为南极环大陆德雷克海峡海冰的气候开关效应。

南极半岛的海冰减少使德雷克海峡水流通量增加，导致环南极大陆水流速度变快和南太平洋环流速度变慢，部分本应北上的水流转而进入德雷克海峡，使秘鲁寒流变弱（东太平洋南美沿海的海温降低），使东太平洋表面海水变暖，减弱沃克环流，使堆积在太平洋西部的暖水东流，形成厄尔尼诺事件。反之，“拉尼娜”事件出现。

我们在2016年10月3日指出，南半球变暖导致的2016年9月22日南极半岛海冰面积最大值异常变小，减弱了秘鲁寒流的强度，使拉尼娜发生的可能性和发生的强度受到威胁。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1006483.html

这一推断得到实践的证实。

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