2017-2020年全球气温将大幅回落：关注拉马德雷周期

                                杨学祥，杨冬红

拉马德雷周期

“拉马德雷”现象是美国海洋学家斯蒂文.黑尔于1996年发现的，在气象和海洋学上被称为“太平洋十年涛动”(简称PDOPacificdecadaloscillation)。科学研究的初步结果表明，PDO同南太平洋赤道洋流“厄尔尼诺”和“拉尼娜”现象有着极其密切的关系，被喻为“厄尔尼诺”和“拉尼娜”的“母亲”。

“拉马德雷”是一种高空气压流，亦称太平洋十年涛动，分别以“暖位相”和“冷位相”两种形式交替在太平洋上空出现，每种现象持续20年至30年。近100多年来，“拉马德雷”已出现了两个完整的周期：1890-1924年、1947-1976年、2000-2035年为拉马德雷冷位相；1925-1946年、1977-1999年为拉马德雷暖位相。

拉马德雷冷位相时期的主要特征是，8.5级以上强震、低温冷害和世界流感大流行频繁发生。

拉马德雷冷位相与特大地震的关系

当“拉马德雷”现象以“暖位相”形式出现时，北美大陆附近海面的水温就会异常升高，而北太平洋洋面温度却异常下降。与此同时，太平洋高空气流由美洲和亚洲两大陆向太平洋中央移动，低空气流正好相反，使中太平洋海面降低。当“拉马德雷”以“冷位相”形式出现时，情况正好相反。中太平洋海面反复升降导致地壳跷跷板运动，引发强烈的地震活动。全球强震也有类似的规律。

1889年以来，全球大于等于8.5级的地震共22次，在1889-1924年发生4次（国外资料2次），在1925-1945年发生1次（国外资料1次），在1946-1972年发生11次（国外资料7次），在1977-1999年发生0次，在2000-2012年已发生6次（国外资料6次）。

规律表明，拉马德雷冷位相时期是全球强震的集中爆发时期。2000年进入了拉马德雷冷位相时期，2000-2035年是全球强震爆发时期。

“拉马德雷”与“厄尔尼诺”和“拉尼娜”之间的关系

根据资料分析，如果“暖位相”的“拉马德雷”与“厄尔尼诺”相遇，将使其更强烈，出现的次数更频繁；假如“冷位相”的“拉马德雷”与“拉尼娜”现象相遇，那么“拉尼娜”将显示强劲的势头，出现频繁。

拉马德雷冷位相与流感爆发的关系

在1890-1924年拉马德雷冷位相时期，世界流感大流行发生了三次：1889年、1899-1900年、1918-1919年。

在1947-1976年拉马德雷冷位相时期，世界流感大流行发生3次：1957-1958年、1968-1969年和1976-1977年。

在2000-2035年拉马德雷冷位相时期发生了1次：2009年。

拉马德雷与月亮赤纬角的关系

月亮赤纬角变化周期为18.6年，3个周期为56年，构成一个拉马德雷冷暖位相转换周期。

拉马德雷周期和南极半岛海冰的关系

拉马德雷冷位相时期对应南极半岛海冰面积最大值，有利于拉尼娜事件的发生和气候变冷。

图1 1973-1994年南极半岛海冰分布

在整个中生代，全球各大陆集中在一起，形成一个几乎从一个极延伸到另一个极的巨大的单一陆块，这种轮廓肯定有助于周围大洋中的高效率向极热输送。在南、北两半球，一个单一的环流系统作用范围至少达到纬度55^o，以致宽阔的、深而缓慢的赤道流在穿过低纬度大于180^o弧的旅途中被大大加热。中始新世和早渐新世之间的总的温度下降，在整个新生代都是最急剧的。这种下降被认为由如下原因引起：1) 德雷克通道和塔斯马尼亚以南的通道开始为全球循环和气候上隔离的环极流打开了通路；2) 由于澳大利亚-新几内亚向北移动，吸热的赤道水面积缩小；3) 特提斯海关闭，不能使赤道环流通过^[1~7]。

Van Andel等人(1975)在分析了太平洋所有不整合之后提出, 德雷克通道的打通可能形成了环极流，并隔断了对南极洲的向极热输送，因而产生了冰架和冷的底水^{[3, 7]}。对第三纪早期普遍变冷起作用的明显构造事件是巴拿马地峡的封闭，因而限制了大西洋与太平洋之间赤道水体的交换^{[3, 4]}。同理，德雷克海峡被扩展的南极冰盖封闭，导致气候上隔离的环极西风漂流带的消失，加强赤道热流向两极的输送，使扩展冰盖趋于消失。这是南极冰盖不能扩展成南半球大冰川的一个重要原因^[8]。

              图2 全球气候的三个海冰启动开关示意图

                  Fig2 Sketch map of threesea-ices switches for global climate

既然德雷克通道在中周期和长周期的气候变化中起决定性的作用，那么在短周期的气候变化中，德雷克海峡中的海冰进退关系重大。一个可能的模式是：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，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冰减少；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，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，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，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，我们称之为南极环大陆海冰的气候开关效应(图4) ^[8]。

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，阻塞环南极大陆海流，加快南太平洋环流，并从向极方向连接南极洲热输送，因而使南极洲变暖；当南极洲的温度变暖时，存在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2所示，非洲海冰开关，澳大利亚海冰开关，以及德雷克海峡海冰开关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。

120^oW ~60^oW南极海冰，即东南太平洋的海冰，主周期为120个月，次周期分别为48、26.7和20个月。全南极海冰主周期为60个月，次周期为21个月。南印度洋范围(0^oE ~120^oE)和东南太平洋范围的南极海冰的变化主周期分别是80个月和120个月，但都有显著的48个月的次周期。这个周期与赤道中东太平洋的海温变化周期大致相同^[9]。因为环南极海冰变化和太平洋海温都具有准两年周期，所以厄尔尼诺热事件和拉尼娜冷事件应该与海冰变化引起的赤道海洋表面温度两年周期变化一一对应。

2014年南极海冰结冰量创40年新高使预期强厄尔尼诺受阻

2014年10月14日凤凰科技讯科学日报报道，近日消息称今年南极洲的海冰结冰程度创了新的记录，相比科学家们自20世纪70年代晚期开始进行的海冰结冰程度长期卫星记录相比，今年的海冰覆盖了更多南部海洋。然而，南极洲这一上升趋势只相当于北冰洋海冰丢失程度的1/3。

自20世纪70年代晚期以来，北极每年丢失了53900平方千米的冰；南极每年增加了18900平方千米的海冰。今年9月19日，自1979年以来南极洲的海冰结冰区域首次超过了2000万平方英里，根据国家冰雪数据中心（NSIDC）这样显示。这一基准的结冰程度持续保持了几天。1981年至2010年间平均最大的结冰范围为1872万平方千米。

今年单日最大结冰量发生在9月20日，据国家冰雪数据中心的数据显示。在这一天海冰覆盖面积为2014万平方千米。今年五天平均最大结冰量发生在9月22日，海冰覆盖了2011万平方千米。

http://www.weather.com.cn/climate/2014/10/qhbhyw/2209601.shtml

表1 1999-2016年南极海冰变化与厄尔尼诺事件

http://blog.sina.com.cn/s/blog_bd64c19e0101ihif.html

http://weather.news.qq.com/a/20140109/012127.htm

http://roll.sohu.com/20140718/n402426913.shtml

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-864190.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-865043.html

新华社华盛顿1月18日电（记者林小春）美国两大政府机构18日各自发布的报告显示，2016年是现代历史上最热的一年。这意味着全球年平均气温纪录连续第三年被刷新，反映了由人类排放温室气体导致的全球气候持续变暖的长期趋势。

美国国家海洋和大气管理局发布的报告显示，2016年全球平均气温为14．84摄氏度，比20世纪平均水平高出0．94摄氏度。这是自1880年有气温统计以来的最高纪录，比上一个最热年份2015年高出0．04摄氏度。

报告写道：“21世纪以来，全球年度（平均）气温纪录已被打破5次，分别是2005年、2010年、2014年、2015年和2016年。”

从海冰面积看，北极2016年平均海冰面积为1015万平方公里，是有史以来最小值，延续了近年北极海冰年平均面积不断萎缩的趋势。南极全年平均海冰面积1116万平方公里，仅多于1986年，列史上第二低。

拉马德雷冷位相与低温冻害的关系

在1947-1976年拉马德雷冷位相时期，中国东北严重低温冷害发生5次（1954年、1957年、1969年、1972年、1976年）。

在2000-2035年拉马德雷冷位相时期，发生了2010年1月中国南方罕见冰雪冻灾和2016年1月北半球超级寒流。

从图3 中可以看到，长江中下游冬季最大连续冰冻天数超过4天次数共8次，1955年（拉尼娜年）、1957年（厄尔尼诺年）、1964年（拉尼娜年）、1969年（厄尔尼诺年）、1972年（厄尔尼诺年）、1977年（厄尔尼诺年）、1984年（拉尼娜年）、2008年（拉尼娜年），与PDO冷位相时期对应，有8年的滞后期。

图3 长江中下游冬季最大连续冰冻天数历年变化（据丁一汇，2008）

图4  1880-2016年全球气温变化与拉马德雷周期的关系

2014-2016年连续三年最热新纪录是百年难遇的特殊事件

对比图4和表2可以看到，极强厄尔尼诺、南极半岛海冰最小面积和月亮赤纬角最小值三者叠加是最热年连续三年发生的原因，这样的叠加百年难遇。另一个重要特征是，峰值和谷值相间发生，特别是连续三连冠之后，峰谷波动的幅度更大。这预示2017年变冷可能性变大。单凭温室气体无法做出准确的判断，也无法解释气温的波动。

2023-2025年为月亮赤纬角最大值时期，2023年可能发生拉尼娜事件，2014年南极海冰面积可能达到最大值（根据南极海冰变化10年周期），所以，2023年可能取得最冷年新纪录。2020年太阳黑子超长极小期将增强全球气候的变冷强度。

表2  1880-2016年最热年、厄尔尼诺、月亮赤纬角最小值的对应关系

2016年和1998年最热条件比较

1995-1997年和2014-2016年都为月亮赤纬角最小值时期；1997年和2015年都发生了超强厄尔尼诺事件；1998年和2016年都发生了南极半岛海冰异常减少事件。1998-2000年和2016-2017年都发生拉尼娜事件。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-946996.html

1999-2012年全球变暖进入一个相对停滞时期，2017-2025年将重复相同的变化过程。

附加条件是：2020年太阳黑子进入低值时期和日地距离进入最大值时期。

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根据南极海冰显著的120个月的周期，南极海冰异常增加将发生在2024年前后，增强预测中的拉尼娜事件，配合2023-2025年月亮赤纬角最大值，将导致全球气温进入低值时期。

1997-1998年20世纪最强厄尔尼诺发生后，根据日食-厄尔尼诺系数理论预测的2000年强厄尔尼诺被推迟到2002年发生，代之而起的是1998-2001年超长的拉尼娜事件，并伴随全球变暖的十年停滞。同样，预测中的2018年厄尔尼诺也可能被推迟，2017-2019年超长拉尼娜发生的可能性很大，变冷是今后三年的主要趋势。

图5 1900-2100年全球气温变化与拉马德雷周期的预测

根据拉马德雷周期的预测：2017-2020年全球气温将大幅回落，迅速变冷。

参考文献

1.Frakes. L.A. and Kemp, E.M., 1972. Influence ofcontinental positions on Early Tertiary climate. Nature, 240: 97~100.

2.Frakes. L.A. and Kemp, E.M., 1973. Palaeogenecontinental positions and evolution of climate. In: D.H. Tarling and S.K.Runcorn (Editors), Implications of Continental Drift to the Earth Sciences, 1.Academic Press, London,pp. 539~559.

3.Frakes, L. A., 1979. Climatesthroughout geologic time. Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam—Oxford—New York, pp. 182, 192,200, 223, 315.

4.Kaneps, A., 1970. Late NeogeneBiostratigraphy (Planktonic Foraminifera) Biogeography and DepositionalHistory. Ph. D. Dissertation, Columbia  University, New York,N.Y., pp. 299~328.

5.Kennett, J. P., Burns, R. E. andAndrews, J. E. et al., 1972. Australian-Antarctic continental drift,palaeocirculation changes and Oligocene deep-sea erosion. Nature, 239: 51~55

6.Kennett, J. P., Houtz, R. E. andAndre, P. B., 1975. Antarctic glaciation and the development of theCircum-Antarctic Current. In: Initial Reports of the Deep SeaDrilling Project, 29. U.S.Government Printing Office, Washington, D.C., pp. 1155~1170

7.Van Andel, T. H., Heath, G.R. and Moore, T.C., 1975.Cenozoic History and Paleooceanography of the Central Equatorial Pacific Ocean. Geol. Soc. Am., Mem., 143: 134 pp.

8.杨冬红, 杨学祥.澳大利亚夏季大雪与南极海冰三个气候开关. 地球物理学进展, 2007, 22(5): 1680-1685.YangD H, Yang X X. Australia snow in summer and three ice regulators for El Ninoevents. Progress in Geophysics (inChinese), 2007, 22(5): 1680-1685.

9.周秀骥, 陆龙骅主编. 1996, 南极与全球气候环境相互作用和影响的研究. 北京: 气象出版社.2, 12, 380, 381~392.

10.     杨学祥. 2002, 厄尔尼诺现象的构造基础与激发因素. 西北地震学报, 24（4）：367-370

11.       杨冬红，杨学祥。全球变暖减速与郭增建的“海震调温假说”。地球物理学进展。2008，23 (6): 1813～1818。YANG Dong-hong, YANGXue-xiang. The hypothesis of the ocesnic earthquakes adjusting climate slowdownof global warming. Progress in Geophysics. 2008, 23 (6): 1813～1818.

12.       杨冬红, 杨学祥. 北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性[J]. 地球物理学进展, 2014, 29(2):610-615. YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. Studyon the relation between ice sheets melting and low temperature in NorthernHemisphere. Progress in Geophysics. 2014, 29 (1): 610～615.

13.       杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934. Yang D H,Yang D B, Yang X X, The influence of tides and earthquakes in global climatechanges. Chinese Journal of geophysics(in Chinese), 2011, 54(4): 926-934

14.       杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677. Yang X X, Chen D Y. Study oncause of formation in Earth’s climatic changes. Progress in Geophysics (inChinese), 2013, 28(4): 1666-1677.

15.       魏松林。厄尔尼诺事件对黑龙江省低温洪涝灾害的影响及其预报。自然灾害学报，2001，10（3）：79-86.