我国西北干旱区降水的200年、88年、60年周期

    ——与地球自转、潮汐变化、火山活动、太阳活动等周期一致

                           杨学祥，杨冬红（吉林大学）

不同周期的西风、季风调控了上世纪末以来我国西北干旱区降水增加

最近吕厚远研究员撰文指出，基于对青藏高原北部湖泊年纹层沉积物孢粉分析，通过孢粉-降水转换函数重建了该区过去1656年(公元350年到公元2006年止)的降水变化，发现降水变化过程主要受三个主控周期的调控，分别为~200年周期(与西风带有关)和~88年、~60年周期(与亚洲季风有关)。目前这三个周期大致都处于降水开始增加的相位上，可用来解释近年来降水的增加。基于奇异谱分析的降水趋势预测结果显示，西北干旱区降水增加还可能会持续30年以上。

研究结果表明公元350年以来，共有9次相对湿润期(分别发生在公元360-420, 560-700，840-890，1160-1210，1320-1335，1430-1460，1490-1550，1730-1750和1950-2006年)，6次相对干旱期(分别发生在公元540-560，730-740，930-960，1390-1410，1580-1700和1750-1900年)(湿润期和干旱的界定以偏离1600年平均降水的1个标准差为标准)(图2a)。

图2 库塞湖芯孢粉百分比图谱及重建的年降水

(a)    库赛湖孢粉图谱；(b) 定量重建的1960-2006年间的年降水与五道梁站器测降水记录对比

为了研究年代际-百年尺度降水变化规律，利用集合经验模态分解方法(Ensemble Empirical Mode Decomposition, EEMD)(Huang & Wu, 2008)祛除降水记录中的年际噪声(成分c1-c2)及千年尺度的变化趋势(成分c6-c9)(图3a)，进一步通过对变换后的目标组分(c3-c5) 进行波谱分析发现，过去1656年的降水变化，存在显著的~200年、~88年和~60年周期(图3b,c)。研究认为~200年周期对应中纬度西风强度和太阳辐射的周期性变化。太阳辐射弱(强)相位对应北大西洋涛动(NAO)负(正)相位，导致中纬度西风强度增强(减弱)(Wirth et al., 2013)，使得通过西风带传输至高原面上的水汽增加(减少) ，对应降水~200周期的湿(干)相位。~88年周期对应南亚季风强度的周期性变化(Kathayat et al., 2017)，增强的南亚季风有助于水汽向高原面输送，为研究区带来更多降水。降水记录的~60年周期性变化可能源于东亚季风的影响(Buckley et al., 2010) (图4)。

图3 定量重建的年降水时间序列分析结果

(a)        重建的年降水的EEMD分析结果；(b) 分解后的年降水频谱分析结果；(c) 分解后的年降水小波分析结果

http://blog.sciencenet.cn/blog-71667-1281685.html 

全球强火山活动存在显著的88年左右和100年左右世纪尺度周期循环

自然规律是通过人们长期独立研究而得出的共同规律。研究表明，火山活动具有11、22、33、88年和100年左右的周期。

曲维政等人根据六百多年全球VEI 5级以上火山活动资料分析和谱分析以及与北半球地面气温、西太平洋高压SLP、北大西洋高压SLP和北大西洋西风漂流区SSTA对比分析得知：全球强火山活动存在显著的88年左右和100年左右世纪尺度周期循环，还存在33年左右年代际尺度周期循环以及与太阳活动相联系的准11年周期；夏季七月西太平洋副热带高压SLP存在与火山活动基本一致的准33年周期波动，这可能是对于火山活动准33年周期的响应；在北大西洋,火山活动激发了夏季北大西洋副高88年周期波动、冬季1月北大西洋西风漂流区SSTA 100年周期振荡和夏季7月SSTA 88年周期振荡；北半球地面温度88年周期波动可能是对火山活动88年周期的响应[15]。研究表明，火山活动是地球气候异常变化十分重要的影响因子，特别是WEI5级以上的强火山活动，其影响是全球性的。

我国西北干旱区降水的88年周期与全球火山活动周期的一致性，不是意外的巧合，而是自然规律的相同起源，表明火山活动不仅影响全球气候，而且影响我国北方降水。

图1 1400-2000年全球5级以上火山活动指数17年滑动平均曲线（细实线）与88年准周期曲线（粗虚线）（曲维政等人，2011）

地球自转周期

观测和理论分析表明，潮汐中、短周期与地球自转速度变化有很好的对应性，这种对应性在地震火山活动和冷空气活动中也有很好的表现，成为强潮汐激发地震火山活动和冷空气活动的证据^[1]。

根据罗时芳等人（1974）和任振球等人（1990）的研究，地球自转周期11.169年对应11.2年太阳黑子周期、12.15年对应12.01年木星相似会合周期、18.6年对应月亮赤纬角的变化周期、19.855年对应19.858年木星、土星会合周期、22.337年对应22.2年太阳磁周、29.783年对应29.46年土星公转恒星周期、59.555年周期对应59和60年木星、土星、水星相似会合周期，显示地球自转与行星潮汐的对应关系（见表1）^{[2, 3]}。

198.72年是太阳黑子长周期和九大行星会聚(九星连珠)周期，被一些专家认定为灾害周期发生的天文原因^[3]。

表1  地球自转变化的长周期

（据罗时芳^[2]，1977；任振球^[3]，1990；杨学祥^[4]，1998；杨冬红修改，2009）

注：带*号者为杨冬红计算得出。

太阳活动周期

 早在1843年天文爱好者施瓦布就发现了太阳黑子的变化有十年的重复性。在1852年发现了黑字数连续两次极大的时间间隔从7.3年到17.1年，平均周期长度为11.1年。1908年美国天文学家海耳发现了太阳黑子具有磁性，太阳活动磁周期为22年。太阳活动的长周期有61、80、190、257、430、800年周期【1，2】。

表1 近5000年来太阳活动异常时期（据张元东，李维宝，1989）

表2 太阳活动的长周期极大和极小年代（丁有济 等人，1982）

云南天文台的丁有济等人在研究中国古代黑子记录中，得到公元以后太阳活动有七个极大期与六个极小期，其中有三个极大期与极小期同艾迪的太阳活动曲线实相符的（见表1）。

太阳黑子有约200年的变化周期，通常称之为延长极小期。从公元850年起，我们可以确定的太阳黑子延长极小期就有六次之多（以前查到四个，刚刚又查到一个，与潮汐高潮的一一对应令人激动），它们分别是：

    奥特极小期（Oort minimum）（1010-1080）

    麦蒂威密讷极小期（Medieval Minor Minimum）（1150-1200）

    沃尔夫极小期 （Wolf Minimum） （1270-1350）

    斯玻勒极小期 （Sprer Minimum）(1430–1520)

    蒙德极小期  （Maunder Minimum）（1620-1710）

    道尔顿极小期（Dalton Minimum）(1787–1843)

    21世纪极小期 （21th Century Minimum ）(2007-20??)

潮汐周期

早在2000年，温室效应提出者之一的美国科学家季林就指出，即使没有温室效应, 地球自己的卫星月球也会使地球的温度上升。季林认为，地球、月亮和太阳相对位置的变化会引起潮汐强度的逐渐变化，其周期与气候周期是一致的。当日、地、月排成一线且相互距离最小时，日月引潮力相互加强而变为最大，地球海洋潮汐规模也最大，这时就有更多来自海洋深处的冷水被带到海面。这些冷水可以冷却海洋上的空气。据计算，大约在1425年即小冰期的末期，潮汐达到了最大值，从那以后逐渐减弱，直到3100年潮汐又达到最大值。这个周期是过去1万年气候变迁的主要动力。这个效应使地球的温暖期从小冰期末期一直持续到24世纪，而后随着潮汐的增强，地球的气候将逐渐变冷，未来300年是气候变暖的高峰时期，变化周期为1800年【4】。

此外，潮汐还有1.1、2.2、11、18.6、22、31、37、55、56、178、200、220年周期，我们称之为“潮汐调温效应”。其中拉马德雷现象的周期为50-60年，1890-1924年、1946-1976年、2000-2030年为拉马德雷冷位相时期（与低温对应）；1925-1946年、1988-1999年为拉马德雷暖位相时期（与变暖对应）【5】。

自公元1000年以来，相应潮汐高潮年为1062、1264、1425、1629、1770、1974年，其中1425年达到最大值，与15-17世纪小冰期气候相对应。1062-1974年的潮汐曲线是由低到高，再由高到低，与相反的气温变化趋势相对应。

 图2 潮汐强度变化1500-1800年周期（据Charles D. Keeling and Timothy P，2000【4】）

太阳黑子周期和潮汐周期的一一对应

对比图1和图2可以明显地看到，1062年潮汐峰值对应太阳黑子的奥特极小期（Oort minimum）（1010-1080）和11世纪气候变冷；1100年的潮汐峰值非常低，对应并不明显的麦蒂威密讷极小期（Medieval Minor Minimum）（1150-1200）；1264年潮汐峰值对应太阳黑子的沃尔夫极小期（Wolf minimum）（1270-1350）和13-14世纪冷气候；1425年、1629年两次潮汐峰值对应太阳黑子的斯玻勒极小期 （Sprer Minimum）(1430–1520)、蒙德极小期（Maunder Minimum）（1620-1710）和15-17世纪小冰期时期；1770年的潮汐峰值对应太阳黑子的道尔顿极小期（Dalton Minimum (1787–1843)和18世纪的低温期；1974年的峰值对应20世纪70年代的气候变冷和2007年以来的太阳黑子极小期。两者7次时间的一一对应表明其相关性和处于同一激发机制。

太阳黑子活动和行星潮汐

有人认为，太阳黑子活动受行星潮汐的影响。太阳黑子活动和潮汐有相同的周期变化，这也意味着地球轨道变化和月球轨道变化同样受行星摄动和行星潮汐的影响。行星通过行星摄动和行星潮汐影响太阳黑子活动和地月轨道变化，间接影响全球的气候变化和地震活动。

太阳活动在一个世纪比较活动，在另一个世纪相对比较平静，有约179年周期。Jose（1965）认为这个周期与行星运动的共振周期有关；Cohen（1974）认为这是一个拍频现象。徐道一等人指出，11年周期的成因可能是与行星对太阳的潮汐作用有关，180年、90年周期可能与就行连珠有关。通过11年周期和更长周期的研究可追溯九大行星与太阳的关系在几十亿年中有无变化【6】。

水星的公转周期为87.96天，合0.24年，具有1.2、2.4、6、9.6、12、24、240年公共周期。金星公转周期为224.68天，合0.62年，具有3.1、9.3、12.4、25、250年公共周期。火星公转周期为1.88年，具有9.4、18.8、188年公共周期。木星公转周期为11.86年，有23.7、59.3、117、234年周期。土星公转周期为29.46年，有58.92、117、234年公共周期。天王星公转周期为84.07年，具有168、252年公共周期。海王星公转周期为164.81年，冥王星公转周期为248.53年。

太阳黑子活动的7-18年周期变化（平均为11年）与水星、金星、火星、木星公转周期的叠加有关，其潮汐效应是太阳黑子活动变化的原因；长周期的太阳黑子活动是九大行星公共周期叠加的结果。

行星通过行星摄动和行星潮汐影响太阳黑子活动和地月轨道变化，间接影响全球的气候变化和地震活动。这为行星天文作用的探讨提供了新思路。

 结论

我国北方降水与地球自转、太阳活动、潮汐变化和火山活动的一致性，表明自然因素形成的自然规律是主要原因。

参考文献1【1-6】

1．  张元东，李维宝。太阳黑子。北京：中国华侨出版社，1989。125。

2．  丁有济，罗葆荣，冯永明。古代太阳活动各种周期峰年。天文学报，1982，23（3）：

3．  杨学祥。北京历史上极寒与太阳黑子和潮汐对比。发表于 2010-10-15 10:49:07 光明网。http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=373512

4．  Charles D. Keeling and Timothy P. Whorf. The 1800-year oceanic tidal cycle: A possible cause of rapid climate change[J]. PNAS, 2000, 97(8): 3814-3819

5．  杨冬红. 2009. 潮汐周期性及其在灾害预测中应用[D][博士论文].长春:吉林大学地球探测科学与技术学院.

Yang Dong-hong. 2009.Tidal Periodicity and its Application in Disasters Prediction[D]. [Ph. D.thesis]. Changchun：College of Geo-exploration Science and Technology, Jilin   University.

6．  徐道一 等。天文地质学概论。北京：地质出版社，1983. 94，116

7.    杨冬红, 杨学祥.2013.a 地球自转速度变化规律的研究和计算模型. 地球物理学进展, 28（1）：58-70。

Yang D H, Yang XX. 2013a. Study and model on variation ofEarth’s Rotation speed. Progress inGeophysics (in Chinese), 28（1）：58-70.

太阳活动 太阳黑子极大和极小期

http://dictionnaire.sensagent.com/%E5%A4%AA%E9%98%B3%E6%B4%BB%E5%8A%A8/zh-zh/

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-434784.html 

参考文献2

1．  杨学祥, 韩延本, 陈 震, 等. 强潮汐激发地震火山活动的新证据[J]. 地球物理学报, 2004, 47(4): 616-621.

2．  罗时芳, 梁世光, 叶叔华, 等. 地球自转转率变化的周期分析[J]. 天文学报, 1974, 15(1): 79-84.

3．  任振球. 全球变化[M]. 北京: 科学出版社, 1990: 60-77.

4．  杨学祥, 陈殿友. 地球差异旋转动力学[M]. 长春: 吉林大学出版社, 1998.

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-349016.html