海洋环流系统变得不稳定：气候灾难要降临？

                                    吉林大学：杨学祥，杨冬红

      1.  海洋环流系统变得不稳定：气候灾难要降临？

      由于温室效应的影响，北半球出现了大量的冰川融化，造成了北大西洋环流中断，进而导致了灾难性的局面。最近，一项由德国科学家Niklas Boers所发表的新研究再次向人类发出了一个重大的预警信号。

　　Boers发现，在过去的一个世纪里，由于融化的冰川流入海洋中，使得地球上的一个主要的海洋环流系统正在变得越来越不稳定，这个系统便是大西洋经向翻转环流（AMOC），这种稳定性的丧失可能会对气候造成严重的影响，带来人类难以承受的灾难性后果。Boers将他的分析结果详细发表在了近期的《自然-气候变化》杂志上。

　　AMOC是一个巨大的洋流系统，它是地球上最关键的环流系统之一。这个系统横跨大西洋，是墨西哥湾流的源头，它能够将热带的暖水团从海洋表面向北输送，将冷水团从海洋底部向南输送。这样一个能够重新分配热量的洋流不仅与欧洲相对温和的气温息息相关，而且还影响着世界各地的天气系统。如果这样一个洋流系统崩溃，将可能产生不可估量的严重后果。比如欧洲很可能出现大幅度的降温，热带季风系统收到严重干扰等等。

        2. 大气环流受控于地球自转和潮汐形变

天气变化主要与对流层气体运动有关。吸收太阳辐射热量所在空间的温度和高度控制了对流层的气体密度和气压。一般在空气受热强的地区，形成低密度的低压区；而在受热弱的地区，形成高密度的高压区。在近地面水平方向上，赤道地区为低压区，两极地区为高压区；在垂直方向上，靠近地面的热空气为低压区，高空冷空气为高压区。气压的不均匀性导致气体运动，形成大气环流。受这一规律控制，一般空气在地面从两极流向赤道，在高空则从赤道流向两极。实际的气流分布并不这样简单，除赤道和两极外，还出现了30^o、35^o和60^o三个特征纬度，表明月亮在月亮赤纬角0度-28.6度之间震荡和太阳在南北回归线（南北纬22.5度之间）之间的震荡对大气环流的重要影响，日月引力导致地球潮汐形变和扁率变化，引发地球自转速度变化和表面流体流动。

全球性地表风带和气压带由赤道向两极依次为：赤道无风带（低压带）、纬度0^o~30^o的南北两个信风带（贸易风带）、纬度30^o~35^o南北两个亚热带无风带（高压带）、纬度35^o~60^o左右南北两个盛行西风带、纬度60^o左右南北两个多风暴带（低压带）、纬度60^o以上南北两个寒带东风带与极地高压带（见图1）。特别值得重视的是相邻两个风带之间的过渡带，即纬度0^o、±（30^o~35^o）、±60^o的5个纬度带，其两侧空气水平运动方向明显不同，故称之为大气临界纬度。全球不同纬度的气压带、风带空气运动速度变化很大，量极达m/s。这表明，大气运动与地球自转、地理纬度密切相关^[1]。

图1 东风带和西风带以及径向南北运动（网络图片）

M.B.斯托瓦斯把地球作为体积不随时间变化的不等速的二轴椭球体，计算了它的基本参数随扁率或偏心率变化而发生的变化，得出南北纬35^o线不随扁率变化而伸缩，由于其固定不变的特性而称为临界纬度。相反，南北纬62^o与赤道纬度，当地球扁率发生变化时，互为消长，称为共轭纬度^[2]。0^o和62^o共轭纬度以及35^o临界纬度在大气环流和海洋环流中的特殊作用，表明地球扁率变化和地球自转在大气环流和海洋环流中可能起到某种特殊作用。

M.B.斯托瓦斯的计算表明，临界纬度35^o是在扁率变化中长度不变的纬度圈。

我们计算结果表明，一个旋转速度不断增大的气体星球，在扁率不断变大的过程中，被削平的两极突起通过35^o不变圈向赤道流动，形成一个几乎静止的（相对星球自转方向相反的快速旋转）大气环流。在星球外部看来，加速旋转的气体星球象一个层层包裹的洋葱，每层的旋转速度不同，中心转速快，外层转速逐渐减小（见图2）。这非常符合木星环的旋转特征：美国学院公园市马里兰大学的Douglas Hamilton和德国海德尔堡马普学会核物理研究所的Harald Krüger发现，行星环中的微粒缓慢围绕木星运转，其形成机制尚不清楚。理论计算结果给出了一个合理的行星环形成机制：变速旋转的气体星球，赤道有慢速旋转的环，两极有快速旋转的帽^[3]。

图2  地球变扁南北纬35度线长度不变（杨冬红，2009）

根据这一变化规律，在引潮力使地球扁率变大时，赤道上空的高速气流，产生与地球自转方向相反的由东向西运动，加大赤道东风带的风速，在外空间看来几乎静止不动；在引潮力使地球扁率变小时，大气赤道突起减小并向两极流动，在南北纬35度线以上的中高纬度地区，形成两极突起，旋转方向与地球自转方向相同，速度加快，加大中纬度地区的西风带风速。这一变化规律与星体大小以及形变规模无关^[3]。

南北纬35^o线不随扁率变化而伸缩，由于其固定不变的特性而称为临界纬度。相反，南北纬62^o与赤道0纬度，当地球扁率发生变化时，互为消长，称为共轭纬度^[2]。0^o和62^o共轭纬度以及35^o临界纬度在大气环流和海洋环流中的特殊作用，表明地球扁率变化和地球自转在大气环流和海洋环流中可能起到特殊作用。

根据图2，两极和赤道之间不存在直接的大气环流，而是在纬度0^o、±（30^o~35^o）、±60^o、±90^o的5个纬度带相对独立循环；赤道地区的热流被封闭在0^o、±（30^o~35^o）纬度内相对循环；两极地区的寒流被封闭在60^o、±90^o纬度内相对循环，直接热对流需要打破纬度界线。

      3. 海洋环流受控于地球自转和潮汐形变

最近发现太阳黑子和潮汐有相同的变化周期，行星摄动和行星潮汐可能是它们的共同成因。深入研究其相关规律，对气候变化的预测具有重要意义。

 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??)

[/IMGA]

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图3 公元850~2000年太阳黑子6次超长极小期（据网上资料【3】）

  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。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）。 

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。

俄罗斯科学家预测，从2040年开始，地球即将进入一个长达250年的冰冻期。我在2012年2月6日指出，千年以内地球气温变化由以下三个周期来决定： 

1800年的小冰期周期：由太阳黑子活动和潮汐强度确定，太阳黑子活动超长极小期和强潮汐对应变冷周期。从15-17世纪小冰期起算，下一次小冰期将发生在3107年，由美国科学家季林在2000年提出。目前处于全球变暖高峰，可持续到24世纪。

图4   强潮汐1800年周期（据季林，2000） 

   200年太阳黑子超长极小期，由太阳黑子活动和潮汐活动强度确定，太阳黑子超长极小期和太阳黑子周期长度超长期对应低温期：1040-1080年欧特极小期、1280-1350年沃尔夫极小期、1450-1550年史玻勒极小期、1645-1715年蒙德极小期、1790-1820年道尔顿极小期，已发生了5次，本次为1997-2009年开始，太阳黑子异常低值和太阳黑子周期长度超长（由11年变为13年）。目前进入变冷时期。

过去5000年间，太阳活动较弱或没有的时期与历史记录中的冷期相对应。太阳活动减弱的主要时期有：奥特极小期，沃尔夫极小期，史玻勒尔极小期和蒙德极小期^[1]。最近发现，潮汐、火山活动与太阳活动有相同的200a的周期，与200a气候周期相对应^[6]。 

表3  太阳活动、火山喷发、强潮汐和低温期的对应关系

太阳将进入不寻常且时间较长的“超级安静模式”，大约从2020年开始，太阳黑子活动或许会消失几年甚至几十年。太阳黑子活动或许将进入“冬眠”，这种情况自17世纪以来从未出现。

Richard A. Kerr. End of the Sunspot Cycle? 2011-6-14, Follow ScienceNOW on Facebookand Twitter. http://news.sciencemag.org/sciencenow/2011/06/end-of-the-sunspot-cycle.html 

目前处于200年气候周期的变冷初期。 

 60年拉马德雷（亦称为太平洋十年涛动）冷位相周期：前两次为1890-1924、1047-1976年，本次为2000-2030年，正进入变冷阶段。在拉马德雷冷位相时期，1957、1969、1972、1976年的厄尔尼诺事件引发中国东北严重低温冻害；1955、1964、2008、2010、2011年的拉尼娜事件和1957、1969、1972、1977年的厄尔尼诺事件引发中国长江下游冬季连续冰冻天数超长。 

 目前地球处于长周期的变暖高峰，中短周期的变冷初期，忽冷忽热，极端事件频发。 

 小冰期通常是指15-17世纪的气温变冷时期，也有人将15-19世纪划为小冰期（可称为广义的小冰期）。变冷高峰在1645-1715年蒙德极小期（有人把小冰期提前到1280年）。 

太阳活动具有200、22、11年变化周期，潮汐有1800、200、60、22、18.6、11年变化周期。对比三个周期，只有强潮汐和太阳黑子超长极小期叠加，才能发生低温期：1800年周期中低温可持续400-500年；200年周期中低温可持续40-100年；60年周期中低温可持续30年。 

 据美国媒体报道，一些国际权威气候专家指出，近来北半球的酷寒只是全球天气变冷的开端，这样的冷天可能会持续20年至30年。这一判定符合拉马德雷冷位相周期。 

英国气象局和东安格利亚大学气候研究中心发布了这些基于3万多个监测站的数据，确认世界温度上升趋势止于1997年，地球在过去的15年间并无变暖。人类甚至有可能面临小冰河期，堪与17世纪泰晤士河上举行霜降会的70年降温相提并论。英国主流气候学家甚至认为，太阳在整个二十世纪都发出异乎寻常的高能量，现在正走向太阳辐射输出的最低值，人们将面临冷夏、严冬以及粮食种植季节缩短的威胁。目前，太阳活动周期有92%的可能性达到1790年至1830年间的“道尔顿最低点”，甚至更弱。在这段以气象学家约翰道尔顿命名的时期里，欧洲部分地区的平均温度下降了2摄氏度。 

 1790年至1830年间的“道尔顿最低点”在200年周期之内，在广义的小冰期范围内，处于小冰期末期，低温可持续70-100年。

小冰期的高峰在1645-1715年蒙德极小期，潮汐强度最大（见图1），重现时期在3107年，目前的潮汐强度已接近最低点的2133-2337年，不会重现1645-1715年蒙德极小期的小冰期，也不会重现1790-1820年道尔顿极小期的广义小冰期。  

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21世纪太阳活动超长极小期可导致低于道尔顿极小期的冰冻期，这是多数人的共识，时间为40-100年，不会达到250年，历史上也没有这样长的冰冻期（见表1）。

太阳黑子周期和潮汐周期的一一对应

对比图3和图4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。

表4 太阳黑子极小期与潮汐极大期对比 

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。 

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。 

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海洋循环的特殊性

对海洋而言，水平运动具有明显的规律性。在赤道附近的中低纬度地区，形成明显的全球统一性一级西向流；而在中、高纬度地区形成明显东向流。尤其在南半球纬度40^o以南、北半球纬度45^o以北地区，洋流以东向为主，形成全球性一级东向流（见图3）。洋流稳态运动速率的量级介于cm/s~m/s。大气运动和盛行凤系的存在，是导致海洋水体运动的主要动力^[1]。

图5 太平洋和印度洋的海洋环流分布图和全球气候的三个海冰启动开关示意

由于大陆的阻隔，海洋相对大气有独立的热循环系统，打破了大气循环的纬度界线，形成南太平洋的内循环和外循环，控制了两极和赤道之间的热交换。

       4. 南极半岛德雷克海峡通道对全球气候的影响

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^[4~10]。

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^{[6, 10]}。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^{[6, 7]}。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。

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3)。

       5. 南极海冰控制的全球海洋热输送

在北半球，由于大陆的阻隔，北太平洋与北极处于半封闭状态，海洋寒流由北极进入太平洋要通过狭窄的白令海峡，流入量受到限制。印度洋北部是欧亚大陆。因此，太平洋和印度洋的北部完全在海洋暖流的控制之下。与此相反，大西洋、太平洋和印度洋对南极而言是完全开放的，特别是南半球环南极大陆强烈的海洋西风漂流，在经过南美洲的德雷克海峡时严重受阻，部分寒流沿南美洲西海岸北上，加强了秘鲁寒流，其规模远大于非洲西海岸的本格拉寒流，形成太平洋北暖南冷、西暖东冷的格局。南半球西风飘流是海洋寒流，北半球西风飘流是北太平洋暖流和北大西洋暖流，这个重大差别是由陆海分布差异造成的。

西澳大利亚寒流是南半球最弱的海洋寒流，因为太平洋南赤道暖流能够通过阿拉弗拉海进入印度洋，加强印度洋南赤道暖流，减弱西澳大利亚寒流，形成印度洋和西太平洋的高温低压区，与东南太平洋由秘鲁寒流形成的低温高压区组成一个沃克环流。

赤道附近太平洋上，东部海域海水较冷（寒流影响），使海水上空的气温偏低，气流下沉（近海面形成高压），而东部海域的海水的温度较高（暖流影响），空气受其影响气温偏高，气流上升，近海面形成低压，所以在近海面就形成从高压向低压的风，上空气流方向相反，就形成了环流，这就是沃克环流，它是纬向环流。

在大气纬向的沃克环流和径向的哈得来环流组合的影响之下，构成南太平洋的海洋内部循环，其路径是：太平洋的南赤道暖流----东澳大利亚暖流----南中纬度的西风漂流----秘鲁寒流^[1]。

事实上，印度洋和大西洋都有类似的环流和现象，由于热能相对较少，厄尔尼诺和拉尼娜现象也就不明显。

太平洋、印度洋和大西洋在北半球是相互封闭的；在南半球是相互连通的，南半球西风漂流带和环南极大陆海流是三大洋热能交换的渠道，构成太平洋的外循环。太平洋有广阔的赤道海域，由此获得的热能通过外循环向外传输。

北太平洋通过白令海峡向北极输出的热量为10TW(1TW = 10¹²W),南太平洋向南极输出的热量为1190TW，是前者的119倍。印度洋向南极输出的热量为490TW，而北大西洋输出的热量起源于太平洋，数量超过1000TW，其中向北极输出的热量为260TW^[2]。海洋输送的热量数量为北太平洋向南太平洋的热输出提供了证据（见图4）。

地质资料表明, 对第三纪早期的普遍变冷起作用的明显构造事件是巴拿马地峡的封闭，迅速变暖和较长的变冷由轨道参数的周期性所决定。阻挡大西洋赤道暖流进入东太平洋，加强秘鲁寒流，是气候变化的原因。南美洲与南极大陆的分离造成环绕南极大陆强烈的海洋西风漂流带，它阻挡赤道暖流南移，生成南极冰盖并维持其稳定的存在,为全球构造运动影响气候变化提供了证据^{[3 - 5]}。这表明,北太平洋向南太平洋输送热量的波动性是厄尔尼诺事件和拉尼娜事件发生的本质原因,相应的海洋环流在温差积累到一定程度时必然发生。厄尔尼诺发生时，太平洋暖水由东向西，或由西向东，或由中部分别向东向西运动，其实质是北部暖水向南运动。

图6  海洋热输送的数量估计

如果有某种原因使南半球的西风漂流减弱，或使东南太平洋表面海水增温，就会减弱这一地区的沃克环流，出现南太平洋高压和印度尼西亚——澳大利亚低压同时减弱，甚至相反的情况。这是南方涛动和厄尔尼诺同时出现的原因。

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3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。

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。

南极海冰的长期趋势变化从70年代到90年代海冰有两个突变，一次发生在1975年底1976年(厄尔尼诺年)初，海冰由偏多迅速转变为偏少，另一次发生在1988年(拉尼娜年)，是海冰由偏少缓慢转向偏多。海冰减少与厄尔尼诺有很好的对应关系^[10]。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。1973年南半球冬季海冰的范围比夏季大大扩展；最小的出现在2月10日，最大的出现在7月16日^[11] (与9月出现最大值的一般情况相比是特殊的异常现象)。与其相关的是，1972年4月~1973年2月是厄尔尼诺事件时期，1973年6月~1974年4月是拉尼那事件时期。对比两者的变化趋势可以看出，南极海冰和南太平洋的海温具有明显的相关性，即德雷克海峡冰冻线的季节性北移，关闭了德雷克海峡的”海冰开关”，导致秘鲁寒流的对应增强，是拉尼那事件发生和秘鲁沿海表层水季节性降温的主要原因。

2014年南极海冰结冰量创40年新高，是南极海冰长期趋势变化的第三次突变，预示一个气候变冷时期正在生成。

        6. 南极三个海冰开关控制了全球的温盐循环

据网上资料，温盐环流是一个大尺度的海洋环流，由温度及含盐度的差异所致。在北大西洋，环流的表面暖水向北流而深海冷水向南流，造成净热量向北输送。表面海水在位于高纬度的固定下沉区下沉。

表面风对于100 米左右以下深度的海水环流所起的作用微乎其微，而海水温度和盐度的变化则足以使海水密度产生差异。

海水密度的差异使得产生了密度梯度，导致海流的形成。这种方式产生的海流流速非常慢（每年只有若干公里），只有通过特殊的手段才能发现这种海流，也就是通过把不同深度的水团的温度、盐度和氧含量表示在图上，才能发现它的存在。

海洋的温盐环流系统是大洋中最重要的海水运动，一般被形象地称为“大洋输送带”。在这个系统中，北大西洋表面冷而致密的海水下沉到海洋深处，再经过印度洋和太平洋，最终回到大西洋。这整个循环过程要花费数个世纪之久，是调节地球上大陆之间热量的最重要的循环之一。温盐环流在地球上温度和盐度都不同的大洋之间输送着营养物质和热量。

在北半球，由于大陆的阻隔，北太平洋与北极处于半封闭状态，深海环流由北极进入太平洋要通过狭窄的白令海峡，流入量受到限制。印度洋北部是欧亚大陆。因此，北太平洋高纬度海区没有典型的温盐环流（见图5）。与此相反，大西洋、太平洋和印度洋对南极而言是完全开放的，温盐环流在南极大陆周围形成最大规模。这个重大差别是由陆海分布差异造成的（见图6）。

NASA所绘制的温盐环流分布图。不同的生态系统，其所受到的环境因子便有所不同，而温盐环流对于海洋生态系而言具有极大的重要性，因为它也主导了盐份的循环。而对气候的重要性同样重要，因为其也伴随气候与能量的调节。

   图7  NASA所绘制的温盐循环图（蓝色表示冷流，红色表示热流）

图8  以南极为中心的温盐循环图（蓝色表示冷流，红色表示热流）

全球温盐环流有两大系统：北极冷水下沉控制的温盐环流规模较小，流经大西洋和印度洋，处于非洲海冰开关控制之下；南极冷水下沉控制的温盐环流规模较大，遍及三大洋，影响全球气候变化，处于南极三大海冰开关控制之下。后者的作用被人们忽视（见图5，图6）。这表明，南极海冰的异常减少，将打开南极海冰的三大开关，导致温盐循环速度突增。这是2016年9月北极和南极海冰同时大量融化的原因。

杨学祥最近指出，当赤道热两极冷的平衡被打破，热空气进入北极，冷空气被挤出。北极寒潮遇到北极涛动的负位相，这个寒潮强度将变得非常强，演化成现在所说的“超级寒潮”。

http://news.163.com/16/1104/06/C50O55LT000187VE.html

7. 墨西哥湾暖流

       墨西哥湾暖流（Warm Current of Mexico Gulf），简称湾流，是大西洋上重要的洋流，世界大洋中最强大的暖流，也是最大的暖流。

       墨西哥湾暖流起源于墨西哥湾，经过佛罗里达海峡沿着美国的东部海域与加拿大纽芬兰省向北，最后跨越北大西洋通往北极海。在大约北纬40度西经30度左右的地方，墨西哥湾流分支成两股分支，北分支跨入欧洲的海域，成为北大西洋暖流，南分支经由西非重新回到赤道。来自热带的暖流将北美洲以及西欧等原本冰冷的地区变成温暖适合居住的地区，对北美东岸和西欧气候产生重大影响。

      墨西哥湾暖流又称湾流（Gulf Stream），世界大洋著名暖流，北大西洋副热带总环流系统中的西部边界强流 。由 北赤道暖流及圭亚那暖流汇聚于加勒比海和 墨西哥湾后，经佛罗里达海峡流出，称佛罗里达暖流。它与东南来的 安的列斯暖流汇合后称墨西哥湾暖流，沿北美大陆架北上，在美国东海岸的 哈特勒斯角附近偏向东北方向流，在北纬45°的纽 芬兰浅滩外缘，因受盛行西风影响而拆向东流，并在西经40°附近改称北大西洋暖流。

      广义的湾流系指从墨西哥湾开始，沿北美洲东岸北上，再向东横贯 大西洋至欧洲西北沿岸，最后穿过 挪威海进入北冰洋的暖流系统。海洋学中的湾流系统一般分为3部分，其中湾流仅指从哈特勒斯角至纽芬兰浅滩流势最盛的一段；此段以南称起始段，以东为延续段。湾流具有流速强、流量大、流幅狭窄、流路蜿蜒、流域广阔、高温、高盐、透明度大等特征。在哈特勒斯角附近，流幅达110～120公里，厚度700～800米，表层水温25～26℃，盐度36.2～36.4‰，流量8200万立方米/秒。湾流表层水温具有较明显的季节变化，且与季风强弱有密切关系，并对北美洲气候影响显著。

       墨西哥湾暖流规模十分巨大，它宽100多千米，深700米，总流量每秒7400万到9300万立方米，流动速度最快时每小时9.5千米，200米深处流动速度约每小时4000米。总流量大约相当于所有河流径流量的20倍。湾流水温很高，特别是冬季，比周围的海水高出8℃。刚出海湾时，水温高达27～28℃，它散发的热量相当于北大西洋所获得的太阳光热的1/5。它像一条巨大的、永不停息“暖水管”，携带着巨大的热量，温暖了所有经过地区的空气，并在西风的吹送下，将热量传送到西欧和北欧沿海地区，使那里成为暖湿的海洋性气候。

       如果北极变暖使冰川大量融化，融化的淡水密度小于海水，阻碍了墨西哥湾暖水北上，中断了墨西哥湾暖流，将给北美和欧洲带来灾难性的极寒。

       8. 简短小结

       目前处于200年潮汐周期变冷时期；

       目前处于70年太阳黑子延长极小期；

       目前处于88年火山活跃期；

       目前处于30年拉马德雷冷位相低温期；

       目前处于北极冰川融化高潮期；

       目前处于2023-2025年月亮赤纬角最大值时期（变冷）；

       欧洲很可能出现大幅度的降温，预兆已经非常明显。

       我们在2007年中国首届灾害链学术研讨会论文集上指出，近期科学研究的一系列成果揭示了冷气候、台风、强潮汐、禽流感世界大流行和强震相互对应的规律和物理机制，对气候及其相关灾害的预测有重大科学意义。规律表明，在拉马德雷冷位相时期，全球强震、低温、飓风伴随拉尼那、禽流感伴随厄尔尼诺将越来越强烈。印尼地震海啸发出了自然界对人类的警告：拉马德雷冷位相时期的灾害链已经启动，人们必须有所准备。8年的科研实践正在验证这一理论预测[1]。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-972518.html

参考文献

1．  吴珍汉。旋转地球动力学。北京：地质出版社，1997。

2．   M.B.斯托瓦斯。地球自转的不均衡性——地球形状及大地构造因素。地质力学论丛（1），北京：科学出版社，1959。

3．  杨冬红，杨德彬。日食诱发厄尔尼诺现象的热-动力机制。世界地质。2010，29（4）：652-657.

4．  Francisco P. Chavez, John Ryan, Salvador E. Lluch-Cota, etal. From Anchovies to Sardines and Back: Multidecadal Change in the Pacific Ocean. Science. 2003, 299: 217-221.

5．  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, 44, 133, 271, 380, 381-392.

6.    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

7．  杨冬红。潮汐周期性及其在灾害预测中应用。博士论文，吉林大学，2009. 

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

相关报道

海洋环流系统正在变得越来越不稳定 气候灾难要降临？

2021年08月12日 09:10 新浪科技综合

　　来源：原来

　　《后天》是一部很多人都观看过的灾难电影。影片描述了在地球上发生的一系列极端天气事件，龙卷风、海啸、地震在全球肆虐，地球最终再次进入冰期的故事。在这则故事中，它的科学背景设定为由于温室效应的影响，北半球出现了大量的冰川融化，造成了北大西洋环流中断，进而导致了灾难性的局面。最近，一项由德国科学家Niklas Boers所发表的新研究再次呼应了影片中的场景，向人类发出了一个重大的预警信号。

　　Boers发现，在过去的一个世纪里，由于融化的冰川流入海洋中，使得地球上的一个主要的海洋环流系统正在变得越来越不稳定，这个系统便是大西洋经向翻转环流（AMOC），这种稳定性的丧失可能会对气候造成严重的影响，带来人类难以承受的灾难性后果。Boers将他的分析结果详细发表在了近期的《自然-气候变化》杂志上。

　　AMOC是一个巨大的洋流系统，它是地球上最关键的环流系统之一。这个系统横跨大西洋，是墨西哥湾流的源头，它能够将热带的暖水团从海洋表面向北输送，将冷水团从海洋底部向南输送。这样一个能够重新分配热量的洋流不仅与欧洲相对温和的气温息息相关，而且还影响着世界各地的天气系统。如果这样一个洋流系统崩溃，将可能产生不可估量的严重后果。比如欧洲很可能出现大幅度的降温，热带季风系统收到严重干扰等等。

　　一直以来，气候学家从一些计算机模拟结果，以及一些地球过去的气候数据中得知，AMOC除了目前达到的强模式外，还可以展示出另外一种较弱的运作模式。能在两种模式下维持稳定意味着，理论上说，AMOC是可以在这两种环流模式之间发生突然地变换的。

　　在新的研究之前，已经有研究表明AMOC目前的强度正处于1000多年来的最弱状态。然而，到目前为止，科学家们尚不清楚的是，观察到的这种减弱是否对应于环流状态的一种平均变化，或者说这是否意味着这种减弱与环流系统的动力学稳定性的丧失有关？这二者之间的差异是至关重要的，因为动力学稳定性的丧失意味着AMOC已经接近某个临界阈值，一旦超过这个临界点，就可能发生实质性的、可能不可逆转的弱模式转变。

　　由于缺乏对AMOC强度的长期观测数据，这仍然是一个悬而未决的问题。直到现在。

　　AMOC会在大西洋的海表温度和盐度模式中留下清晰的“指纹”，Boers通过分析海洋表面温度和盐度数据，对8个独立的AMOC指数进行了详细的评估。他的研究结果表明，AMOC正在逐渐减弱，且这种减弱确实与稳定性的丧失有关。更具体地说，在上个世纪的过程中，AMOC的下降不仅仅是温度上升的波动或对温度上升产生的线性响应，而是可能已经从相对稳定的情况演变到了一个接近临界点的状态。

　　那么这种转变是由什么因素导致的呢？过去的大多数证据表明，AMOC在近期的减弱是由北大西洋变暖直接造成的。但Boers指出，直接的变暖并不太可能导致这种突然的转变，他认为除了全球变暖，AMOC更有可能是由于冰盖的融化，使得大量淡水流入海中造成的。

　　淡水流入海中的现象可能受到许多因素的影响，比如格陵兰冰盖融化带来的淡水流入、海冰融化、降水增加和河流径流等等。这些淡水不仅能够导致海平面上升，还能够对洋流产生影响。由于淡水比盐水轻，它能影响海水从深处下沉和上升的方式。这些因素增加了大西洋变暖对其环流的直接影响。

　　这是一项意义重大的结果，它为AMOC崩溃发出了重要的早期预警信号。现有的证据已经表明，我们正接近AMOC的关键临界点，这再次突显了温室气体的持续排放对地球气候系统造成了很大的干扰。

　　Boers表示这一结果令他惊讶，他说：“我没有想到，在上个世纪在海中注入的过量淡水，会在翻转环流中产生这样的反应。我们迫切需要将我们的模型与现有的观测证据进行协调，以此来评估我们距离AMOC的临界阈值究竟还有多远。”

　　研究人员表示，虽然还需要对能够对AMOC产生影响的不同因素展开进一步分析研究，但可以肯定的是，这些因素都与人为造成的气候变化有关。而且在这种转变中，南半球也可能受到影响，在南极大陆周围也有类似的翻转环流，随着陆冰的融化，这些环流可能再次在全球变暖的情况下崩溃——而且已经有证据表明，这种情况已经在发生。

　　#创作团队：

　　文：小雨

　　#参考来源：

　　https：//www.pik-potsdam.de/en/news/latest-news/major-atlantic-ocean-current-system-might-be-approaching-critical-threshold 

　　https：//cosmosmagazine.com/earth/oceans/could-the-day-after-tomorrow-come-true/ 

　　https：//www.nature.com/articles/s41558-021-01097-4

　　#图片来源：

　　封面来源：Ivana Cajina on Unsplash

https://finance.sina.com.cn/tech/2021-08-12/doc-ikqciyzm0986358.shtml?cre=tianyi&mod=pchp&loc=26&r=0&rfunc=79&tj=cxvertical_pc_hp&tr=12