南桑威奇群岛强震频发与厄尔尼诺指数异常

                   吉林大学：杨学祥，杨冬红

       南桑威奇群岛位于南极半岛德雷克海峡东部咽喉要道，南极大陆海洋环流的必经之地，近期强震频发，其影响不可低估。8月7日5.8级地震和13日7.6级地震是造成厄尔尼诺指数异常变化的原因，对全球气候的影响逐渐显现，也是全球极端事件频发的重要原因。       

      8月7-9日和13日-15日厄尔尼诺指数异常变化

潮汐组合A：8月5日为月亮赤纬角最大值北纬25.71度，8月8日为日月大潮，两者弱叠加，潮汐强度大，地球扁率变小，地球自转变快，有利于厄尔尼诺发展（强），潮汐使赤道空气向两极流动，可激发地震火山活动和暖空气活动，有利于低层偏南风的发展，带来较多水汽，造成部分地方出现大雾天气（强）。

潮汐组合B：8月12日为月亮赤纬角最小值南纬0.03度，8月15日为日月小潮，8月17日为月亮近地潮，三者叠弱加，两者弱叠加，潮汐强度小，地球扁率变大，地球自转变慢，有利于拉尼娜发展（弱），潮汐使两极空气向赤道流动，可激发地震火山活动和冷空气活动（弱）。

潮汐组合C：8月19日为月亮赤纬角最大值南纬25.78度，8月22日为日月大潮，两者弱叠加，潮汐强度大，地球扁率变小，地球自转变快，有利于厄尔尼诺发展（强），潮汐使赤道空气向两极流动，可激发地震火山活动和暖空气活动，有利于低层偏南风的发展，带来较多水汽，造成部分地方出现大雾天气（强）。

根据8月潮汐组合，8月5-8日厄尔尼诺指数处于上升时期（图1-6），8月7日突然下降（图6-10），持续到8月9日，与南桑威奇群岛8月7日5.8级地震对应。

根据8月潮汐组合，8月12-17日厄尔尼诺指数处于下降时期（图17-6），8月13日突然上升（图17-22），持续到8月15日，与南桑威奇群岛8月13日7.6级地震对应。

 图1 2021年08月05日12时厄尔尼诺指数为-0.189，比2021年08月05日00时厄尔尼诺指数为-0.196，增速0.007，增速变快，进入上升区间。

 图2 2021年08月05日18时厄尔尼诺指数为-0.182，比2021年08月05日12时厄尔尼诺指数为-0.189，增速0.007，增速变快，进入上升区间。

   2021年07月23日00时厄尔尼诺指数为-0.122进入谷值。2021年07月26日06时厄尔尼诺指数为+0.058进入峰值。2021年08月01日00时厄尔尼诺指数为-0.260进入谷值。2021年08月03日12时厄尔尼诺指数为-0.192进入峰值。2021年08月04日18时厄尔尼诺指数为-0.197进入谷值。

 图3 2021年08月06日00时厄尔尼诺指数为-0.176，比2021年08月05日18时厄尔尼诺指数为-0.182，增速0.006，增速变慢，进入上升区间。

 图4 2021年08月06日12时厄尔尼诺指数为-0.165，比2021年08月06日00时厄尔尼诺指数为-0.176，增速0.011，增速变慢，进入上升区间。

   2021年07月23日00时厄尔尼诺指数为-0.122进入谷值。2021年07月26日06时厄尔尼诺指数为+0.058进入峰值。2021年08月01日00时厄尔尼诺指数为-0.260进入谷值。2021年08月03日12时厄尔尼诺指数为-0.192进入峰值。2021年08月04日18时厄尔尼诺指数为-0.197进入谷值。

 图5 2021年08月06日18时厄尔尼诺指数为-0.159，比2021年08月06日12时厄尔尼诺指数为-0.165，增速0.006，增速变快，进入上升区间。

 图6 2021年08月07日00时厄尔尼诺指数为-0.160，比2021年08月06日18时厄尔尼诺指数为-0.159，减速0.001，增速变减速，进入下降区间。

   2021年07月23日00时厄尔尼诺指数为-0.122进入谷值。2021年07月26日06时厄尔尼诺指数为+0.058进入峰值。2021年08月01日00时厄尔尼诺指数为-0.260进入谷值。2021年08月03日12时厄尔尼诺指数为-0.192进入峰值。2021年08月04日18时厄尔尼诺指数为-0.197进入谷值。2021年08月06日18时厄尔尼诺指数为-0.159进入峰值。

 图7 2021年08月07日12时厄尔尼诺指数为-0.178，比2021年08月07日00时厄尔尼诺指数为-0.160，减速0.018，减速变快，进入下降区间。

 图8 2021年08月08日18时厄尔尼诺指数为-0.249，比2021年08月08日12时厄尔尼诺指数为-0.239，减速0.010，减速变慢，进入下降区间。

 图9 2021年08月09日00时厄尔尼诺指数为-0.252，比2021年08月08日18时厄尔尼诺指数为-0.249，减速0.003，减速变慢，进入下降区间。

 图10 2021年08月09日18时厄尔尼诺指数为-0.219，比2021年08月09日00时厄尔尼诺指数为-0.252，增速0.033，减速变增速，进入上升区间。

 图11 2021年08月10日00时厄尔尼诺指数为-0.206，比2021年08月09日18时厄尔尼诺指数为-0.219，增速0.013，增速变快，进入上升区间。

 图12 2021年08月10日12时厄尔尼诺指数为-0.195，比2021年08月10日00时厄尔尼诺指数为-0.206，增速0.011，增速变慢，进入上升区间。

   2021年07月23日00时厄尔尼诺指数为-0.122进入谷值。2021年07月26日06时厄尔尼诺指数为+0.058进入峰值。2021年08月01日00时厄尔尼诺指数为-0.260进入谷值。2021年08月03日12时厄尔尼诺指数为-0.192进入峰值。2021年08月04日18时厄尔尼诺指数为-0.197进入谷值。2021年08月06日18时厄尔尼诺指数为-0.159进入峰值。2021年08月09日00时厄尔尼诺指数为-0.252进入谷值。

 图13 2021年08月11日00时厄尔尼诺指数为-0.199，比2021年08月10日18时厄尔尼诺指数为-0.198，减速0.001，减速变慢，进入下降区间。

 图14 2021年08月11日12时厄尔尼诺指数为-0.201，比2021年08月11日00时厄尔尼诺指数为-0.199，减速0.002，减速稳定，进入下降区间。

 图15 2021年08月11日18时厄尔尼诺指数为-0.201，比2021年08月11日12时厄尔尼诺指数为-0.201，减速0.000，减速停止，进入停止区间。

 图16 2021年08月12日18时厄尔尼诺指数为-0.234，比2021年08月12日12时厄尔尼诺指数为-0.221，减速0.013，减速加快，进入下降区间。

 图17 2021年08月13日12时厄尔尼诺指数为-0.224，比2021年08月13日00时厄尔尼诺指数为-0.238，增速0.014，减速变增速，进入上升区间。

 图18 2021年08月13日18时厄尔尼诺指数为-0.204，比2021年08月13日12时厄尔尼诺指数为-0.224，增速0.020，增速变快，进入上升区间。

 图19 2021年08月13日18时厄尔尼诺指数为-0.204，比2021年08月13日12时厄尔尼诺指数为-0.224，增速0.020，增速变快，进入上升区间。

 图20 2021年08月14日00时厄尔尼诺指数为-0.189，比2021年08月13日18时厄尔尼诺指数为-0.204，增速0.015，增速变慢，进入上升区间。

   2021年07月23日00时厄尔尼诺指数为-0.122进入谷值。2021年07月26日06时厄尔尼诺指数为+0.058进入峰值。2021年08月01日00时厄尔尼诺指数为-0.260进入谷值。2021年08月03日12时厄尔尼诺指数为-0.192进入峰值。2021年08月04日18时厄尔尼诺指数为-0.197进入谷值。2021年08月06日18时厄尔尼诺指数为-0.159进入峰值。2021年08月09日00时厄尔尼诺指数为-0.252进入谷值。2021年08月10日12时厄尔尼诺指数为-0.195进入峰值。2021年08月13日00时厄尔尼诺指数为-0.238进入谷值。

 图21 2021年08月14日12时厄尔尼诺指数为-0.172，比2021年08月14日00时厄尔尼诺指数为-0.189，增速0.017，增速变慢，进入上升区间。

 图22 2021年08月15日00时厄尔尼诺指数为-0.171，比2021年08月14日18时厄尔尼诺指数为-0.171，增速0.000，增速停止，进入停滞区间。

 图23 2021年08月15日12时厄尔尼诺指数为-0.181，比2021年08月15日00时厄尔尼诺指数为-0.171，减速0.010，增速变减速，进入下降区间。

 图24 2021年08月16日00时厄尔尼诺指数为-0.201，比2021年08月15日18时厄尔尼诺指数为-0.190，减速0.011，减速变快，进入下降区间。

 图25 2021年08月16日12时厄尔尼诺指数为-0.223，比2021年08月16日00时厄尔尼诺指数为-0.201，减速0.022，减速变快，进入下降区间。

   2021年07月23日00时厄尔尼诺指数为-0.122进入谷值。2021年07月26日06时厄尔尼诺指数为+0.058进入峰值。2021年08月01日00时厄尔尼诺指数为-0.260进入谷值。2021年08月03日12时厄尔尼诺指数为-0.192进入峰值。2021年08月04日18时厄尔尼诺指数为-0.197进入谷值。2021年08月06日18时厄尔尼诺指数为-0.159进入峰值。2021年08月09日00时厄尔尼诺指数为-0.252进入谷值。2021年08月10日12时厄尔尼诺指数为-0.195进入峰值。2021年08月13日00时厄尔尼诺指数为-0.238进入谷值。2021年08月14日18时厄尔尼诺指数为-0.171进入峰值。

      南极半岛德雷克海峡的海冰气候开关效应

中生代时期，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其巨大的单一陆块，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，一个单的环流系统作用范围至少达到纬度55度，以致宽阔的、深而缓慢的赤道流在穿过低纬度大于180度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^[1-3]。

图26. 全球气候的三个海冰启动开关示意图

                Fig.26 Sketch map of three sea-ices switches for global climate

       南北半球冰期同步的原因

20世纪晚期古气候研究的最大突破，在于证实了地球轨道参数变动造成的冰期旋回即“米兰科维奇周期”^[4]。但是，冰期天文理论的一些结论与实际并不完全符合，其中最明显的问题是：根据冰期天文理论，地球南北两半球都将以23000a（近日点相对春分点的周期）为周期交替发生冰期，这就是冰期天文理论关于南北两半球交替发生冰期的学说。但是，到目前为止，所获得的地质纪录却证明南北半球的冰期是同步进行的^[5]。在第四纪，历次冰期中的冰川主要分布在北半球。

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。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]。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，是南极冰盖不能扩展成南半球大冰川的一个重要原因^{[2, 3, 7]}。

       厄尔尼诺和拉尼娜的交替发生的原因

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1）。

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1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^[1-3,7]。

       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

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1299426.html

       结论

      德雷克海峡形成对全球气候变冷的影响十分重大：其一，导致中始新世和早渐新世之间的总的温度下降和南极冰盖的形成。其二、是南极冰盖不能扩展成南半球大冰川的一个重要原因。其三、控制赤道热流向南极的热输送，形成厄尔尼诺和拉尼娜的交替发生。构造活动决定了气候变化的冷暖交替规律。这是地质学家比气象学家看得更远的原因。

     南桑威奇群岛位于南极半岛德雷克海峡东部咽喉要道，南极大陆海洋环流的必经之地，近期强震频发，其影响不可低估。8月7日5.8级地震和13日7.6级地震是造成厄尔尼诺指数异常变化的原因，对全球气候的影响逐渐显现，也是全球极端事件频发的重要原因。  

      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。

参考文献（References）：

[1] Frakes, L. A., Climates throughout geologic time. Elsevier Scientific Publishing Company[M], Amsterdam—Oxford—New York, 1979. 182, 192, 200, 223, 315.

[2]杨学祥。太平洋环流速度减慢的原因[J]。世界地质，2003，22（4）：380-384。

[3]杨学祥。厄尔尼诺事件产生的原因与验证[J]。自然杂志，2004，26（3）：151－155。

[4]汪品先，翦知湣。寻求高分辨率的古环境记录。第四纪研究。1999，（1）：1~17

[5]周尚哲. 冰期天文理论研究中的几个问题. 冰川冻土. 1994, 16(1):85~92

[6]Van Andel T H, Heath G R, Moore T C. Cenozoic history and paleooceanography of the central equatorial Pacific Ocean[J]. Geol. Soc. Am.,Mem., 1975, 143: 134

[7]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。