全球变化- 杨学祥工作室分享 http://blog.sciencenet.cn/u/杨学祥 吉林大学地球探测科学与技术学院退休教授,从事全球变化研究。

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全球8级以上大震的54年沙罗周期

已有 4501 次阅读 2011-12-11 07:03 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流|关键词:沙罗周期,地震,潮汐,日食,厄尔尼诺| 厄尔尼诺, 地震, 日食, 潮汐, 沙罗周期

                             全球8级以上大震的54年沙罗周期

                                              杨学祥,杨冬红

(吉林大学,长春130026

    摘  要:在厄尔尼诺现象发生前后, 东西太平洋海面高度分别升降60cm, 水均衡作用使洋壳反向升降20cm. 由此形成的东西太平洋地壳跷跷板运动是厄尔尼诺现象与地震火山活动一一对应的原因.

    关键词:厄尔尼诺,水均衡作用,跷跷板原理, 地震群, 火山.

 

1.  问题的提出

 

    学者徐道一在201012月指出,从1890年以来发生的特大地震中有5个具有较好的有序性。它们的发生日期为:

1897612印度阿萨姆Ms8.7级地震;

1906131厄瓜多尔Ms8.9级地震;

1950815中国西藏Ms8.6级地震;

1960522智利Mw9.5级地震;

20041226印尼苏门答腊Mw9.1级地震。

    1897年逾1950年相差53年。1906年和1960年,1950年和2004年都相差54年。在天文上与54年近四的周期有:其一为沙罗周期,一份沙罗周期是1810日(或11日),3个沙罗周期为5430日(或33日)。其二为地球自转速率的潮汐变化。5次特大地震的有序性主要与日食和月食有关的沙罗周期有关,日食和月食的出现表明是太阳、月球和地球处于近似一线的特殊位置,即引潮力的最大状态,引潮力可能影响到地球深部的平衡状态,引发特大地震的发生[1]

    Sidorenkov列出了1900-2010年地球旋转速率中引潮力(D)的变化曲线,认为自然过程极端事件的发生与18.6年的周期变化有关,D的极小值在190319231942196019781997;最大值为191419321950196919882007年,下一个极小值可能发生在2015-2016[2]

 

2.  54年沙罗周期形成的原因

 

    54年是由3个沙罗周期合成的,是与其他50-60年周期叠加而成的,其中最明显的就是拉马德雷周期和厄尔尼诺周期。

 

2.1与拉马德雷冷暖位相的叠加

 

    对潮汐周期的叠加和地震数据的分析中,我们发现潮汐对太平洋十年涛动(PDO的影响以及地震和气候变化相同的周期关系,表明潮汐和地震在气候波动变化中的作用不可忽视[3]

       2005年以来,作者的数值计算得到一些可以验证的新结果。过去人们仅仅知道太阳黑子活动有11a22a周期,实际上潮汐也有11 a22 a周期。

    澳大利亚气象学家E. 布赖恩特编著的《气候过程和气候变化》中,有关气候现象循环的记录75[4]。计算表明,潮汐有1.03031.11452.05382.06062.20142.20872.228918.6 a的基本周期[5]。由此衍生的周期有3.13.344.14.95.55.5799.29.39.59.99.98101111.13718.6、、19.962222.32729.95303344545555.755.8607790110179.6182.4186200205220 a,与75项气候现象循环的记录有很好的对应性,与潮汐周期相同的有66项,占88%,表明潮汐是影响气候现象循环的主要因素[3, 6]

1  太平洋十年涛动51-56年准周期[3, 6]

Table 1  51-56a cycle by PDO

         合成周期名称

   周期年数

   倍数

  倍数周期

近点月与月亮视赤纬角合成周期

交点月与月亮视赤纬角合成周期

近点月与交点月合成周期

月亮视赤纬角与日月大潮合成周期

交点月与朔望月合成周期

近点月与朔望月合成周期

日食和月食的沙罗周期

2.0538年与2.2014年合成值的2

2.0538年与2.2087年合成值的2

2.0606年与2.2014年合成值的2

月亮赤纬角周期

潮汐合成周期

太阳黑子周期

1.0303a

1.0176a

2.0538a

1.1043a

2.2014a

2.2289a

18a

9a

9a

9a

18.6a

11a

11a

50

50

25

50

25

25

3

6

6

6

3

5

5

51.515a

50.88a

51.345a

55.215a

55.035a

55.723a

54a

54a

54a

54a

55.8a

55a

55a

 

    根据吕俊梅等人对PDO指数和Nino3指数进行离散功率谱分析结果,超过99%显著性水平的F值所对应的周期即为显著变化周期。PDO最显著的变化周期为50a,其次为5.6 aENSO最显著的变化周期为3.6a。在10-33a周期波段上,除了12.5a周期外,PDO其余的周期都通过了显著性检验[7]

2  潮汐叠加振幅对比[36]

Table 2  Contrast among the amplitude of tidal cycles

潮汐叠加状况

  比值

潮汐振幅(cm

月亮远地潮

太阳远地潮

太阳近地潮

月亮近地潮

日月小潮

日月大潮

月亮近地潮与日月大潮叠加

日月大潮与太阳近地潮叠加

日月大潮、月亮近地潮与太阳近地潮叠加

1

46%

50.7%

135%

54%

146%

181%

150.7%

185.7%

46

21.16

23.32

62.10

24.84

67.16

83.26

69.32

85.42

 

        PDO最显著的变化周期为50a,其次为5.6 a,与5.5 a5.57 a51 a52 a54 a55 a55.8 a的潮汐周期有很好的对应关系,与本文的周期叠加和模型计算是一致的。潮汐3.1a4.1a周期的平均值为3.6a,与ENSO最显著的变化周期3.6 a相对应。5.57a55.7a显著周期表明月亮近地潮和日月大潮在PDO中的重要作用。潮汐3.1a4.1a周期表明ENSO与月亮近地潮、日月食、月亮赤纬角相关。PDO51-56a周期是多因素叠加的结果(见表1)。

        5.57a55.7a周期是月亮近地潮和日月大潮叠加的合成周期,两者叠加使潮汐强度比月亮远地潮增加81%(见表2),因而有非常显著的作用。这也为月亮近地潮与日月大潮相隔不超过三天的月份定义为强潮汐月,提供了一个合理性的证据[3]

    当月亮在南(北)纬28.6度时,高潮区在12小时后从南(北)纬28.6度向北(南)纬28.6度震荡一次[8, 9],大气和海洋的快速南北运动将产生巨大的能量交换。这是以18.6年为周期的潮汐南北震荡作用比其他周期的潮汐东西震荡作用更显著的原因。

     我们的研究表明,三个月亮赤纬角变化周期(每个18.6年,共55.8年),对应一个拉马德雷冷暖位相交替周期,对应一个8.5级以上大震强烈与减弱变化周期。拉马德雷冷位相时期潮汐南北震荡强度相对较强,对应月亮赤纬角两大一小,根据季林的强潮汐致冷效应[10],出现全球低温期;拉马德雷暖位相时期潮汐南北震荡强度相对较弱,对应月亮赤纬角一大两小,出现全球温暖期[8,9]

       1889年以来,全球大于等于8.5级的地震共21次。在1889-1924PDO“冷位相发生61900年以来国外数据:2)次,在1925-1945PDO“暖位相发生11)次,在1946-1977PDO“冷位相及其边界发生11(7)次,在1978-2003PDO“暖位相发生0次,在2004-2008PDO“冷位相已发生3次。规律表明,PDO冷位相时期是全球强震的集中爆发时期和低温期。2000年进入了PDO冷位相时期,2000-2030年是全球强震爆发时期和低温期[3, 8]。郭增建的深海巨震降温说PDO冷位相与低温冻害对应的物理原因[1]

       1947-1976年拉马德雷冷位相时期我国7级以上地震发生50次,平均每年1.73次,1977-1999年拉马德雷暖位相时期我国7级以上地震发生12次,平均每年0.55次。拉马德雷冷位相时期我国7级以上地震是拉马德雷暖位相的3倍以上。2000-2035年拉马德雷冷位相时期我国7级以上地震又进入新的活跃期,2001年昆仑山口8级地震和2008年四川汶川8级地震是两个明确的强震频发的信号。2000-2035年不仅是全球强震爆发时期,也是中国7级以上地震频发时期。

    从1947-1976年拉马德雷冷位相时期我国7级以上地震发生情况来看,前10年发生20次(包括两次8级以上地震),后10年发生20次,中间10年发生10次,前后10年的地震相对频发值得关注。更值得关注的是,除台湾外,前10年强震多发生在中西部,后10年东部地区也有强震灾害发生,如1975年辽宁海城地震和1976年河北唐山地震。因为考虑到全球变暖导致的海平面上升可能超过历史的记录,由此导致的地壳均衡运动也可能超过历史的规模。这是比温室效应更危险的变化趋势和变化后果。

    强震与全球气候变化关系的地球物理解释是:全球变暖导致的海平面上升,破坏了地壳的重力均衡,引起加载的海洋地壳均衡下沉,由此而引发的深海强震和海啸又将迫使深海冷水上翻到海洋表面,从而将会引发全球变冷。这就是大自然的自调节作用[11]

 

2.2与厄尔尼诺日食影响的叠加

 

    厄尔尼诺与火山地震活动密切相关。对1763年以来的19次强厄尔尼诺事件进行的统计表明,70%以上的厄尔尼诺事件都发生在太平洋地震活动年,特别是1900年以来的7次强厄尔尼诺事件几乎无一例外地全都出现在太平洋地震活动年[12];70%以上的厄尔尼诺年都为火山活跃年[13]1990年战淑芸根据地震统计资料得出赤道东太平洋海水增暖的年份全球地震增多的结论。1950~1979年期间,共有15个暖水年,其中12年均发生了8级以上强震,几率高达80%。根据公元前2000~公元1979年重大地震统计结果,在厄尔尼诺年,地中海、土耳其至帕米尔、喜马拉雅东段、东南亚、中国大陆及日本、台湾一带为地震多发区;厄尔尼诺后一年,美洲西部太平洋沿岸一带为地震多发区,与东西太平洋海面反向变化相关[14]。侯章栓等对近百年全球气候变化与外强迫因子信号检测结果表明,火山活动是影响ENSO的最重要外强迫因子[15]。它不但揭示了地球流体、构造活动与气候变化的关系,而且使厄尔尼诺的海底火山说[16]、引潮力说[1]和地球扁率变化说[17]得到有力的支持。

    证据显示从19641987年南方涛动五个最低值和沿东太平洋隆起从20oS 40oS插入式的地震活动之间相关. 这个地区包含了地球上最广阔的山脉体系之一, 巨大的能源在那里通过海底火山和热液活动释放出来.两个截然不同的现象——厄尔尼诺和地震群——不顾它们无规律的循环速率和周期, 看上去几乎是同时发生的. 同样, Daniel A. Walker (1995) 发现, 在过去最持久的六个厄尔尼诺与最反常的插入式地震活动相一致, 它们在19641992年沿东太平洋隆起从15oS 40oS同时发生. 根据海底火山作用和热液活动, 东太平洋隆起从15oS 40oS地区是地球上有据可查的最活跃地区, 在这个地区微小相同的变化或大气压力范围的转移对引发厄尔尼诺的作用是公认的. 如果这个地区的热活动没有被海洋覆盖, 这些活动将被认为是引起厄尔尼诺的重要因素[18-20].

3全球8级以上地震、全球中源和深源7级以上8级以下地震与厄尔尼诺事件关系[19-20]

Table 3 Relation between earthquakes and El Nino events [19-20]

 

7级地震

8级地震

厄尔尼

7级地震

8级地震

厄尔尼

7级地震

8级地震

厄尔尼

1904    1       2       #

1905    4       3       *#

1906    3       7

1907    5       2

1908    2       1

1909   10       1

1910   14       1

1911   10       2       #+

1912    6       1       *#

1913    5       0

1914    7       3       *#

1915    7       1

1916    9       1

1917    3       2       #

1918    7       2       #+

1919    4       1       *#

1920    1       3

1921    5       0

1922    5       1

1923    0       2       #

1924    6       1

1925    0       0       #+

1926    6       0       #+

1927    6       1

1928    4       2

1929    4       1       *

1930    2       0       *#

1931    4       1       #

1932    5       2       #

1933    4       1

1934    5       2      

1935    4       0

1936    2       0

1937   10       0

1938    3       2

1939    8       3       *

1940   10       1       #-

1941    6       2       #+

1942    6       1

1943    7       1       #

1944    8       1       #-

1945    3       1

1946    5       3       #

1947    3       0

1948    6       1       #

1949    8       1

1950   15       3

1951    2       1       #

1952    1       2

1953    5       0       *

1954    5       0

1955    3       0

1956    6       0

1957    6       2       #+

1958    2       2       #+

1959    6       1

1960    3       1

1961    7       0

1962    3       0

1963    5       1       #-

1964    5       1

1965    1       1       *#

1966    1       1

1967    3       0

1968    2       1       #

1969    3       1       #-

1970    7       0

1971    4       3

1972    5       1       #+

1973    2       0       +

1974    3       1

1975    3       0

1976    2       1       *#

1977    0       2       #

1978    1       4

1979    1       2      

1980    2       0

1981   16       1

1982   18       0       #+

1983   22       0       #+

注:根据张家诚的归纳,#表示王绍武确定的厄尔尼诺年,拉斯莫森确定的最强厄尔尼诺年为+,次强为*,一般为 - 。据周春平的归纳,1979年为弱厄尔尼诺年。1981~1983年的数据为国家地震局分析预报中心二室发表的地震资料,其中7级地震为全球全部7级以上8级以下地震。

 

    厄尔尼诺前后东西太平洋海面高度反向变化产生的地壳均衡和水均衡,是地震活动的激发因素,因此,厄尔尼诺前后一年内必有增强的地震活动。从1904年到1980年,仅有1934年一年例外(见表3[19,20]。地震活动的韵律是预测厄尔尼诺事件的重要依据。

 

3.  地震54年周期的应用

 

    根据翁文波院士的可公度性理论,在自然界的复杂系统中存在受多种因素影响的可间断周期,54年特大地震的周期就是可公度周期。

 

  4  8级以上大地震的下推检验

 

       8级以上地震数

外推54年可重复性

1904          2       #

1905          3       *#

1906          7

1907          2

1908          1

1909          1

1910          1

1911          2       #+

1912          1       *#

1913          0

1914          3       *#

1915          1

1916          1

1917          2       #

1918          2       #+

1919          1       *#

1920          3

1921          0

1922          1

1923          2       #

1924          1

1925          0       #+

1926          0       #+

1927          1

1928          2

1929          1       *

 

1958           2       #+  可重复

1959           1           可重复

1960           1           可重复

1961           0           不可重复

1962           0           不可重复

1963           1       #-  可重复

1964           1           可重复

1965           1       *#  可重复

1966           1           可重复

1967           0           可重复

1968           1       #   可重复

1969           1       #-   可重复

1970           0           不可重复

1971           3           可重复

1972           1       #+  可重复

1973           0       +   不可重复

1974           1            可重复

1975           0            可重复

1976           1       *#   可重复

1977           2       #    可重复

1978           4            可重复

1979           2          不可重复

1980           0            可重复

1981           1            可重复

1982           0       #+   不可重复

1983           0       #+   不可重复

 

注:可重复与不可重复的比例为197.

 

 

5  8级以上大地震的上推检验和下推预测

 

年月日

震级

地区

54年周期上推可重复性

1990-04-23

1991

1992-06-28

1993

1994

1995-07-30

1996-11-13

1997-12-05

1998-03-25

1999-08-17

2000-06-18

2001-01-14

2001-06-23

2001-11-14

2002-11-04

2003-09-26

2004-12-23

2004-12-26

2005-03-29

2006-04-21

2006-11-15

2007-01-13

2007-09-12

2007-09-13

2008-05-12

2009-09-30

2010-02-27

2011-03-11

2012

2013

2014

2015

2016

2017

2018

2019

2020

2021

8.1

 

8.0

 

 

8.1

8.0

8.2

8.0

8.0

8.0

8.4

8.5

8.2

8.1

8.2

8.0

8.9

8.6

8.3

8.0

8.1

8.6

8.2

8.0

8.0

8.8

9.0

发生

发生

发生

发生

发生

发生

发生

发生

发生

发生

哥斯达桑加*

 

美国加利福尼亚#

 

 

智利北部*

秘鲁*

勘察加

巴勒尼群岛#

土耳其

南印度洋

中美洲海岸

秘鲁海岸近海*

中国青海*

中阿拉斯加

日本北海道地区*

麦阔里岛以北地区

印尼北苏门答腊

印尼北苏门答腊*

西伯利亚东部*

千岛群岛地区

千岛群岛地区

印尼苏门答腊

印尼苏门答腊

中国四川汶川

萨摩亚群岛

智利

日本本州东海岸

可能性大

可能性大

可能性大

可能性大

可能性大

可能性大

可能性大

可能性大

可能性大

可能性小

1936          0       不可重复

1937          0       可重复

1938          2       可重复

1939          3       不可重复

1940          1       不可重复

1941          2       可重复

1942          1       可重复

1943          1       可重复

1944          1       可重复

1945          1       可重复

1946          3       可重复

1947          0       不可重复

 

 

1948          1       可重复

1949          1       可重复

1950          3       可重复

 

1951          1       可重复

1952          2       可重复

 

1953          0       不可重复

 

 

1954          0       不可重复

1955          0       不可重复

1956          0       不可重复

1957          2       可重复

1958          2       可重复

1959          1       可重复

1960          1       可重复

1961          0       不可重复

1962          0       不可重复

1963          1     - 可重复

1964          1       可重复

1965          1       可重复

1966          1       可重复

1967          0       可重复

注:可重复与不可重复的比例为1482007-2010年特大地震频发与2007年潮汐引力最大值有关,是一个例外。去掉这一因素,比例恢复到144。2015-2016年是引潮力极小值年,与1960年一样发生强震的可能性变大。

 

    根据林振山等人的日食-厄尔尼诺系数理论,沙罗周期具有精确的周期性,导致厄尔尼诺发生的多次日食发生在两极因素不具有周期性[21]。厄尔尼诺具有明显的2.25.51122年周期,是使地震违背沙罗周期的重要原因[4]

 

参考文献

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20.   张家诚. 再见, 厄尔尼诺. 上海: 上海科学技术出版社, 1999.21~22.

21.   林振山, 赵佩章, 赵文桐. 1999, 日食-厄尔尼诺系数及其应用. 地球物理学报, 426: 732738

 



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2 赵建民 钟炳

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