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夏季酷热和冬季严寒的原因：北极冰盖融化和等位面变化

已有 8342 次阅读 2013-7-28 06:21 |个人分类:学术争论|系统分类:观点评述| 等位面变化, 冰盖融化, 夏季酷热, 冬季严寒

夏季酷热和冬季严寒的原因：北极冰盖融化和等位面变化

杨冬红，杨学祥

1. 近年来北半球频遭低温暴雪袭击

2006-2013年北半球频遭低温暴雪袭击。从中国的情况看，最近的5个冬季更出现了3个明显的“冷冬”。我国平均气温2011年是最低值。与我国类似，欧亚大陆很多国家也正在遭遇寒冬。与近几年相比，2012年这次欧洲暴风雪和寒流造成的灾害比2007年、2008年、2009年严重得多，但还比不上2006年、2010年和2011年，其中2006年的情况基本是最严重的[1]。

吉林省气象台发布权威数据显示，自2012年11月1日至2013年2月28日，吉林省总计出现了11次明显降雪过程，平均降雪量为78毫米，较常年同期多119%，达常年冬季降雪量2倍多，突破历史记录。其中，白城、松原、长春、四平、吉林地区均突破历史极值。即将过去的这个冬天里，不仅仅在吉林省，中国的黑龙江、辽宁、内蒙古、新疆等省区均出现过多轮大范围降雪降温天气①。2012年冬季，我国频繁遭遇大范围寒潮天气，先后出现7次大范围冷空气活动，全国平均气温为近28年同期最低，多地最低气温突破历史极值，部分地区遭受雪灾或冻害②。

2013年４月中旬，中国、朝鲜、韩国、日本等东北亚国家遭遇突如其来的春寒天气，气温骤降、雨雪交加。“春寒”并非仅发生在东亚，今年春季欧洲的气温也明显低于常年。英国３月份的平均气温仅2.5℃，比常年平均值低３℃，已接近1962年的历史最低纪录③。

2. 北极海冰融化成主因

北极海冰覆盖面积自20世纪就开始记录，上世纪60年代，北极冬季海冰覆盖面积为1400万-1600万平方公里，夏季末海冰覆盖面积为700万-900万平方公里，此后北极海冰面积持续下降。海冰最低覆盖面积出现在2005年、2007年、2008年和2010年的9月份，最低记录是2007年428万平方公里，这一最低记录于2012年再次被打破。2012年11月，世界气象组织在多哈举行的联合国气候大会上发布报告称，从2012年3月至9月间，北极海冰消失了1183万平方公里，比整个美国还要大。因此，北极周围海冰面积“创下了历史新低”④。

2012年秋季，北极海冰的面积与体积均降至历史最低点。但根据位于美国科罗拉多州的美国国家冰雪数据中心（NSIDC）2013年3月25日公布的卫星图像显示，最近一段时间，北极海冰的面积又逼近这一最低点，随时可能“打破纪录”。“北极海冰正在迅速融化，目前的面积甚至不足30年前的两成，导致北极变暖。”美国罗格斯大学沿海和海洋科学研究所的专家詹妮弗•弗朗西斯说，这正是全球气候变暖的“症状”，并令北极地区的冷空气南下。许多专家也同意弗朗西斯的观点。德国波茨坦研究所的弗拉基米尔•佩托科夫教授介绍说，北极地区的部分海冰逼近历史最低点，“这或许能解释反气旋的形成”。佩托科夫此前运用计算机模型进行预测，称海冰融化将导致气候变化。阿尔弗雷德•魏格纳极地与海洋研究所的科学家近日公布的研究也证实了这一点。研究显示北极海冰的减少与极地区域高压产生有关，后者影响着北半球中低纬度地区的气流模式。科学家发现，随着海冰减少，更大面积的海水暴露于大气中，大量热量从海水中释放到海面以上的冷空气中，使北极地区变暖。升温的空气使气压不稳定，并改变北极与其以南区域之间的气压差异，最终导致气流模式发生变化。气候学家们认为，这一假设足以解释极端炎热与极端寒冷天气的出现。近日，美国国家海洋与大气局发布的一份报告也指出，“由于大量海冰消失，更多日光可以直接照射在北极海面”，导致北极地区气温上升，并最终引发北半球恶劣天气⑤。

中国学者认为，秋季北极海冰面积变化对东亚冬季地表气温具有显著的影响。秋季北极海冰偏少，容易引起冬季西伯利亚高压增强和欧亚大陆北部西风减弱，利于冷空气南下。北极海冰面积越小，越有利于极地冷气团中心向南偏移。南下冷空气活动就越频繁，这样就容易导致欧亚地区及我国冬季出现低温严寒天气。北极海冰是影响东亚及中国冬季气候的主要因子之一，北极海冰缩减使得北极水域开阔，加之变暖使大气中的水汽含量增加，从而有利于更多的水汽向中高纬度地区输送，导致中国北方地区容易出现强降雪天气①②。

我们的研究表明，两极冰盖的形成和消失不仅与气候变化有关，而且对局部气候产生重大影响。北极冰盖大规模融化后，在融化的北极冰盖周围海平面下降的同时，北极地区大气等位面也同时下降，迫使北极冷空气向北半球中低纬度流动，这是北极冰盖大面积融化后，北半球中低纬度地区遭遇大规模冰雪严寒袭击的原因。

2013年夏季全球酷热，是全球等位面南北震荡的季节性自我调节，与点源喷发的全球对流有关。

2012年欧洲和日本暴风雪和寒流造成的灾害比2007年、2008年、2009年严重得多，但还比不上2006年、2010年和2011年，其中2006年的情况基本是最严重的。其原因在于2004年12月26日印尼苏门答腊发生了9.1级地震和严重海啸，2005年3月28日和2007年9月12日印尼苏门答腊发生8.5级和8.6级地震，2010年2月27日智利发生8.8级地震和海啸，2011年3月11日日本发生9级地震和严重海啸，2012年4月11日印尼苏门答腊发生8.6级地震。深海巨震和海啸与冷气候有很好的对应关系，显效速度缓慢，保持时间长。这是冷气候频发的重要条件和背景。

2013年7月7日晚至10日，强降雨侵袭四川，成都、雅安、乐山、眉山、德阳、绵阳大部及广元市西部出现了区域性暴雨，暴雨洪涝灾害已造成四川209.4万人受灾，导致31人死亡、166人失踪(其中都江堰21死、108失踪)。受灾地区22.3万人紧急转移安置；近5100间房屋倒塌，近9万间不同程度损坏；直接经济损失71.9亿元。暴雨与2008年5月12日四川汶川8级地震、2012年4月20日四川雅安7级地震有关吗？

研究表明，地震波在传播过程中的能量密度变化，与单位时间扩散的大圆周长C成反比。设地震的总能量为Q，能量密度为δ，穿过的面积为S=Cl = 2πRlsinφ，l为单位弧长，R为地球半径，则有

δ= Q/S = Q/ (Cl) = Q/ (2πRlsinφ) (1)

其中，圆心角φ为震中和地心连线与大圆上任一点和地心连线的夹角。同样，在球壳中点源喷射造成的球面对流，也会有扩散、集中、返回的震荡过程（见图2-4）。

由（1）式可知，在φ= 0和φ= π时，能量密度δ为无穷大，在φ= π/2时，即经过地表最大圆时，能量密度δ最小。这就是说，假定地震波能量在传播中无损耗，震中的地心对称点处的能量密度最大。该公式表明，能量密度δ在震中同一半球中，随震中与地心连线的长度增加而减少；在震中的另一半球，能量密度δ随震中与地心连线延长线的长度增加而增加。

举例来说，2004年12月发生在印尼苏门答腊外海的强震，就在遥远的阿拉斯加、加州与厄瓜多尔引发了地震。厄瓜多尔（西经80，南纬0）恰恰就是印尼苏门答腊（东经100，南纬0）的地心对称点。这是一个很有说服力的解释。点源激发在球面上的震荡和对流对余震和强降水都存在激发作用（见图1和图2）。

图1 点源激发震荡在球面上的能量密度变化(杨冬红，2009)

2003年12月23日22时左右，“重庆井喷”发生。井喷事故压井方案的实施时间从26日上午推迟到27日上午10时。整个井喷事件历时84小时，大约17.5至21百万立方米石油天然气喷入大气中，其环境效应不仅仅是硫化氢中毒。据气象部门提供的消息，2004年9月2至5日，川东北地区的达州、南充、巴中等市普降暴雨，多数地方降雨量超过100毫米，这次降雨是今年以来四川境内雨量最大、强度最强、持续时间最长的一次。其中，达州市渠县累计降雨量已超过360毫米，是百年一遇的特大暴雨。开县受灾最为严重——惨遭200年一遇特大暴雨洪灾，部分地区为500年一遇。由此看来，2003年12月23日重庆开县井喷、2004年9月2-7日重庆开县又遭受暴雨洪水的袭击、两者之间可能有因果关系（见图2-3）。

2008年5月12日四川汶川发生8 级地震，2009年7月4日地震灾区遭遇“7.14”暴雨洪涝灾害。2013年4月20日四川雅安发生7级地震，中国气象局4月28日在例行发布会上表示，进入5月份的雅安，是全国暴雨中心，也是四川降雨最多的地方之一。7月7日晚至10日，强降雨再次侵袭四川，成都、雅安、乐山、眉山、德阳、绵阳大部及广元市西部出现了区域性暴雨，全省共有25个县（市）出现暴雨，其中有14个县（市）降了大暴雨。截至9日15时降雨量累计统计，全省4474个观测站中雨量达50～100毫米有319个站，100～250毫米有319个站，大于250毫米有71个站，强降水中心区域都江堰幸福镇、滨江街道办自动监测站大于500毫米。都江堰气象站日降水量已超过有记录以来的最大值。

为何暴雨集中在两次地震灾区?地震-暴雨的灾害链值得关注。点源喷发导致的大气环流是合理的数学模型，能量在喷发点及其球对称点达到最大值（见图2-3）。

图2 点源喷发在球壳中的全球对流(杨冬红，2009)

图3 点源喷发在球壳中的区域对流(杨冬红，2009)

潮汐震荡的特点是，在地球和月亮的中心连线上，面对月亮的地球球面上的点及其地心对称点的潮汐最大，与点源激发在球面上的震荡特征相同。这是潮汐易于激发地震活动的一个原因。地震火山活动造成的地球排气，根据其震级的大小，可造成局部的或全球的大气循环。地震后的喷气增大影响范围，伴随气流在球面的传播和返回，可带来暖湿气流形成强降雨。

北极冰盖融化与北半球夏季酷热和冬季严寒密切相关，地球等位面的南北震荡是主要原因。英国2013年7月遭受了自2006年以来持续时间最长的热浪袭击，白天温度动辄超过30℃，而这波热浪将至少持续到下周。英国气象部门17日在伦敦西南部测得最高气温32.2℃，创下该国全年最高气温纪录。目前高温已造成760人死亡。美国东北及中西部本周同时受到热浪侵袭，部分地区温度达37.8℃，加上天气潮湿，实感温度达到40℃。在没有冷气的纽约地铁站，室温更达50℃。目前有19个州部分地区发布了高温警报。卫生部门说，受此次热浪席卷，至少有6人因热致死。日本消防厅日前发布的最新统计报告显示，过去一周，由于日本全国普遍高温，有超过1万人因中暑被送往医院救治。自今年梅雨季节结束至今，东京都内死于中暑的人至少已达59人。过去一周，日本一些城市出现了39℃的高温，东京市中心的气温也达到35℃。

本文的研究结果对全球变暖的形势发出特殊的警告：在预防夏季高温的同时，必须更多关注冬季的特殊变冷。因为高温导致的格陵兰冰盖融化能导致其周围地区在冬季急剧变冷，这是对冷暖互变最有说服力的解释。

参考文献

①李彦国。吉林去冬今春降雪破纪录北极海冰融化成主因。发布时间：2013年03月22日 15:29 来源：中国新闻网。http://www.chinanews.com/shipin/cnstv/2013/03-22/news189316.shtml

②潘希。专家称北极海冰融化加剧是今年寒冬主因。2013年01月07日08:18 《中国科学报》 (20130107 第1版要闻) http://scitech.people.com.cn/n/2013/0107/c1007-20113710.html

③陈勇。科普：北极融冰东亚春寒。2013年04月20日 11:18:05 来源：新华网。http://news.xinhuanet.com/world/2013-04/20/c_115464359.htm

④综合。世界气象组织：21世纪前10年系有记录以来最热十年。2013-07-10 15:44:41 来源：infzm.com http://www.infzm.com/content/92271

⑤齐旭。北极海冰融化导致欧洲“倒春寒”。2013年03月27日15:13 来源：新民晚报。http://world.people.com.cn/n/2013/0327/c157278-20937944.html

杭州为什么那么热？请教杨学祥教授

已有 41 次阅读 2013-7-28 05:10 |个人分类:科普知识|系统分类:科普集锦|关键词:杭州推荐到群组

杭州为什么那么热？请教杨学祥教授

受副热带高压影响，7月来，浙江大部出现持续高温天气，省会杭州的气温更是“夺人眼球”。24日，杭州最高气温达40.4℃，25日40.3℃，26日40℃，27日再次突破40℃大关，达40.5℃。这是自1951年有气象纪录以来杭州首次连续4天最高气温突破40℃。据统计，截至今天，杭州7月35℃以上的高温天数已达24天。

http://news.qq.com/a/20130727/006399.htm?pgv_ref=aio2012&ptlang=2052

杨学祥准备迎接最热年：夏季酷热冬季严寒

我在2012年5月22日指出，2000年进入拉马德雷冷位相，2012年的厄尔尼诺正在到来，我们必须做好迎接拉马德雷冷位相灾害链的准备：一个极端炎热的夏季和极端寒冷的冬季。2013年的拉尼娜事件非常强烈，将重复2010年强拉尼娜事件的大致过程。2013年为太阳黑子峰年、2014-2016年为月亮赤纬角最小值、2015年可年发生厄尔尼诺事件，我们可能迎来又一个最热年新纪录，不过，频发的强震可以降低变暖规模[1]。