自然杂志：解密全球变暖间断最大谜团

                      杨学祥

在神秘的“全球变暖间断”现象持续了长达16年之后，科学家有望得出一个令人信服的解释。这个气候科学的最大谜团于1997年末开始出现，自然杂志发表的文章认为，当时并没有人发现这一点。事实上，2002年郭增建提出“深海巨震降温理论”，我们在2004年提出“地球已进入变冷周期”，在2006年提出“拉马德雷冷位相灾害链”，2008年讨论了地震和月亮赤纬角变化导致全球变暖减慢的原因。

一、赤道东太平洋冷却导致“全球变暖间断”

一张全球大气层气温图清晰地显示了“间断”的存在，这与之前预测的全球气温在过去20年快速变暖的结果相矛盾。政府间气候变化专门委员会（IPCC）曾在2013~2014年度评测前进行过一次模拟，结果显示，全球气温在1988年至2012年间，以平均每十年0.21摄氏度的幅度增长。相反，由埃克赛特市英国气象局和英国诺维奇市东安格利亚大学气候研究所观测到的同一阶段气候变暖数据仅有每十年0.04摄氏度的增长。

一个最简单的解释是自然可变性。但是，IPCC的气候模拟没有将这种特殊的“间断”影响考虑进去，这导致许多研究者对气候变暖表示怀疑。

海水温度的波动被称作拉马德雷现象（PDO），这种现象或许是解开“间断”谜团的关键。PDO每隔15~30年循环一次，处于正位相阶段时会形成厄尔尼诺现象，导致全球气候变暖，并在接下来几十年中将太平洋东部和中部的热量散发出来。此后该地区会变冷，并进入负位相阶段形成拉尼娜现象。拉尼娜现象将赤道深海中的冷海水带到表层，导致气候变冷。研究者早在1997年便发现了PDO模式，但直到最近才开始了解它是如何与大范围的海水洋流模式相融合及其对解释“间断”的意义。

2011年，NCAR的Gerald Meehl领导的研究小组报告称，他们成功将一个PDO模型嵌入到全球气候模型中，并导致全球气候变暖的进程中断了10年。

最新“间断”中所记录的海洋温度数据解释了原因：在一项后续研究中，NCAR研究者证明自1998年后，有更多热量流入海底，这有助于避免大气温度的升高。在第三篇论文中，该团队使用电脑模型记录了该过程的另一个方面：当PDO转为正相位时会使得表层海水和大气的温度升高，导致持续数十年的快速全球变暖。

去年，加州拉荷亚市斯克里普斯海洋研究所的Shang-Ping Xie和Yu Kosaka取得了一个关键的突破性进展。两人另辟蹊径，利用近几十年实际的表层海水温度设计出一个赤道东太平洋模型，然后利用此模型观察世界其他地区的气温变化。他们的模型不仅重造了全球气温中的“间断”，还再现了一些受“间断”影响而生成的季节性和区域性气候趋势，包括许多地区的气候变暖和北方更加严寒的冬天。

同样供职于NCAR的Trenberth和John Fasullo专门研究冷却现象的成因，他们将风向和海洋数据一并考虑在内，解释该模型的成因。他们的研究详细解释了热带信风是如何与拉尼亚现象一道使热带海水向西流动，并最终沉入深海。这一过程同时会使东赤道区域海底较冷的海水向表层海水流动。

在极端条件下，例如1988年的拉尼亚现象，这一过程可能会促使PDO进入负位相阶段。一项对历史数据的分析也证明了Trenberth等人的结论：二战后的几十年经历了一个气温较低的时期，而这一时期正好处于PDO的负位相阶段。此后，地球气温在1976年至1998年之间经历了一次大幅度升温，而这一时期又正好处于PDO的正位相阶段。

《中国科学报》 (2014-01-21第3版国际)

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2014/1/287745.shtm

二、海洋水深700米～2000米的深层升温

虽然温室气体的浓度在不断上升，但自从进入21世纪以来，10年间气温上升率仅为0.03℃，几乎未变化。这种现象叫作Hiatus（全球变暖停滞状态）。

按照气候模型进行的模拟预测，从1960年到2030年，气温会持续上升。直到2000年前后，这张图还与实际观测到的气温变化基本吻合，但在最近10年左右，图中的变暖曲线大大超过了实际值。与之前的10年相比，误差增大了88％。

图1 1961-2013年全球气温平均预测值和观测值

黑线是2012年之前的观测值，蓝线与红线表示气候模型的模拟。CMIP（耦合模型比较计划）意在比较世界各国的气候模型，还为IPCC（政府间气候变化专门委员会）报告所采用。蓝线是IPCC第4次评价报告使用的第3次CMIP，红线是第5次报告使用的第5次CMIP的结果的平均值，各个阴影表示结果的误差。

东京大学大气海洋研究所气候系统研究系副教授渡部雅浩认为，人造卫星的数据显示，海面水位一直在不断上升。水位上涨最大的原因是海水升温膨胀，但海面温度的变化并不大。升温的地方是水深700米～2000米的深层。从海水水温的观测数据来看，在2000年以前，海面的水温不断上升，而深层变化不大。但以2000年为界，海面的水温上升减缓，深层的水温则开始快速上升。这表示在最近十几年，海洋深层的热吸收变得活跃了。

为什么海洋下层的水温会比上层的水温升得快。可以考虑的理由是洋流在运输热量，但非常遗憾，我们还没有洋流的数据，因此现在正在致力于研究如何通过模拟方式尽可能地进行详细解释，原理还有待于验证。

深层升温的现象与发生周期为10年～20年的太平洋海面水温的自然变化（PDO：太平洋十年涛动）是联动的。换言之，在热带地区水温降低、日本等中纬度地区水温升高的时期，Hiatus就会发生。由此可以推测，Hiatus至少部分具有自然变化的性质。

渡部雅浩正在研究能够在何种程度预测10年后近未来的气候。在模型中套用最近的海洋观测值进行的计算结果显示，气温瞬间便恢复到了原本的上升趋势。由此可以推测，Hiatus将结束，海洋不再吸收热量，气温重新开始上升。但全世界有10个以上的团体在进行近未来预测，大家都认为气温会回到上升趋势，但预测的时间各不相同。从目前的情况来看，Hiatus结束的时间还不好说。

http://finance.people.com.cn/n/2014/0123/c348883-24202270.html

三、海洋表面变冷深部变暖的原因

加拿大维多利亚市气候模拟和分析中心气候模型分析师John Fyfe说：“当见到这篇论文时，我受到了极大启发。”但他认为该模型并不能解释所有问题。Fyfe补充道：“该模型没有回答是什么导致了热带冷却现象。”这是全球变暖停滞状态的关键性问题。

近十年研究发现，厄尔尼诺（El Nino）和拉尼娜（La Nina）的发生与更大时间尺度的“太平洋十年涛动”（Pacific Decadal Oscillation，缩写为PDO，亦称拉马德雷现象）密切相关。PDO是近年来揭示的一种年代际时间尺度上的气候变率强信号，它是叠加在长期气候趋势变化上的一种扰动，直接造成太平洋及其周边地区气候的年代际变化，影响ENSO事件的频率和强度。1976-1977年北太平洋出现了一次显著的气候年代际突变现象，直到上世纪八十年代末，人们才开始对引起这种现象原因予以关注。

PDO是一种高空气压流，其“暖位相”和“冷位相”两种形式分别交替在太平洋上空出现，每种现象持续近二十年至三十年。近一个世纪以来，PDO已经出现两个完整的周期。第一周期的“冷位相”发生在1890-1924年，而“暖位相”发生在1925-1945年；第二周期的“冷位相”发生在1946-1976年，而“暖位相”发生在1977-1999年。2000年进入第三周期的“冷位相”。气候的温暖期对应暖位相，寒冷期对应冷位相。

2006年以来，我们研究了潮汐和地震在“太平洋十年涛动”冷暖位相转换中的作用。“太平洋十年涛动”的研究为2010年初的低温暴雪提供了一个可能自然机制[9-12]。

科罗拉多州博尔德市美国国家大气研究中心的研究者并没有抓住问题的关键，仅仅是表明现象的模拟。在拉马德雷暖位相厄尔尼诺得到加强，是热事件为主的原因；在拉马德雷冷位相拉尼娜得到加强，是冷事件为主的原因。什么力量控制了厄尔尼诺和拉尼娜？是拉马德雷，它们的西班牙语的意思分别是圣婴、圣女和母亲。研究者把关系弄颠倒了，问题的本质正好相反。拉马德雷控制厄尔尼诺和拉尼娜的关键在于“潮汐调温效应”和“深海巨震调温效应”。这两个理论在2000年和2002年被提出，并在实践中得到证实。

1.      潮汐调温效应

2000年查尔斯·季林（Keeling）提出，强潮汐把海洋深处的冷水带到海面，使全球气候变冷，形成的全球气候波动周期大约为1800年。在十五世纪小冰期时期，潮汐强度为最大值，以后开始减弱，直到3100年潮汐强度又将达到最大值。潮汐调温效应使地球的温暖期从小冰期末期一直持续到二十四世纪，而后随着潮汐的增强，地球的气候将逐渐变冷。

潮汐高低潮还有200年左右的明显周期变化。其中，1425年、1629年两次峰值对应小冰期时期，1770年的峰值对应18世纪的低温，1974年的峰值对应20世纪70年代的气候变冷。特别是54-56年周期（太平洋十年涛动周期），在全球气候变化中有非常明显的作用。

除了准60年周期，潮汐还有月亮赤纬角18.6年变化周期。月亮赤纬角变化周期为18.6年，变化幅度从18.5-28.5度。在极大值时期，潮汐南北震荡幅度增大三分之一，导致南北冷暖空气激烈交汇，海洋潮汐南北大幅度震荡，将深海冷水翻上表面，导致气候变冷；在极小值时期，潮汐南北震荡幅度减少三分之一，导致南北冷暖空气交汇程度减弱，海洋潮汐南北震荡幅度变小，深海冷水翻上表面数量表少，导致气候变暖。

1998年是最热的年份，1997-1998年20世纪最强的厄尔尼诺事件和1995-1997年月亮赤纬角最小值产生的弱潮汐南北震荡是主要原因。自1998年以后，全球气温呈波动下降趋势，2005-2007年月亮赤纬角最大值产生的强潮汐南北震荡、1998年6月至2000年8月、2007年、2010年的强拉尼娜事件（1999年全球强震频发）和2004-2012年印尼苏门答腊4次、智利1次、日本1次8.5级以上地震是主要原因。下一次月亮赤纬角最小值2014-2016年产生的弱潮汐南北震荡有利于气温相对升高和中国的干旱；而2009-2018年特大地震集中爆发却可能使气温下降。我们必须做好预防的准备。

2.      海洋巨震调温效应

郭增建等人指出，1952年之后的温度短时下降以及1960年以后的明显的长时段下降可能与1952、1957、1960和1964年的4次M_w9.0~9.5级的环太平洋大地震有关。由于1960年智利特大地震为M_w9.5级，1964年阿拉斯加大地震为M_w9.2级，所以1960年以后北半球和中国气温下降明显，而且持续时间也很长。1947-1976年为拉马德雷冷位相时期。

1889年以来，全球大于等于8.5级的地震共24次。在1889-1924年PDO“冷位相”发生6（1900年以来国外数据：2）次，在1925-1945年PDO“暖位相”发生1（1）次，在1946-1977年PDO“冷位相”及其边界发生11(7)次，在1978-1999年PDO“暖位相”发生0次，在2000-2008年PDO“冷位相”已发生6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。郭增建的“深海巨震降温说”是PDO冷位相与低温冻害对应的物理原因。

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。

四、结论

规律表明，拉马德雷冷位相时期是潮汐南北震荡强劲、全球强震的集中爆发时期和低温期。“潮汐调温说”和“深海巨震调温说”，阐明了冷气候、强潮汐和强震相互对应的物理机制，对2000年地球进入拉马德雷冷位相后的气候预测和灾害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、飓风伴随拉尼娜、全球性流感伴随厄尔尼诺将越来越强烈。

鉴于全球变暖旧模型对近两年气候预测的失误，鉴于郭增建的“深海巨震降温说”理论对近两年“自然气候的变化抵消了全球气候变暖效应”这一客观事实解释和预测的成功，没有考虑潮汐和地震海啸等自然因素的全球变暖新模型应该再次改进：仅当该模型能准确地预测地震海啸，未来全球气候的准确预测才成为可能。

主要参考文献

杨学祥. 全球变暖：从科学到神话. 日期：2005-04-12国家气候中心。

http://nccNaNa.gov.cn/Website/index.php?ChannelID=83&NewsID=792

杨学祥地球已开始进入变冷周期。上传日期：2004-3-18上海热线绿色论坛。

http://www.envir.gov.cn/forum/20042732.htm

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-533501.html

杨冬红，杨学祥，刘财。2004年12月26日印尼地震海啸与全球低温。地球物理学进展。2006，21（3）：1023-1027

杨冬红，杨学祥。全球变暖减速与郭增建的“海震调温假说”。地球物理学进展。2008 Vol. 23 (6): 1813～1818

杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934.

杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677.