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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我们站在世界科学研究的前沿:全球变暖停滞了吗?

已有 3207 次阅读 2014-9-16 06:53 |个人分类:全球变化|系统分类:科研笔记|关键词:全球变暖停滞,拉马德雷冷位相,地震,潮汐| 拉马德雷冷位相, 地震, 潮汐, 全球变暖停滞

                 我们站在世界科学研究的前沿:全球变暖停滞了吗?

                             杨学祥,杨冬红

 

气象学家杰夫·托尔夫森(Jeff Tollefson)最近指出,在一份全球大气温度表上,近 16 年来的全球变暖停滞,与之前 20 年的气温快速攀升形成鲜明对比。根据政府间气候变化专门委员会Intergovernmental Panel on Climate ChangeIPCC2013-2014 年度评估报告的说法,此前的气候模型预估,1998-2012 年间全球大气温度应该以每 10 年平均 0.21℃的速度上升。但英国东英吉利亚大学(University of EastAnglia)气候研究中心(ClimaticResearch Unit)的观测结果却显示,实际的数字只有 0.04℃。

近年来,科学家对变暖停滞现象给出了多种不同的解释,主要集中于 3 个方面:太阳、大气气溶胶微粒(atmospheric aerosolparticles)和海洋。

海洋温度的波动,被科学家称为“太平洋十年涛动”(PacificDecadal OscillationPDO)。这或许是我们揭开全球变暖停滞之谜的关键所在。太平洋十年涛动的变换周期通常为 1530 年。在涛动处于“正相位”(或称“暖相位”)时,太平洋气候类似于厄尔尼诺现象,会让大气温度升高。在此期间,太平洋东部和中部海域会持续释放热量,直到几十年之后才逐渐变冷,涛动也进入“负相位”(或称“冷相位”)。此时,太平洋气候类似于拉尼娜现象,会把赤道附近的深海冷水抽到海洋表面,让地球变冷。

2011 年,美国国家大气研究中心的杰拉尔德·米尔(Gerald Meehl)带领的一个研究团队撰文声称,如果把太平洋十年涛动规律导入全球气候模型,气候模型预测的全球变暖趋势就会出现 10 年以上的间断。这个研究团队发现,1998 年以后,有更多热量进入深海,从而抑制了大气变暖的趋势。在他们发表的第 3篇论文中,研究团队用数字模型演示了涛动规律的另一重影响:如果太平洋十年涛动进入正相位,太平洋气候就会开始加热海洋表面水体和大气,导致大气温度在未来几十年中急速上升。

关键性的突破则出现在去年。美国斯克里普斯海洋研究所(ScrippsInstitution of Oceanography)的两位学者谢尚平(Shang-Ping Xie)和小坂优(Yu Kosaka)独辟蹊径,把最近几十年来赤道东太平洋海温年代际变化(即以 10 年为时间单位记录到的变化)的真实数据导入数字模型,模拟全球气候变化。他们的模型不仅相当精确地再现了全球变暖停滞现象,还呈现出变暖停滞在季节和空间分布上的不均匀性,比如某些地区会变得更热,而有些地区的冬天会变得越发寒冷。

加拿大气候建模与分析中心(Canadian Centre forClimate Modelling and Analysis)的气候建模专家约翰·法伊夫(John Fyfe)说:“我在读完谢尚平和小坂优的论文之后,思路豁然开朗。”但他也补充道,这两人的模型并不能解释一切。“它回避了一个问题:究竟是什么造成了热带海温的下降?”

特伦贝斯和他在 NCAR 的同事约翰·法苏洛(John Fasullo)把信风与海洋数据引入模型,以期解释升温停滞现象。他们的研究指出,热带信风如果受到拉尼娜现象的影响,就会将温暖的海水推向西方,最终把热量送入深海,使赤道东部海域的冷水上涌。在极端的天气条件下,比如在 1998 年拉尼娜现象发生时,热带信风可能会一举把太平洋推入十年涛动的“冷相位”。一项针对历史记录的分析研究支持了特伦贝斯和法苏洛的假说。分析显示,太平洋十年涛动的“冷相位”,与第二次世界大战后几十年间的全球性气温下降,在时间上恰好吻合,而“暖相位”则与 1976-1998 年间全球气温急剧上升的时期吻合。

美国哥伦比亚大学的气候学家马克·凯恩(Mark Cane)说:“我认为,这一证据已经十分明确……全球变暖停滞与气溶胶或者平流层水蒸气都没什么关系。它的真正成因,是近十几年来赤道东太平洋的海温变冷了。”

http://daily.zhihu.com/story/3936789

温室气体迅速增加,全球变暖却停滞不前,这意味着自然变冷的因素在不断增强,早在2003年我们就提出了太平洋十年涛动(PDO,亦称为拉马德雷现象)冷位相导致气候变化的警告和机制。

 

2003年在《世界地质》第4期发表论文《太平洋环流速度减慢的原因》,指出太平洋十年涛动位相变化对太平洋环流速度变化的作用,2000年“拉马德雷”进入“冷位相”阶段使地球系统出现了一系列反常现象:

 

据最新气象卫星云图预测,从2000年开始,“拉马德雷”正在进入“冷位相”阶段,这将使“拉尼娜”现象的影响加剧,对全球气候产生重大影响。“拉马德雷”是一种高空气压流,分别以“暖位相”和“冷位相”两种形式交替在太平洋上空出现,每种现象持续20年至30年。近100多年来,“拉马德雷”已出现了两个完整的周期。第一周期的“冷位相”发生于1890年至1924年,而1925年至1946年为“暖位相”;第二周期的“冷位相”出现于1947年至1976年,1977年至90年代后期为“暖位相”。当“拉马德雷”现象以“暖位相”形式出现时,北美大陆附近海面的水温就会异常升高,而北太平洋洋面温度却异常下降。与此同时,太平洋气流由美洲和亚洲两大陆向太平洋中央移动。当“拉马德雷”以“冷位相”形式出现时,情况正好相反。如果“暖位相”的“拉马德雷”与“厄尔尼诺”相遇,将使其更强烈,出现的次数更频繁;假如“冷位相”的“拉马德雷”与“拉尼娜”现象相遇,那么“拉尼娜”将显示强劲的势头,出现频繁。2000年“拉马德雷”进入“冷位相”阶段使地球系统出现了一系列反常现象,其前发生的1997~1998年厄尔尼诺事件和其后发生的1998~2000年拉尼娜事件都异乎寻常的强烈。

显然,1977~2000年的“拉马德雷暖位相”与30年来南极半岛增温海冰减少以及太平洋环流速度减慢有非常好的对应关系。

 

2004年提出地球已进入变冷周期的警告:

 

正当全球变暖的证据铺天盖地而来之际,地球变冷的信息悄然而至。透过表面现象看本质,地球气候变化的动力机制已发生重大的变化,预示一场类似20世纪50-70年代的变冷过程正在到来。

我在2004年指出,2000年“拉马德雷”进入“冷位相”再次提醒人们:警惕全球迅速变冷!

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

http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=533501

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-534189.html

 

2005年在《世界地质》第1期发表题为《大气、海洋与固体地球的能量交换》的论文,明确指出2000年进入PDO“冷位相”,变冷应该是自然的发展趋势。

 

20世纪的气候记录中有两段时期全球气温明显变暖:1925~1944年,1978~2000年。它们与拉马德雷暖位相1925~1946年和1977~1999年对应,也与1979~1998年地球扁率变小以及1972~1999年地球自转减慢相对应。

由于日月引力可产生大气潮、海洋潮和固体潮,所以强潮汐可激发大气、海洋和固体地球的能量传输和物质交换,从而对地球排气、瓦斯爆炸、井喷、地震、火山和厄尔尼诺事件有激发作用。

陆、海、气中的能量相互作用和物质相互交换是全球变化的主要原因。拉马德雷冷位相意味着一个变冷的自然趋势的到来,类似于1946~1976年的变冷情况应该得到合理的解释2000年拉玛德雷进入冷位相、1998年地球扁率开始增大和1999年地球自转开始加速,表明地球系统正在发生一致性的转折。自1999年开始,连续五年的地球自转加速和地震活动增强应引起世界关注。

 

2011年在《地球物理学报》第4期发表题为《地震和潮汐对气候波动变化的影响》的论文,强调了潮汐和地震对气候变冷的作用:

 

20041226印尼地震海啸后,全球低温冻害和暴雪灾害频繁发生。“潮汐调温说”和“深海巨震降温说”是一种合理的解释。根据“潮汐调温说”和“深海巨震降温说”理论,2005年以后全球气温将因为地震海啸和强潮汐南北震荡而降低。200911月至20101月低温暴雪袭击北半球,西方科学家也承认2000-2010年气候的自然变化抵消了全球气候变暖效应这一客观事实。潮汐振荡可以解释全球气温的准60年变化,海洋及其边缘的强震能够将深海冷水翻上表面,使全球气候变冷。所以,强震和强潮汐与低温密切相关。本文讨论了强震和强潮汐与低温和太平洋十年涛动的关系。

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18901924年,而“暖位相”发生在19251945年;第二周期的“冷位相”发生在19461976年,而“暖位相”发生在19771999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。

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[18]

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。

2002郭增建提出“深海巨震降温说”:海洋及其周边地区的巨震产生海啸,可使海洋深处冷水迁到海面,使水面降温,冷水吸收较多的二氧化碳,从而使地球降温近20年。20世纪80年代以后的气温上升与人类活动使二氧化碳排放量增加有关,同时这一时期也没有发生巨大的海震。巨震指赤道两侧各40o范围内的8.5级和大于8.5级的海震[10]20041226印尼地震海啸后,全球低温冻害和暴雪灾害频繁发生。郭增建的“深海巨震降温说”是一种合理的解释。

郭增建等人指出,9级和9级以上地震与北半球和我国的气温有很好的相关性。1868年以后的北半球温度下降与1868年和1877年间的智利两个Mt9.0级大地震有关。1900年以后的北半球的温度下降可能与1906年厄瓜多尔Mw8.8级大地震以及太平洋和印度洋周围大量Ms8级以上的大地震的数量特多有关。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1952195719601964年的4Mw9.0~9.5级的环太平洋大地震有关。由于1960年智利特大地震为Mw9.5级,1964年阿拉斯加大地震为Mw9.2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1833年苏门答腊9级地震、1837年智利瓦尔的维西9.25级地震和1841年堪察加9级地震组成一个9级以上地震小高潮,对应1833年之后气温的低水平段[19]

最新研究支持作者2006年提出的结论:三个月亮赤纬角变化周期,对应一个拉PDO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(见表3[9-12]

 

3 月亮赤纬角、强震和太平洋十年涛动对比

Table 3 Contrastamong Pacific Decade Oscillationstrongest earthquake and moon’s declination

   

1923-1925

1932-1934

1941-1943

1950-1952

1959-1960  

1968-1970

最小值

最大值

最小值

最大值

最小值

最大值

黄河上游

枯水期

丰水期

枯水期

丰水期

枯水期

丰水期

潮汐强度

潮汐南北震荡强度相对较弱(一大两小)

潮汐南北震荡强度相对较强(两大一小)

拉马德雷

1925-----(暖位相)--------------1946

1947---------(冷位相)-------------1976

   

1925-19458.5级以上大震减弱(1)

1946-19778.5级以上大震强烈(11)

全球气温

20-30年代气候变暖

60-70年代气候变冷

   

1977-1978

1986-1988

1995-1997

2005-2007

2014-2016

2024-2026

最小值

最大值

最小值

最大值

最小值

最大值

黄河上游

枯水期

丰水期

枯水期

丰水期

枯水期?

丰水期?

潮汐强度

潮汐南北震荡强度相对较弱(一大两小)

 潮汐南北震荡强度相对较强(两大一小)

拉马德雷

1977----------(暖位相)-------------1999

2000----(冷位相)-------2030

   

1978-20038.5级以上大震消失

2004年以后8.5级以上大震强烈6次)

全球气候

80年代后全球迅速变暖

变冷?












注:红色表明是最新数据,蓝色表明是国内记载的数据,震级推算依据描述的现象,有较大的误差,国外数据为7

PDO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,出现全球低温期;PDO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[12]2000-2030PDO冷位相时期可能变冷。月亮赤纬角最大值(从18.6度增大到28.6度)增大潮汐南北震荡的振幅(从37.2度增大到57.2度),导致大气环流径向运动强烈,是北极寒流大举入侵中纬度地区的原因。海洋及其边缘的强震加剧了气候变冷的规模。

总之,风力推动洋流只能影响到海洋的表层,潮汐震荡和海底地震及其导致的海啸才能将海底冷水上翻到表面,冷却大气和增大深海水温,分别称之为“潮汐调温效应”和“海震降温效应”。

 

相关研究

全球变暖停滞了吗?

 《环球科学》(科学美国人中文版)

作者:杰夫·托尔夫森(JeffTollefson

翻译:刘雨歆

全球变暖停滞,是气候学家目前遇到的最大谜题。这种现象从 1997 年年底悄然开始:这一年吹过太平洋的热带信风弱于正常。在正常情况下,太平洋热带信风会把被太阳晒热的海洋表面暖水,从东向西推往印度尼西亚方向。如果信风的速度变慢,暖水就会向东退回南美洲,酿成天气剧变——人称“厄尔尼诺现象”。全球平均气温在 1998 年达到历史最高点,但从那以后,气候变暖趋势就莫名停滞下来。

有人把热量失踪归因于太阳和火山活动,甚至大气污染。但最新研究指出,海洋也许才是解释这一反常现象的关键。在 1997-1998 年间发生的厄尔尼诺现象,从海洋中抽取出大量热量,输入大气层——这也许足以导致赤道太平洋变冷,对 1998 年以后的全球气候变暖趋势产生抑制作用。

美国国家大气研究中心(National Center forAtmospheric ResearchNCAR)的气候学家凯文·特伦贝斯(KevinTrenberth)认为1997-1998 年的厄尔尼诺现象是太平洋气候变化的触发点,这个时间也很可能是全球变暖停滞的起始点。几年之后热带太平洋将不能再释放寒流,“最后,情况将会倒转过来”。

鲜明对比

在一份全球大气温度表上,近 16 年来的全球变暖停滞,与之前 20 年的气温快速攀升形成鲜明对比。根据政府间气候变化专门委员会Intergovernmental Panel on Climate ChangeIPCC2013-2014 年度评估报告的说法,此前的气候模型预估,1998-2012 年间全球大气温度应该以每 10 年平均 0.21℃的速度上升。但英国东英吉利亚大学(University of EastAnglia)气候研究中心(ClimaticResearch Unit)的观测结果却显示,实际的数字只有 0.04℃。

近年来,科学家对变暖停滞现象给出了多种不同的解释,主要集中于 3 个方面:太阳、大气气溶胶微粒(atmospheric aerosolparticles)和海洋。

太阳释放的能量,一般会以 11 年为周期起伏,但从 2000 年开始,太阳活动似乎进入了一个漫长的平稳期。就目前来看,太阳在本周期内释放的最大能量,是近 100 年来的最小峰值。这也许有助于解释现在的“异象”:在 2000 年前,地球接收到的太阳能辐射更高。

另一个可能会抑制地球变暖趋势的因素,是大气气溶胶微粒数量的意外上升。这种大气微粒会把阳光反射回太空。科学家推测,过去 16 年间,小型火山将大量微粒释放到大气之中,抑制了全球气温的上升。

然而,近年来有不少研究指出,以上两种因素的影响其实可能并不像人们想的那么大。特伦贝斯通过查看卫星观测数据,分析地球上能量的进出,来研究太阳活动和大气气溶胶微粒对全球气候的影响。据他测算,气溶胶和太阳活动最多只能解释20% 的升温差异。也就是说,绝大部分的升温差异,可能要归因于海洋——海洋就像一块巨大的海绵一样吞吐热量。

现在,科学家把注意力转移到了赤道太平洋。

太平洋变冷了

就在全球变暖停滞现象发生前不久,赤道太平洋海域变得异常温暖。那是1997-1998 年间,厄尔尼诺引发的极端天气肆虐全球——从中国和美国的洪涝灾害到墨西哥和印度尼西亚的旱灾和森林大火。1998 年底,冷水如报复般流回赤道东太平洋——这也标志着厄尔尼诺的姐妹现象“拉尼娜”的到来。不仅如此,整个赤道东太平洋都变得异常寒冷,这一趋势一直持续至今。

海洋温度的波动,被科学家称为“太平洋十年涛动”(PacificDecadal OscillationPDO)。这或许是我们揭开全球变暖停滞之谜的关键所在。太平洋十年涛动的变换周期通常为 1530 年。在涛动处于“正相位”(或称“暖相位”)时,太平洋气候类似于厄尔尼诺现象,会让大气温度升高。在此期间,太平洋东部和中部海域会持续释放热量,直到几十年之后才逐渐变冷,涛动也进入“负相位”(或称“冷相位”)。此时,太平洋气候类似于拉尼娜现象,会把赤道附近的深海冷水抽到海洋表面,让地球变冷。

2011 年,美国国家大气研究中心的杰拉尔德·米尔(Gerald Meehl)带领的一个研究团队撰文声称,如果把太平洋十年涛动规律导入全球气候模型,气候模型预测的全球变暖趋势就会出现 10 年以上的间断。这个研究团队发现,1998 年以后,有更多热量进入深海,从而抑制了大气变暖的趋势。在他们发表的第 3篇论文中,研究团队用数字模型演示了涛动规律的另一重影响:如果太平洋十年涛动进入正相位,太平洋气候就会开始加热海洋表面水体和大气,导致大气温度在未来几十年中急速上升。

关键性的突破则出现在去年。美国斯克里普斯海洋研究所(Scripps Institution of Oceanography)的两位学者谢尚平(Shang-Ping Xie)和小坂优(Yu Kosaka)独辟蹊径,把最近几十年来赤道东太平洋海温年代际变化(即以 10 年为时间单位记录到的变化)的真实数据导入数字模型,模拟全球气候变化。他们的模型不仅相当精确地再现了全球变暖停滞现象,还呈现出变暖停滞在季节和空间分布上的不均匀性,比如某些地区会变得更热,而有些地区的冬天会变得越发寒冷。

加拿大气候建模与分析中心(Canadian Centre forClimate Modelling and Analysis)的气候建模专家约翰·法伊夫(John Fyfe)说:“我在读完谢尚平和小坂优的论文之后,思路豁然开朗。”但他也补充道,这两人的模型并不能解释一切。“它回避了一个问题:究竟是什么造成了热带海温的下降?”

追根溯源

特伦贝斯和他在 NCAR 的同事约翰·法苏洛(John Fasullo)把信风与海洋数据引入模型,以期解释升温停滞现象。他们的研究指出,热带信风如果受到拉尼娜现象的影响,就会将温暖的海水推向西方,最终把热量送入深海,使赤道东部海域的冷水上涌。在极端的天气条件下,比如在 1998 年拉尼娜现象发生时,热带信风可能会一举把太平洋推入十年涛动的“冷相位”。一项针对历史记录的分析研究支持了特伦贝斯和法苏洛的假说。分析显示,太平洋十年涛动的“冷相位”,与第二次世界大战后几十年间的全球性气温下降,在时间上恰好吻合,而“暖相位”则与 1976-1998 年间全球气温急剧上升的时期吻合。

美国哥伦比亚大学的气候学家马克·凯恩(Mark Cane)说:“我认为,这一证据已经十分明确……全球变暖停滞与气溶胶或者平流层水蒸气都没什么关系。它的真正成因,是近十几年来赤道东太平洋的海温变冷了。”

讨论仍未结束

也许在不久以后,科学家就可以检验他们的理论了。现在,强烈的热带信风正把比以前更加温暖的太平洋海水推往印度尼西亚,致使风云骤变——比如去年 11 月到访菲律宾的超强台风“海燕”(“海燕”是 2013 年全球最强烈的热带气旋)。热带信风还在缓慢提升西太平洋的海平面。现在,西太平洋海平面大约比东太平洋高 20 厘米。也许在不久之后,情况就会调转过来。特伦贝斯说:“西太平洋不可能一直上涌暖水。到某个时刻,海平面一定会到达最高点,然后开始回落。”如果科学家们是对的,那么到了那个时候,“失踪的热量”就会重新出现,全球气温将会再次快速攀升。

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2 钟炳 杨文祥

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