冷暖交替的自然规律：拉马德雷周期

                             杨学祥，杨冬红

我们在2004年3月18日指出，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。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

1月26日我们指出，有四大因素导致全球气候在拉马德雷冷位相时期变冷：潮汐强度变大、拉尼娜事件增多、月亮赤纬角最小值时期比月亮赤纬角最大值时期多一倍、8.5级以上地震集中发生。其中厄尔尼诺事件与月亮赤纬角最小值叠加可导致高温峰值，拉尼娜事件与月亮赤纬角最大值叠加可导致低温谷值。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-863030.html

还有一个多种因素造成的连锁过程不能忽视：地球轨道准60年周期导致全球气温、南极海冰、厄尔尼诺频率、海洋冷循环、温室气体海底贮存的准60年周期。

一、地球轨道准60年周期与气候变化准60年周期

据任振球的研究，木星、土星、天王星和海王星使地球冬至时的公转半径发生相当稳定的准周期变化，与全球尤其北半球气温变化的间隔60年振动相一致。在20世纪初的低温期和60~70年代相对偏冷期，当时（1901和1960年）地球冬至时的公转半径分别延长了94(相当于日地距离的0.6%)和57万公里；在30-40年代和80年代后的暖期，地球冬至时的公转半径（1940和2000年）分别缩短了76和44万公里。2000-2020年地球冬至时的公转半径由极小值变为极大值，他推测2020年前后全球气候将进入相对冷期。

韩延本分析了美国宇航局公布的起自19世纪中期的全球及南北半球的温度异常变化资料，得到它们存在约60年的准周期性波动的初步结果。该周期是它们的中周期波动的主要周期分量之一，它对调制温度的总体变化趋势可起到重要作用。分析表明，该周期分量是时变的，周期长度在19世纪略超过60年，之后缓慢变短，到20世纪后期月在55年至60年间。所谓人类活动造成的温室效应的加剧似乎并未有打乱这一周其分量的存在。

这是拉马德雷准60年周期产生的原因之一。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-291374.html 

http://www.360doc.com/content/10/0331/00/453653_20954913.shtml#

二、南极海冰的拉马德雷周期及其对全球变化的影响

观测发现，过去三十年来，南北两半球的亚热带太平洋海域与赤道太平洋海域之间的环流速度有所放慢。但这一现象与地球气候变化之间有何关系目前尚不能确定。在亚热带太平洋海域，较冷的水在１００米至１０００米深处流向赤道，在赤道海域浮上水面，然后从表面折返亚热带海域，形成两个大的环流。太平洋的两大环流在从２０世纪７０年代开始发生了变化，过去３０年中，从亚热带到达赤道海域的海水减少了２５％。在此之前，气象学家已经注意到，赤道太平洋海域的海面水温过去３０年来已上升了０．８摄氏度，这使他们困惑不解。因为过去５０年里这一海域上空的云量在增加，本来应该使水温下降才对。对此提出的新解释是，由于太平洋环流速度放慢、从亚热带流向赤道的较冷的海水减少，造成了赤道海域水温上升。还有专家猜测，太平洋环流速度放慢，可能与２０世纪７０年代中期以来厄尔尼诺现象越来越频繁而且持久有关。

众所周知，太平洋的两大环流是靠赤道信风带和中纬度西风带的风力推动而形成赤道暖流和西风漂流组成的环流。北半球的西风漂流受大陆的阻隔，表现为北太平洋暖流和北大西洋暖流，与北赤道暖流形成一个封闭的环流；由于太平洋、印度洋和大西洋在南半球彼此相连，南半球的西风漂流畅行无阻，形成开放性的西风漂流。因此，南太平洋的环流速度与南极半岛的德雷克海峡海冰状况密切相关。如果德雷克海峡被海冰封闭，南太平洋的环流速度就会大大增加。

1976-1996的三十年来南极半岛增温显著海冰逐渐减少。那时近30余年来50^oS以南各区域都存在着一个变暖倾向，50^oS~90^oS1957~1993年10年平均变化趋势为0.20^oC，增温幅度大于全球平均的0.3~0.6^oC/100a。其中在南极半岛地区近30余年来，尤其是近10余年来增温最为显著。气温变化导致南极大陆海冰的同一趋势变化。

根据1973年到1993年的观测资料统计分析结果，70年代中上期是多冰年代，自中后期直到80年代中后期是少冰年代，就平均而言，南极地区从1973年到1989年，海冰范围有一个约0.16纬度/10年的减少趋势，自80年代后期到90年代初，南极海冰面积又呈现逐渐增多的趋势，因此，1973年以来南极海冰总体平均仍为微弱的减少趋势。其中，别林斯高晋海和南极半岛两侧海域海冰面积峰值在1977~1978年以后，直到1994年都是少冰时期，只在1987年前后海冰有短暂的少量增多(见图1)^[2]。显然，环南极大陆（特别是德雷克海峡）海冰从70年代以后减少与太平洋环流速度减慢有很好的对应关系。这种对应关系与地球气候变动历史相一致。

10⁵km²

 图1 南极大陆海冰净冰面积指数历年月平均距平累计变化趋势^[1]（据周秀骥等，1996）

从图1中可以看到，南极半岛海冰变化在1973~1994年5月期间是一个大的单峰期，最高峰期在1980年3月，比其它地区滞后4~5年，最低谷值在1994年5月，比其它三个区滞后6~7年^[2]。以此速度计算，南极半岛海冰将在2000年以后开始增加^[3]。2014年南极海冰结冰量创40年新高，验证了我们的推测。

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。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-735952.html

2000-2030年拉马德雷进入冷位相，2014年南极海冰结冰量创40年新高，这再次证明南极海冰变化存在拉马德雷周期。

1. 南极半岛德雷克海峡通道对全球气候的影响

在整个中生代，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的巨大的单一陆块，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，一个单一的环流系统作用范围至少达到纬度55^o，以致宽阔的、深而缓慢的赤道流在穿过低纬度大于180^o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^[4~10]。

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^{[6, 10]}。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, 7]}。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。这是南极冰盖不能扩展成南半球大冰川的一个重要原因。

既然德雷克通道在中周期和长周期的气候变化中起决定性的作用，那么在短周期的气候变化中，德雷克海峡中的海冰进退关系重大。一个可能的模式是：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，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冰减少；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，部分本应北上的水流转而进入德雷克海峡，使秘鲁寒流变弱，使东太平洋表面海水变暖，减弱沃克环流，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，我们称之为南极环大陆海冰的气候开关效应(图2)。

图2 全球气候的三个海冰启动开关示意

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，阻塞环南极大陆海流，加快南太平洋环流，并从向极方向连接南极洲热输送，因而使南极洲变暖；当南极洲的温度变暖时，存在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2所示，非洲海冰开关，澳大利亚海冰开关，以及德雷克海峡海冰开关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^[3]。

南极海冰在拉马德雷冷位相时期达到最高值，阻塞了南极半岛德雷克海峡表面海水通道，增强了秘鲁寒流，导致拉马德雷冷位相时期拉尼娜增强。

2. 南极海冰控制的全球海洋热输送

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，海洋寒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，太平洋和印度洋的北部完全在海洋暖流的控制之下。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，特别是南半球环南极大陆强烈的海洋西风漂流，在经过南美洲的德雷克海峡时严重受阻，部分寒流沿南美洲西海岸北上，加强了秘鲁寒流，其规模远大于非洲西海岸的本格拉寒流，形成太平洋北暖南冷、西暖东冷的格局。南半球西风飘流是海洋寒流，北半球西风飘流是北太平洋暖流和北大西洋暖流，这个重大差别是由陆海分布差异造成的。

西澳大利亚寒流是南半球最弱的海洋寒流，因为太平洋南赤道暖流能够通过阿拉弗拉海进入印度洋，加强印度洋南赤道暖流，减弱西澳大利亚寒流，形成印度洋和西太平洋的高温低压区，与东南太平洋由秘鲁寒流形成的低温高压区组成一个沃克环流。

赤道附近太平洋上，东部海域海水较冷（寒流影响），使海水上空的气温偏低，气流下沉（近海面形成高压），而东部海域的海水的温度较高（暖流影响），空气受其影响气温偏高，气流上升，近海面形成低压，所以在近海面就形成从高压向低压的风，上空气流方向相反，就形成了环流，这就是沃克环流，它是纬向环流。

纬向的沃克环流和径向的哈得来环流组合，构成南太平洋的内部循环，其路径是：太平洋的南赤道暖流----东澳大利亚暖流----南中纬度的西风漂流----秘鲁寒流^[1]。

事实上，印度洋和大西洋都有类似的环流和现象，由于热能相对较少，厄尔尼诺和拉尼娜现象也就不明显。

太平洋、印度洋和大西洋在北半球是相互封闭的；在南半球是相互连通的，南半球西风漂流带和环南极大陆海流是三大洋热能交换的渠道，构成太平洋的外循环。太平洋有广阔的赤道海域，由此获得的热能通过外循环向外传输。

北太平洋通过白令海峡向北极输出的热量为10TW(1TW = 10¹²W),南太平洋向南极输出的热量为1190TW，是前者的119倍。印度洋向南极输出的热量为490TW，而北大西洋输出的热量起源于太平洋，数量超过1000TW，其中向北极输出的热量为260TW^[2]。海洋输送的热量数量为北太平洋向南太平洋的热输出提供了证据（见图3）。

地质资料表明, 对第三纪早期的普遍变冷起作用的明显构造事件是巴拿马地峡的封闭，迅速变暖和较长的变冷由轨道参数的周期性所决定。阻挡大西洋赤道暖流进入东太平洋，加强秘鲁寒流，是气候变化的原因。南美洲与南极大陆的分离造成环绕南极大陆强烈的海洋西风漂流带，它阻挡赤道暖流南移，生成南极冰盖并维持其稳定的存在,为全球构造运动影响气候变化提供了证据^{[3 - 5]}。这表明,北太平洋向南太平洋输送热量的波动性是厄尔尼诺事件和拉尼娜事件发生的本质原因,相应的海洋环流在温差积累到一定程度时必然发生。厄尔尼诺发生时，太平洋暖水由东向西，或由西向东，或由中部分别向东向西运动，其实质是北部暖水向南运动。

图3  海洋热输送的数量估计

如果有某种原因使南半球的西风漂流减弱，或使东南太平洋表面海水增温，就会减弱这一地区的沃克环流，出现南太平洋高压和印度尼西亚——澳大利亚低压同时减弱，甚至相反的情况。这是南方涛动和厄尔尼诺同时出现的原因。

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。

南极海冰季节性变化幅度较大.海冰净冰面积在2月最小，为2.3×10⁶ km²，在9月最大，为15.4×10⁶ km²，最大值约是最小值的6.5倍。南太平洋低纬度的海温，历年在3月附近为最暖，9月附近为最冷。日长在1月份比在7月份要长，即1月的地球自转速度比7月减慢。在南、北半球±10^o的低纬度地区，自东而西的太平洋赤道洋流在2月最大流速为51 cm/s，8月最大流速大于77 cm/s。即8月赤道洋流流速要明显地大于2月。

南半球冬季冰冻线使非洲、澳大利亚和南美洲与南极洲的表面水流宽度分别缩小到原来的1/3、1/2和1/8。这种情况在平面地图上是难以觉察到的。南极半岛的海冰面积在2月最小，扩大了德雷克海峡海水通道，使南半球西风漂流速度加快，使太平洋外循环加快，内循环减慢，减弱秘鲁寒流，有利于厄尔尼诺事件的形成，对应赤道太平洋3月海水最暖，流速降低；南极半岛的海冰面积在9月最大，缩小了德雷克海峡海水通道，使南半球西风漂流速度减慢，增强秘鲁寒流，有利于拉尼娜事件的形成，对应赤道太平洋9月最冷，流速增大，使太平洋外循环减慢，内循环加快。

南极海冰的长期趋势变化从70年代到90年代海冰有两个突变，一次发生在1975年底1976年(厄尔尼诺年)初，海冰由偏多迅速转变为偏少，另一次发生在1988年(拉尼娜年)，是海冰由偏少缓慢转向偏多。海冰减少与厄尔尼诺有很好的对应关系^[10]。南太平洋低纬度的海温，历年在3月附近为最暖，9月附近为最冷。1973年南半球冬季海冰的范围比夏季大大扩展；最小的出现在2月10日，最大的出现在7月16日^[11] (与9月出现最大值的一般情况相比是特殊的异常现象)。与其相关的是，1972年4月~1973年2月是厄尔尼诺事件时期，1973年6月~1974年4月是拉尼那事件时期。对比两者的变化趋势可以看出，南极海冰和南太平洋的海温具有明显的相关性，即德雷克海峡冰冻线的季节性北移，关闭了德雷克海峡的”海冰开关”，导致秘鲁寒流的对应增强，是拉尼那事件发生和秘鲁沿海表层水季节性降温的主要原因。

2014年南极海冰结冰量创40年新高，是南极海冰长期趋势变化的第三次突变，预示一个气候变冷时期正在生成。

3. 南极冷暖影响大气和海洋热能和温室气体交换

杨学祥和杨冬红分别在1997-2011年提出了“海底藏冷相应”、“海洋锅炉效应”、“拉马德雷冷位相灾害链”、200年和准60年“潮汐降温效应”。

我们在2006年提出，气候潮汐循环说和海震调温说，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有重大科学意义。中国连续18年暖冬的终结是2000年地球进入拉马德雷冷位相和印尼发生地震海啸的合理结果。规律表明，在拉马德雷冷位相时期，全球强震、低温、飓风伴随拉尼那、全球性流感伴随厄尔尼诺将越来越强烈。在20世纪50-70年代，强沙尘暴与流感爆发一一对应，沙尘暴可能传播禽流感。

海底温度测量表明，海底冷水层的温度为摄氏2度，表层海水水温为27.5度左右，温差为25.5度，为强潮汐调温效应和海震调温效应提供必要的条件。历史资料显示，在全球温暖的白垩纪，海洋底层温度为15度，表层温度为21度，温差为6度。这是强潮汐调温效果在白垩纪显著降低的原因。而在第四纪冰期到来之前，海洋底层水温度逐渐降低到0度，增大的温差为强潮汐和海洋巨震的调温作用准备了条件。超低海底冷水被强潮汐和海洋巨震翻到海洋表面，使大气迅速变冷，导致冰期的到来。

赤道热两极冷是太阳能量纬度不均匀分布造成的。由于大气热容量低，大气热对流不能改变这一基本规律。海水则不同，其热容量大，热对流的传热效果十分显著。计算表明，每立方米的水和空气温度降低一度所释放的能量分别为4180000焦尔和1290焦尔，前者是后者的3240倍。这个巨大差别可从海洋性气候和大陆性气候的比较中看到。瓦伦西亚岛和赤塔同在北纬52度附近，前者位于爱尔兰的大西洋岸，属于海洋性气候，后者位于亚洲大陆内部，属于大陆性气候。虽然纬度相近，但温差在一年内的分布相差悬殊。一年内最冷和最热月份温度的差值，在瓦伦西亚只有7.9度，在赤塔则为46.1度，大于前者5.5倍之多。前者年均温度为摄氏10.3度，后者为零下3度，差值为13.3度。这说明海洋的内能多于大陆，海洋是大气热量的重要供应者。

海水因为含有平均约3.5%的盐分，所以它的最大密度约出现在摄氏负2度左右，恰好与海水开始结冰的温度很接近。两极临近结冰的海水密度最大，源源不断地沉入两极海底，自转离心力使较重的海水向赤道海底运动，形成全球巨厚的海底冷水层。由于太阳辐射不能进入这个领域，“冷”被安全地封存在海底，冷水领域还不断扩大。赤道海水表层热水在上、冷水在下，垂直方向只有热传导、没有热对流。随着海洋冷水区的不断扩大和赤道海洋表层热水区的不断缩小，赤道和两极的温差也不断加大，形成中、高纬度地区的冰盖和冰川。我们称这个过程为海底藏冷效应。它是海气相互作用的典型范例，大气中的“冷能”由此而进入海洋。冰雪反射太阳辐射，随着冰雪面积的不断扩大，地表接受到的太阳能量越来越少，使大气和海洋越来越冷，冰期有一个长期的“冷积累”过程（见图4）。

图4 太阳辐射变化、核幔角动量交换和气候变化的关系

由于内核相对地壳地幔的差异旋转，太阳辐射达到最大值时使核幔角动量交换达到高峰，部分旋转动能转变为热能积累在核幔边界赤道区（此处核幔速度差最大，积累的热能最多）。超级热幔柱（羽）由核幔边界赤道热区升起，在海底赤道区喷发，加热了底层海水，并引发赤道和两极之间的海洋整体热循环，降低了赤道和两极大气的温差，使两极的海温和气温逐渐上升到冰点以上，消除了海洋藏冷效应的“冷源”，形成全球无冰温暖气候，产生晚白垩纪赤道海洋表层低温之谜（当时温度为摄氏21度，比现代低6.5度）。我们称这个过程为海洋锅炉效应。有证据表明，随着热幔柱喷发强度的减弱，近一亿年间海洋底层水冷却了摄氏15度，大气冷却了10~15度。这是典型的地、海、气相互作用。计算表明，一亿二千万年前形成翁通爪哇海台的海底热幔柱喷发，其释放的热量可使全球海水温度增高33度，喷发过程经历了几百万年时间。有证据表明,在古新世末不到6000年的时间内大洋底层水增温4度以上。海底火山活动引发的深海热对流在全球气候变化中的作用不容忽视（见图4）。

http://guancha.gmw.cn/content/2007-12/25/content_715516_2.htm

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-736985.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-521283.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-750399.html

海洋冷循环是以冷源为动力的海洋循环，例如海洋藏冷效应；海洋热循环是以热源为动力的海洋循环，例如海洋锅炉效应。

在大气层，太阳能量加热地表，使低空的空气变热膨胀，密度变小而上升到高空，形成以热源为动力的大气环流。但是，太阳能量不能到达深海，只能加热海洋表面，因此不能形成有效的热对流。所以，在海洋中，冷循环就非常重要。两极的海洋是冷循环的出发点（见图5）。

图5 两极海洋冷循环的基本模式

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6）。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7）。

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，仅对欧洲气候有影响；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。后者的作用被人们忽视（见图6，图7）。

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6  NASA所绘制的温盐循环图（蓝色表示冷流，红色表示热流）

图7 以南极为中心的温盐循环图（蓝色表示冷流，红色表示热流）

在南极，冷源在环南极大陆边缘的海洋；在北极，冷源仅有北大西洋的北端。在这里，陆海的分布决定了海洋环流的方式：南极圈内有大片的海洋与赤道海洋相通，可形成高密度冷水的下沉和对流，而北极圈内仅有大西洋北端与赤道海洋相通，北太平洋的白令海峡限制了北太平洋冷源的形成。陆海分布的类型决定了大西洋温盐循环在全球变化中的重要地位。

温室气体在水中的溶解度伴随水温的降低而增大。由于冷水中含有较多的温室气体，所以，伴随冷水在海底的积累，温室气体也被贮存在海底冷水之中。海底冷水温度的降低意味着全球气温变冷。

事实上，大气和海洋的温室气体交换是连续发生的，两极的冷水将温室气体带入海底，赤道处海水上升被加热向大气释放出温室气体，总体处于平衡状态之中。

欧洲城市的冬季气温能普遍高于同纬度其他地区9-18℃，这要归功于北大西洋暖流。而欧洲冬天越来越冷，也是由于大西洋洋流循环（即温盐环流）出了问题。

在中大西洋，按顺时针方向旋转的环流中会分出一支洋流向北运动，当这个支流运动到挪威附近海域后，其温暖的海水已冷却下来，由于温度太低，这股海流开始下沉，然后向南回流，回到赤道以南的地区后又被加热，进而推动温暖的洋流再向高纬度的北方流动，所以这股洋流会源源不断地把热量带到北大西洋地区，使得中、西欧地区有着温和的气候条件。

如今，科学家发现给欧洲冬季带来温暖的大西洋洋流流速正在减慢。2010年11月30日，英国南安普敦国家海洋学中心科学家哈里·布莱登在《科学》杂志上发表了自己的研究成果：2004年，由他领导的研究小组在巴哈马群岛和加那利群岛间沿北纬25度进行取样调查，检测水的盐分和密度。并把检测数据与1957年、1981年、1992年和1998年的记录进行了比较，结果发现，自1957年来，深海的冷水回流速度显著地下降了，尤其是自1992年以来下降速度更快，如今，北大西洋暖流的流速已经比50年前下降了31％。

大西洋洋流速度减慢意味着北大西洋和附近大陆块的温度下降。这就是欧洲冬季越来越冷的原因，那又是什么原因导致北大西洋暖流流速减慢的呢？

大西洋洋流发生变化的原因是全球变暖让流向大西洋的淡水量增加。全球气候变暖，导致格陵兰岛的冰盖和北极的冰雪融化速度加快，大量的淡水注入北大西洋。而水的下沉速度与含盐量和密度有关，盐分多密度大，水的下沉速度就快。淡水比含有盐分的海水要轻而且密度也低，即使是冷水也不会沉得太深，所以在北大西洋中融化的冰水下沉速度急剧下降，大量淡水积聚在洋面上，导致从大西洋环流中分出的那股洋流缺乏向北运动的动力，速度减慢，甚至最终会停止。

据古代的气象记录显示，由于洋流速度减慢或者停止，北方的空气温度曾出现过在几十年里下降10度的现象，而过去的冰河期就是由于大西洋的环流系统不再运作而导致气候发生突然而急剧的变化。包括哈里·布莱登在内的科学家预测，如果洋流流速减慢的现象持续下去，英国冬天的温度将在未来10年里下降2度，而如果洋流完全停止的话，在未来20年里，北欧和西欧的平均气温可能会下降6度甚至10度，这是非常明显的变化，会让冬天变得异常寒冷。全球变暖并不意味着温度一直升高，在欧洲，全球变暖会表现为夏天越来越热，冬天越来越冷。如果全球变暖持续下去，欧洲的气温将会进一步下降，迎来严寒的冬季，温暖的西北欧地区的温度将会像现在的西伯利亚一样寒冷，而且这个过程会持续相当长一段时间。

全球变暖导致欧洲气候变冷，这就是大自然的自我调节过程。

这一过程在南极海冰变化中也同样存在，由此形成南极海冰变化的拉马德雷周期。这也可以解释，为什么2014年全球相互矛盾的两大自然现象和谐共存：南极海冰结冰量创40年新高和全球气温再创1880年以来新高。

深海中的洋流主要是依仗密度的差额来驱动，并且潮汐现象引发的洋流运动亦会对深海洋流带来显著的影响。

研究表明，潮汐变化具有1800、200、55年变化周期，与全球气候变化一一对应。这也是南极海冰变化具有拉马德雷周期的原因。

在拉马德雷冷位相时期，厄尔尼诺受到抑制，拉尼娜得到增强。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-815844.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-860000.html

厄尔尼诺现象继续减弱。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-861042.html

南极海冰变化具有准两年周期，由此可以推测2015年9月南极海冰最大值要低于2014年9月的规模，有利于厄尔尼诺事件的发生。可为佐证的是，2013年9月南极海冰最大值很低，导致拉尼娜事件没有达到标准水平。2014年9月南极海冰最大面积创纪录导致厄尔尼诺现象变弱。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-861222.html

2015年2月南极海冰达到最小值，但2014年9月南极海冰最大值的影响还存在，厄尔尼诺现象只能减弱，没有增强的动力。3月20日和9月13日的日食有利于厄尔尼诺的发展，加上9月末南极海冰最大值的可能减弱，发生厄尔尼诺事件的可能性还是存在的。届时要注意监测。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-861222.html

http://gzdaily.dayoo.com/html/2015-01/22/content_2849392.htm

http://gd.sina.com.cn/news/s/2015-01-22/0644148848.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-861959.html

南极海冰增加有利于拉尼娜事件的形成，南极海冰减少有利于厄尔尼诺事件的形成，这是拉马德雷暖位相增强厄尔尼诺，拉马德雷冷位相增强拉尼娜的原因（见表1）。

表1 1999-2012年南极海冰变化与厄尔尼诺事件

http://blog.sina.com.cn/s/blog_bd64c19e0101ihif.html

三、结论

有四大因素导致全球气候在拉马德雷冷位相时期变冷：潮汐强度变大、拉尼娜事件增多、月亮赤纬角最小值时期比月亮赤纬角最大值时期多一倍、8.5级以上地震集中发生、南极海冰增多、地球近日点距离增大的轨道周期、温室气体循环、海洋冷循环。

综合分析表明，在1800年周期的尺度上，尽管全球变暖是总趋势，但200年、准60年、18.6年冷暖周期波动变化是客观存在的。由于自然因素的调节，最暖将导致最冷的反馈。2014年的1880年以来最暖并不是全球变暖在2000-2030年拉马德雷冷位相时期的顶峰，2014-2016年月亮赤纬角最小值导致的高温峰值也可能在2015-2017年发生。

2015年若发生中等强度以上的厄尔尼诺事件，与2004-2016年月亮赤纬角最小值叠加，与2015年南极海冰可能减少事件叠加，温度可能比2014年更高。

但是，2023-2025年月亮赤纬角最大值与预测中的2023年拉尼娜事件叠加，将产生更强烈的气温变冷，保持拉马德雷冷位相全球气温总体下降的主要趋势。

2015年面临全球变化的三种模式：

其一、发生中等强度以上的厄尔尼诺事件，导致最热年新纪录；

其二、发生拉尼娜事件，导致气温下降；

其三、厄尔尼诺和拉尼娜都没有发生，2014年最热纪录保持不变。

其中，第一种情况发生的可能性最大。