关注气候变化自然周期：全球增温停滞还是地球正极速变暖？

                               杨学祥，杨冬红

全球增温停滞？科学圈众说纷纭

2016-9-8 09:51 中国科学院年度系列报告 2016科学发展报告

随着人口增长和社会经济发展，环境保护与社会经济发展之间的矛盾日益突出，环境科学领域已成为人类社会密切关注的全球性重大问题。2015年，世界各国、国际组织和科学团体在科学研究、战略布局等方面取得了一系列重要的进展。本文节选中国科学院年度系列报告《2016科学发展报告》中《环境科学领域发展观察》一文部分内容以飨读者。

原文标题为“全球增温停滞现象及其原因受到科学关注与争议”（作者：曲建升1、廖　琴1、曾静静1、张志强1，2、朱永官3、潘根兴4，1. 中国科学院兰州文献情报中心；2. 中国科学院成都文献情报中心；3. 中国科学院城市环境研究所；4. 南京农业大学农业资源与生态环境研究所）。

政府间气候变化专门委员会（IPCC）第五次评估报告指出，1880~2012年，全球海陆表面平均温度呈线性上升趋势，升高了0.85℃。

国际耦合模式比较计划（CMIP5）模拟全球气温每十年增暖0.2℃，过去50年以来实际观测与模式结果一直较符合，但近十几年来实际观测增长趋势减缓。

多项研究表明，近年来的增温停滞是气候自然波动的结果，但同时有研究认为全球增温停滞并未发生。

德国马克斯·普朗克气象学研究所和英国利兹大学地球与环境学院的科学家研究指出，气候变暖已经暂停。

英国气象局（Met Office）哈德利中心和埃克塞特大学的研究指出，气候变暖暂停期再持续5年的概率高达25％。

美国明尼苏达大学和宾夕法尼亚州立大学的研究人员通过预测大西洋多年代际振荡（AMO）和太平洋多年代际振荡（PMO）的变化趋势，及评估北半球外部和内在变化的相对贡献，认为全球变暖减缓的原因是大西洋和太平洋的自然变化抵消了潜在的全球变暖。

美国加利福尼亚大学和加州理工学院的研究人员指出，海洋储热模式的改变导致过去十年观测到全球地表温度下降。

英国爱丁堡大学的研究人员从引起增温停滞的自然内部变率和外部驱动力出发，分析指出增温停滞现象是长期全球变暖趋势中的一个自然波动，并且预测停滞现象不会超过10年。

中国兰州大学和美国普林斯顿大学的研究人员从动力和热力因素对温度变化的不同作用的角度解释了近15年来的增温停滞现象，指出动力因素的冷却作用是增温停滞现象的直接原因，这一现象背后的控制因素是气候年代际自然变率。

加拿大麦吉尔大学的研究人员利用新的数学分形方法，证明了1998年以来的全球增温停滞现象由气候自然变率引起，是一个紧跟在增暖时期之后的自然变冷事件，并预测增温停滞现象将在2020 年之前结束。

美国国家大气研究中心的科学家研究指出，全球气候在气候自然变率和温室气体增加的作用下呈阶梯式上升的趋势，在某些年份或地区，自然气候变率或者天气影响带来的温度变化可能暂时超过了全球变暖趋势，造成了增温停滞的现象。

美国斯坦福大学的研究人员对全球增温停滞现象提出怀疑，他们利用新的统计方法进行时间相关性检验后指出，长期的全球气温统计数据中并没有出现增暖变化的中断、暂停或者放缓。

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本文来自科学出版社科学网博客。

http://blog.sciencenet.cn/blog-528739-1001582.html

NASA：地球正极速变暖

2016年09月06日 15:19 

来源：第一财经网作者：综合报道

NASA表示，通过冰芯和沉淀物的分析追溯到更久之前的气温记录可以看出，最近几十年的变暖速度是过去千年从未有过的。

全球变暖

美国国家航空航天局(NASA)高级气候专家表示，地球变暖正经历一千年来从未有过的速度，全球气温升幅要想维持在去年各国商定的范围之内已变得“十分不可能”。

据《卫报》报道，今年气候已经极端炎热，全球平均气温比19世纪升高的幅度达到了1.38摄氏度的峰值，十分接近去年《巴黎气候协议》约定的温度升幅不超过1.5摄氏度的水平。七月是自1880年有现代记录以来最热的一个月，而从2015年十月以来，每个月的温度都创下了记录新高。

但是NASA表示，通过冰芯和沉淀物的分析追溯到更久之前的气温记录可以看出，最近几十年的变暖速度是过去千年从未有过的。

“在过去的30年中我们已经进入到了超常的区域，”NASA戈达德(Goddard)太空研究所主任加文-施密特(Gavin Schmidt)说，“在近千年内，这种变化是从未有过的。在(气温)的变化曲线上，20世纪也没有哪个时间段出现过这种趋势。”

八月早些时候，NASA发布的数据表明，地球温度已经在七月份到达了136年历史记录以来的最高值。

施密特说，“要将地球温度升高幅度维持在1.5摄氏度之下，需要大量、快速地减少二氧化碳排放、或者同等级的地球气候工程。而这是非常不可能的。我们甚至还没能做到通过减排将温度升幅控制在2摄氏度以下。“施密特重复了他之前的预测，有99%的概率2016年会成为有记录以来最温暖的一年，大约20%的热量是由于强烈的厄尔尼诺现象。去年是有记录以来最温暖的一年，已经打破了2014年创下的记录。

根据NASA数据显示，地球加速变暖意味着，全球会在未来100年里以“至少”20倍于历史平均值的速度变暖。不过，将最近的气温同史前气候相比并不十分准确，因为这相当于把现代的温度记录同此前从古代冰川层、海洋沉淀物以及岩石推测出来的温度进行对比。

http://tech.ifeng.com/a/20160906/44447852_0.shtml

气候变化的自然周期

我们在2015年2月12日撰文指出，温室气体持续增加，全球气温却波动变化。温室效应难以解决气候波动变化问题，我们必须寻找新的思路：在温室气体使气温持续上升的背景下，研究自然因素综合叠加效应对气候波动变化的影响。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-867616.html

气候变化的自然周期：

1. 强潮汐将海底冷水翻上表面，使气候变冷，周期为1800年，15-17世纪小冰期时期进入变冷高峰，目前潮汐活动最弱，全球进入变暖高峰（Keeling,2000）。此外，还有200年、55年周期（杨冬红等，2007,2011）。

美国科学家查尔斯·季林认为，当日、地、月位置成一条直线时，形成强潮汐。强潮汐把海洋深处的冷水带到海面，使全球气候变冷。地球、月亮和太阳相对位置的变化会引起潮汐强度的逐渐变化，波动周期大约为1500~1800年。当日、地、月排成一线且相互距离最小时，日月引潮力相互加强而变为最大，地球海洋潮汐规模也最大，这时就有更多来自海洋深处的冷水被带到海面。这些冷水可以冷却海洋上的空气。当日、地连成的直线与月、地连成的直线相互垂直时，太阳潮汐减弱月球潮汐，使地球海洋潮汐变小，这时海洋深处的冷水很难被带到海面，世界就变得暖和。据计算，大约在1425年即小冰期的末期，潮汐达到了最大值，从那以后逐渐减弱，直到3100年潮汐又达到最大值。这个周期是过去1万年气候变迁的主要动力。这个效应使地球的温暖期从小冰期末期一直持续到24世纪，而后随着潮汐的增强，地球的气候将逐渐变冷。其中，2133-2337年为全球变暖高峰期，1425-1629年和3107-3452年为小冰期时期。

图1 潮汐强度变化的1800年周期（据Charles D. Keeling and Timothy P. Whorf，2000）

2. 太阳黑子超长极小期太阳活动减弱，导致气候变冷，周期为200年。

太阳黑子具有11和22年周期，在太阳黑子循环和气候效应之间存在着关联^[1-6]。太阳黑子极小期的平均周期为11年，太阳黑子延长极小期的平均周期为179-200年。近20年的研究发现，潮汐极大期、太阳黑子延长极小期和全球低温有很好的对应关系。6次时间的一一对应表明其相关性和处于同一激发机制^[7]。

国内外相关研究表明，太阳黑子周期长度的变化与地球冷暖变化也具有相关性(见图1)。汤懋苍等人指出，依据太阳黑子周期长度(SCL)资料，将过去2500年分为"好天时代"(SCL＜11年)和"坏天时代"(SCL＞11年)，发现在"坏天时代"中国旱灾频率显著高于"好天时代"。"好(坏)天世纪"与气候暖(冷)期有好的对应；太阳黑子延长极小期、冷气候和SCL 长(即坏天时代)的对应关系见表1。这表明，SCL长，太阳活动弱，全球气温降低，太阳黑子延长极小期和SCL长（坏天时代）一一对应。从公元850年起，我们可以确定的太阳黑子延长极小期就有5次之多，它们与潮汐最大值对应，与低温和小冰期对应。

表1  太阳黑子和潮汐的对应关系：气候变化200年周期

注：太阳黑子数据取自文献[21]，潮汐资料取自文献[17]。最后一栏是作者加的。

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3. 60年拉马德雷周期

近十年来研究发现，厄尔尼诺和拉尼娜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）密切相关，周期为50~70a。

PDO的特点在于海水表面温度，海平面气压及风场的变化。PDO位于暖位相时，赤道附近及北美洲沿岸的海水表面温度异常温暖，北太平洋中部的海水表面温度则异常清凉。

图2  太平洋十年涛动的暖位相（暖相）和冷位相（凉相）

PDO的冷位相与暖位相的海水表面温度相反。每个PDO的位相一般持续20-30年。在PDO暖位相（暖相）和冷位相（凉相）时，冬天海平面温度（颜色代表），海平面气压（等线代表）以及海表风力（箭头代表）异常的典型分布(见图2)。2006年我们发现太阳潮和月亮潮54-56年叠加周期与拉马德雷周期对应，目前为55年气候周期的变冷阶段。

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”（PacificDecadal Oscillation，缩写为PDO，亦称拉马德雷现象）密切相关。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”。这一变化周期为55年。

表2 1890年以特大地震、地球自转、气候变化和PDO冷位相对应关系

注: 括号内为1900年以来国外数据，？表示预测

4. 月亮赤纬角最大值导致气候变冷，周期为18.6年（杨冬红等，2008）；

当月亮在南（北）纬28.6度（月亮赤纬角最大值）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，大气和海洋的南北震荡将产生巨大的能量交换并搅动深海冷水上翻到海洋表面降低气温。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。太阳在南北回归线时也会产生潮汐南北震荡运动。

在月亮赤纬角最小值时期，当月亮在南（北）纬18.6度（月亮赤纬角最大值）时，高潮区在12小时后从南（北）纬21.6度向北（南）纬18.6度震荡一次，振幅减少三分之一。这是月亮赤纬角最小值对应全球气温变暖的原因。

1998年是最热的年份，1995-1997年月亮赤纬角最小值产生的弱潮汐南北震荡是原因之一；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是原因之一。2014-2016年月亮赤纬角最小值有利于全球变暖。

另两个重要因素是，厄尔尼诺导致气候变暖，拉尼娜导致气候变冷；海洋及其边缘特大地震和海啸是导致航洋表面海水降温的原因。

综合分析表明，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月的强拉尼娜事件（1999年全球强震频发）和2004-2007年印尼苏门答腊3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北方的干旱；而2009-2018年特大地震集中爆发却可能使气温下降。

中国北方的干旱在2014年已经发生，2014-2016年全球气温将有明显上升趋势。2014-2018年特大地震会有干扰作用。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-676048.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-789865.html

事实上，我们在2008年、2012年、2014年、2015年最早提出了2014-2016年最热年的预测。

我们早在2008年就指出，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北方的干旱；而2009-2018年特大地震集中爆发却可能使气温下降。

http://news.hexun.com/2010-03-25/123112612.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-854442.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-789865.html

我们在2014年3月26日指出，2014-2016年全球最热年 2023-2025年全球最冷年：

2014年是全球极端灾害频发年，高温、干旱、雾霾和强震是主要灾害。关键原因是2000-2030年拉马德雷冷位相和2014-2016年月亮赤纬角最小值。

2014-2016年月亮赤纬角极小值减小潮汐南北震荡幅度，导致高温、干旱、雾霾和强震，2013年的前兆值得关注。

2023-2025年月亮赤纬角极大值增大潮汐南北震荡幅度，导致低温和强震，2000-2030年拉马德雷冷位相增强制冷作用。、

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-779229.html

2014-2016年最热纪录频发：2015年07月23日广州日报报道，美国政府机构今年初发布报告显示，2014年是全球有气温统计以来的“最热年”。不过，这一纪录有望在2015年再次被刷新。但这一纪录也不会保持太久。科学家们预计，2016年将成为下一个“最热年”。

http://finance.chinanews.com/cul/2015/07-23/7422305.shtml

5. 海洋及其边缘特大地震和海啸使气候变冷（郭增建，2002）

在2000-2030年的拉马德雷冷位相时期强震频发，2008年初中国南方发生了50年一遇的严重冰雪冻灾，低温冻灾频发的趋势值得关注。

2004年12月26日印尼地震海啸后，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：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40^o范围内的8.5级和大于8.5级的海震。

表3 拉马德雷现象、强震与月亮赤纬角的叠加对气温变化影响(1)

注：？表示预测，厄尔尼诺和拉尼娜来自赵得秀教授的预测。

事实上，2004年12月26日、2005年3月28日、2007年9月12日、2012年4月11日印尼苏门答腊发生了4次8.5级以上特大地震，2010年2月27日这里发生8.8级地震。它们对全球变暖停滞或变冷作出了重要贡献。

如果这5个因素同时出现，叠加效应将导致最冷气候（见表3-4，图1）。

表4 拉马德雷现象、强震与月亮赤纬角的叠加对气温变化影响(2)

注：？表示预测，厄尔尼诺和拉尼娜来自赵得秀教授的预测。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-867616.html 

结论

事实上，尽管潮汐1800年周期决定目前全球变暖的大趋势，但自然周期的200、55、18.6年周期同时使全球气候不断波动起伏，温室效应无法解释全球气候的自然波动变化，也无法预测气候变化的波动变化，其理论缺陷是显而易见的。

参考文献

杨学祥，杨冬红，安刚，沈柏竹。连续18年“暖冬”终结的原因。吉林大学学报（地球科学版），2005，35（地球探测科学与技术论文集）：137-140

杨学祥，杨冬红。“太平洋十年涛动”冷位相时期的全球飓风等灾害。海洋预报。2006，23（3）：30-35

杨学祥。全球变暖还是变冷。科技潮，2006，（9）：20-22

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

杨学祥, 给"全球变暖说"泼点冷水。世界环境。2007, （2）：60-63.。

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， 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.

杨冬红, 杨学祥.北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性. 地球物理学进展, 2014, 29(2): 610-615.