多洋盆海温同步与异步变化引起的多年代际全球变暖加速与减缓

                           杨学祥，杨冬红

关键提示：20世纪以来，尽管大气中温室气体的浓度一直在持续不断增加，全球平均近地表温度却呈现出明显的多年代际变化，类似一个“渐进上升的阶梯”，包括：20世纪早期较弱的全球变暖、20世纪中期较强的全球冷却、20世纪后期的全球快速增温以及21世纪早期的全球变暖“减缓”。当前的全球变暖“减缓”现象受到了广泛的关注，并在科学界引起了很大的争议。而对于20世纪全球平均近地表温度在多年代际时间尺度上的增暖—冷却—增暖现象的原因，至今还不是很清楚。此外，考虑到海洋对全球变暖的重要影响，不同洋盆海温的变化对全球变暖加速和减缓的贡献也亟待弄明白。

最近，中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG）黄刚团队（第一作者为其博士生姚帅磊）以及澳大利亚气象局资深研究员罗京佳和LASG高工王鹏飞研究发现：多洋盆海温同步与异步变化的“净效应”，主要引起了20世纪以来的两次全球变暖加速和减缓事件。

上述科研成果证实了我们在2006-2014年提出的独创观点：潮汐震荡的56年周期和18.6年周期导致海底冷水周期性上翻，形成海洋表面海水温度和大气温度的周期性变化。

潮汐和强震导致全球气温变化的拉马德雷周期

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）密切相关^[5-6]。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^[7-8]。

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]。

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。

2005年以来，作者的数值计算得到一些可以验证的新结果。过去人们仅仅知道太阳黑子活动有11年和22年周期，实际上强潮汐也有11年和22年周期。

澳大利亚气象学家E. 布赖恩特编著的《气候过程和气候变化》中，有关气候现象循环的记录75项^[20]。计算表明，潮汐有1.0303、1.1145、2.0538、2.0606、2.2014、2.2087、2.2289、18.6年的基本周期^[21]。由此衍生的周期有3.1、3.34、4.1、4.9、5.5、5.57、9、9.2、9.3、9.5、9.9、9.98、10、11、11.137、18.6、、19.96、22、22.3、27、29.95、30、33、44、54、55、55.7、55.8、60、77、90、110、179.6、182.4、186、200、205、220年，与75项气候现象循环的记录有很好的对应性，与潮汐周期相同的有66项，占88%，表明潮汐是影响气候现象循环的主要因素。

表1 太平洋十年涛动51-56年准周期（杨冬红，2009）

          Table 1  51-56acycle by PDO

2002年郭增建提出“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40^o范围内的8.5级和大于8.5级的海震^[10]。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。

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1978-2003年PDO“暖位相”发生0次，在2004-2012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^[12，24]。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。

表2  1890年以来特大地震和PDO冷位相对应关系

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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^{[14，25，26]}。

拉马德雷冷位相时期是全球强震的集中爆发时期和低温期

规律和实践证明，拉马德雷冷位相时期是全球强震的集中爆发时期和低温期。2000年进入了拉马德雷冷位相时期，2000-2030年是全球强震爆发时期。拉马德雷冷位相前17年是全球大于等于8.5级的地震集中爆发时期，2000-2018年强震频发的趋势值得关注。

数据分析和机制论证表明，强潮汐和强震所造成的海洋振荡是导致气候变冷的重要原因，海洋底层低温的存在是其“冷能”调温的客观基础。地震和气候是相互影响的，这对地震和低温的预测研究有重要意义。在2000-2030年PDO冷位相强震和低温事件可能频发。

2004年、2005年、2007年苏门答腊三次8.5级以上强震和2009年9月30日南大洋萨摩亚群岛8级地震海啸，2009年12月至2010年2月强潮汐组合，是2010年初低温暴雪袭击北半球的前兆和成因，是我们准确预测2009年1月至2010年1月低温冻害事件的两个根据^[27]。

从表3中可以看到一个明显的规律：从拉马德雷暖位相转到冷位相，飓风为高活动期，从拉马德雷冷位相转到暖位相，飓风转入低活动期，飓风产生于海洋表面高温，最终导致深海冷水上翻，海洋表面降温，其物理机制也很明显。1995-2030年是拉马德雷从暖位相转入冷位相，飓风活动正进入高活动期^[6]。

一个可以检验的变化模式是：全球变暖导致海洋表面温度上升——海洋表面温度上升导致飓风强烈——飓风搅动海水使底层冷水上翻海洋表面温度下降——海洋表面冷暖变化导致大气环流变化——大气环流变化导致东、中、西太平洋海平面变化——海平面变化导致地壳均衡形成强震周期——深海强震搅动深海冷水使海洋表面进一步变冷全球灾害频发——全球气候变冷导致飓风减弱——飓风强震减弱海洋表面温度增加。这是一种理想的全球气候自调节过程。拉马德雷冷位相与全球低温、强震、强飓风、强台风、世界流感大流行（与低温有关，都发生在厄尔尼诺年，2008年可能发生厄尔尼诺^[8]）、世界经济长波上升期一一对应。这表明，构造运动与气象变化相互影响。

表3 太平洋十年涛动（PDO）、低温、流感大流行、飓风、地震等对比

Table 3 Contrastamong low temperature, Pandemic Influenza, Pacific Decade Oscillation,strongest earthquake and hurricane.

注：1888-1889年、1899-1900年和1976年为厄尔尼诺年，1889-1890年、1900年和1977年为流感爆发年。？表示预测。太阳黑子周期为9年-13年。沙尘暴资料引自文献[20][21]，厄尔尼诺、拉尼娜、低温资料引自文献[22]，太阳黑子资料引自文献[23][24][25]，流感资料引自文献[26]，世界经济长波资料引自柳剑平等人网上文章[27]。

中国科学院寒区旱区环境与工程研究所蓝永超研究员根据代表黄河上游流域径流动态变化的唐乃亥水文站1920年至2004年的径流系列统计资料，以及此间数十个气象站四十余年的降水观测数据得出结论，从上世纪二十年代初到九十年代，黄河大体上经历了五个枯水期和四个丰水期。每个丰、枯水期段持续的时间长短不一，枯水期持续时间为四至十五年，平均为九年；丰水段持续时间为七至十四年，平均为九点二五年。黄河上游每个丰、枯水周期平均持续时间基本相同，一个完整的丰枯循环周期大约在十八年左右^[9]。

表4  月亮赤纬角、黄河水量变化、旱涝年对比

Table 4 Contrastamong drought, Pacific Decade Oscillation，strongestearthquake and moon’s declination

18.6年是典型的潮汐周期，月亮轨道与地球赤道之间的夹角称为月亮赤纬角，最大值为28.5度，最小值为18.5度，变化周期为18.6年。郭增建等人在1991年提出月亮潮迫使地球放气的观点，当月亮赤纬角最小时，它的直下点远离中国主大陆，所以在主大陆引起的地壳鼓起就小，因之地下放出的携热水汽就少，这样就不易诱使热带气团与高纬冷气团在中国大陆上相碰，因之雨量减少，会形成干旱，历史上，月亮赤纬角最小时的1941-1943年（河南大旱）、1959-1960年（山西大旱）、1977-1978年(山西、长江中下游大旱)、1995-1997年（华北、辽宁、吉林等地连续4-5年大旱）中国北方都发生了大旱^[10]；月亮赤纬角最大时的1932年（松花江大水）、1933年和1935年（黄河特大水）、1951年（辽河大水）、1969年（松花江大水）、1986年（辽河大水）中国北方都发生了大水(见表2)^[11]。

我们的研究结论是，强潮汐不仅影响大气潮、海洋潮，而且影响地球固体潮和岩浆潮。大气环流、海洋环流、地震火山活动是相互影响的^{[3，5，7，11，12]}。三个月亮赤纬角变化周期，对应三个黄河枯水期与丰水期转换期，对应一个拉马德雷冷暖位相交替周期，对应一个8.5级以上大震强烈与减弱变化周期。这种55.8年的一一对应关系，表明天文变化、气象变化与地质变化的一一对应性，以及准60年变化周期中月亮赤纬角变化所起的主要作用。

拉马德雷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；拉马德雷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。

李宪之教授特别提出，越赤道气流是影响全球气候异常的关键原因^[13]。月亮赤纬角最大值与最小值的变化和地球自转形成潮汐高潮在南北半球昼夜南北震荡^[12，14]，恰恰就可以影响南北半球气流和海流的相互交换，影响赤道辐射带在赤道南北的震荡幅度。

我们在2008年发表的期刊论文中指出，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[20]，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。

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。

我在2014年1月4日指出，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。

1947-1976年拉马德雷冷位相时期中，1959-1960年月亮赤纬角最小值导致了中国高温干旱和雾霾，1960年5月22日智利发生了近百年来最强的9.5级地震。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。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-573747.html

我们在2008年指出，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2004-2007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[1]。

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

月亮赤纬角最大值形成大气和海洋潮汐南北震荡的最大振幅（南北纬28.6度之间），形成赤道和两极最强烈的冷热交换，导致赤道和低纬度地区变冷，两极和高纬度地区变暖；月亮赤纬角最小值形成大气和海洋潮汐南北震荡的最小振幅（南北纬18.6度之间，比最大值减少了三分之一还强），形成赤道和两极最微弱的冷热交换，导致赤道和低纬度地区变暖，两极和高纬度地区变冷。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-864772.html

2014-2016年月亮赤纬角最小值导致2014-2016年连续三年创最热年新纪录，高温、干旱、雾霾等极端暖事件连续发生。

2023-2025年月亮赤纬角最大值将导致极端冷事件频繁发生。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-864772.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-949780.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-905236.html

参考文献

Keeling CD, Whorf T P. The 1800-year oceanic tidal cycle: A possible cause of rapidclimate change [J]. PNAS, 2000, 97(8): 3814-3819

E. 布赖恩特. 气候过程和气候变化[M]. 刘东生, 等译. 北京:科学出版社,2004: 11

郭增建. 海洋中和海洋边缘的巨震是调节气候的恒温器之一[J]. 西北地震学报. 2002, 24(3): 287

杨冬红, 杨学祥.澳大利亚夏季大雪与南极海冰三个气候开关. 地球物理学进展, 2007,22(5): 1680-1685.

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

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[J]. 地球物理学进展, 2014, 29(2): 610-615.

杨学祥, 杨冬红. 全球进入特大地震频发期. 百科知识2008.07上,《百科知识》2008/07上, 8-9.

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。“拉马德雷”冷位相时期的全球强震和灾害。西北地震学报。2006，28（1）：95-96

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多洋盆海温同步与异步变化引起的多年代际全球变暖加速与减缓研究获进展

2017年06月14日14:42 中国科学院网站

  20世纪以来，尽管大气中温室气体的浓度一直在持续不断增加，全球平均近地表温度却呈现出明显的多年代际变化，类似一个“渐进上升的阶梯”，包括：20世纪早期较弱的全球变暖、20世纪中期较强的全球冷却、20世纪后期的全球快速增温以及21世纪早期的全球变暖“减缓”。当前的全球变暖“减缓”现象受到了广泛的关注，并在科学界引起了很大的争议。而对于20世纪全球平均近地表温度在多年代际时间尺度上的增暖—冷却—增暖现象的原因，至今还不是很清楚。此外，考虑到海洋对全球变暖的重要影响，不同洋盆海温的变化对全球变暖加速和减缓的贡献也亟待弄明白。

　　最近，中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室（LASG）黄刚团队（第一作者为其博士生姚帅磊）以及澳大利亚气象局资深研究员罗京佳和LASG高工王鹏飞研究发现：多洋盆海温同步与异步变化的“净效应”，主要引起了20世纪以来的两次全球变暖加速和减缓事件。此外他们还进一步指出：在多年代际时间尺度层面，深化理解全球变暖加速期和减缓期不同洋盆海温间同步与异步变化的复杂原因（包括各洋盆海温对温室气体增加的响应，气候自然变化，以及各洋盆之间的相互影响等），有助于改进百年尺度上全球变暖率的预估精度，从而更好地帮助实现2015年12月巴黎气候协定1.5度阈值的目标。

相关研究结果于6月12日在《自然-气候变化》（NatureClimate Change）期刊在线发表。

　　文章链接

　　图1：全球平均近地表温度的多年代际变化，包括：20世纪早期的全球变暖、20世纪中期的全球冷却、20世纪后期的全球快速增暖和21世纪早期的全球变暖减缓。

　　图2：观测和模拟的全球平均近地表温度和全球陆地平均气温的趋势。（黑色方框表示观测趋势值；各颜色柱状图分别表示全球大洋和各个洋盆海温的贡献，Glb：全球海温；TPO：热带太平洋；NPO：北太平洋；TAO：热带大西洋；NAO：北大西洋；SOC：南大洋；TIO：热带印度洋）。

http://news.sina.com.cn/o/2017-06-14/doc-ifyfzhpq7006232.shtml