南极半岛海冰、深海巨震和潮汐组合对拉尼娜和厄尔尼诺的影响

                             杨冬红^{1, 2}，杨学祥³

1. 吉林大学古生物学与地层学研究中心, 长春 130026；

2. 吉林大学东北亚生物演化与环境教育部重点实验室, 长春130026；

3. 吉林大学地球探测科学与技术学院, 长春 130026

关键提示：我们在2016年11月17日开始的拉尼娜指数通报的检验结果表明，日食发生在赤道或低纬地区、地球季节性自转变化、南极半岛海冰变化、潮汐组合双周循环、寒潮强弱变化、地震火山活动和飓风台风，对拉尼娜和厄尔尼诺的发展有重要影响，理论预测基本符合实测数据，为厄尔尼诺和拉尼娜预测提供重要的科学数据和依据。由于各种因素的变化周期各不相同，叠加后的效果也大不相同。当大多数因素指向同一趋势时，相关事件就一定发生，至少是极有可能发生。这一结果，请相关部门检验和利用。

2017-2018年拉尼娜和厄尔尼诺的交替将导致全球大震集中发生，冷暖突变是前兆，极端寒流是后效。

关键词：南极海冰；潮汐组合；厄尔尼诺；拉尼娜；多因素周期叠加

正文：

一、潮汐组合影响海温变化的理论计算得到实践证实

潮汐组合类型转换具有13.6天周期，即双周循环，这在图1-2中都有明显的表现。除此之外，两周之内厄尔尼诺指数往往出现两个峰值和两个谷值，即次一级的7天周期。这一周期在气温变化中也有明显的表现。

潮汐不仅有13.6天周期，而且存在7.1天和9.1天周期。1921年杜德生对月亮和太阳引潮力位进行了严格的调和级数展开，在展开中约有90项长周期成分。其中振幅超过这90项长周期振幅之和的0.5%的共有20个，在这20个中就有9天项和7天项。

二、南极半岛海冰对厄尔尼诺和拉尼娜的影响

在短周期的气候变化中，德雷克海峡中的海冰进退控制气候变化的一个可能模式是：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，加强沃克环流及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水减少；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，使部分本应北上的水流转而进入德雷克海峡，造成秘鲁海流变弱和东太平洋表面海水变暖，减弱沃克环流；结果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，称之为南极环大陆海冰的气候开关效应（图1）。

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。

一般规律是，每年2月南极海冰面积达到最小值（对应南半球夏季），赤道太平洋海水变暖；9月达到最大值（对应南半球冬季），赤道太平洋海水变冷。

图1.全球气候的三个海冰启动开关示意图

Fig.1 Sketch map of threesea-ices switchesfor global climate

实例1：2016年9月12-25日南极海冰异常减少导致拉尼娜夭折

受2016年9月22日南极半岛海冰最大面积异常减少的影响，拉尼娜指数也异常增加，从-1跳升到0.4附近，形成最大的数据落差（见图2）。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1077192.html

图2 2016年9月12-25日南极海冰异常减少导致拉尼娜夭折

实例2：2017年2月13日南极海冰面积达历史低点：仅228.7万平方公里，导致厄尔尼诺指数大幅突升

搜狐公众平台 2017-02-1900:04

　　据英国每日邮报报道，目前，美国卫星勘测数据显示，南极洲海冰缩小至历史最低纪录，2月13日海冰面积仅228.7万平方公里，这可能与多年以来人类活动导致气候转暖有关。

　　美国国家雪冰数据中心(NSIDC)勘测数据显示，2月13日海冰面积仅228.7万平方公里，已刷新最新历史纪录，之前1997年2月27日海冰面积达到历史低点，为229万平方公里，南极洲卫星数据最早可追溯至1979年。

美国宇航局指出，南极海冰减少与松岛冰川大面积冰川分解有关，分解的冰川相当于美国曼哈顿大小。NSIDC主管马克-塞瑞兹(Mark Serreze)称，他将利用几天时间进行更多的测量，进一步证实南极洲真实的海冰面积。

http://mt.sohu.com/it/p/126627536_354970

http://tech.qq.com/a/20170218/010405.htm

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1036973.html

图3 2017年2月13日拉尼娜指数接近-0.6，2017年2月17日00时拉尼娜指数为0.794，比13日增速1.4，大幅突升进入上升区间，冲破厄尔尼诺底线，这是南极半岛异常变暖的结果。这次突升震荡持续到2017年3月，是2016-2017年刚刚开始的拉尼娜夭折的主要原因。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1034337.html

实例3：2017年９月１２日南极海冰最大面积为１８０１．３万平方公里，也是１９７９年以来同期最低水平，导致拉尼娜减弱明显

图4 2017年10月14日00时厄尔尼诺指数为-0.293，比10月13日18时的-0.317增速0.024，增速变快，进入上升区间。

2017年8月30日00时的厄尔尼诺指数为-0.118进入峰值。9月8日00时的-0.655进入暂短的谷值，18时被突破。拉尼娜来势汹汹，趋势明显，大大跌过-0.5底线。9月10日00时的-0.875为暂短谷值，11日继续下降，9月12日00时的-0.911进入谷值。9月末南极半岛海冰面积最大值是否异常增大是关键因素。根据9月13-14日潮汐组合，预计9月14日后达到峰值,增幅较大。9月15日06时厄尔尼诺指数为-0.791，进入峰值。9月16日12时厄尔尼诺指数为-0.799，进入谷值。9月18日00时的-0.711进入峰值。9月12日以来，增幅超过0.251，证实预期。预计9月20日前达到峰值，9月21日后达到谷值。实际上，9月20日12时的-0.606为峰值。9月22日00时的-0.649为谷值。25-27日降温将终结此次上升过程，进入谷值后，在28日后继续上升。

事实上，22-25日南极半岛海冰最大值异常减少加速了拉尼娜指数的上升。9月28日到峰值，10月1日达到谷值，2-5日再次飙升。10月5日18时厄尔尼诺指数为-0.052，达到峰值。10月5-6日潮汐组合将使拉尼娜指数进入新的谷值，实测数据为10月8日18时的-0.241，达到谷值，9-12日潮汐组合将使其进入峰值。实测数据为10月10日00时厄尔尼诺指数为-0.182，达到峰值。10月11日拉尼娜指数快速进入下降区间，与降温对应。10月12日12时厄尔尼诺指数为-0.383，进入谷值，显示典型的7天周期。根据18-20日潮汐组合，18日前后进入下降区间。

我们在2017年3月31日指出，2017年9月22日南极海冰最大值的异常减少有利于厄尔尼诺的发生，如果异常增加，将阻碍厄尔尼诺的发展。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1034337.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1042723.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1043000.html

今年３月南极海冰最小面积下降至２０７．５万平方公里，为１９７９年有卫星观测图像以来同期最低。９月１２日南极海冰最大面积为１８０１．３万平方公里，也是１９７９年以来同期最低水平。

http://news.sina.com.cn/o/2017-09-27/doc-ifymkxmh7455382.shtml

http://news.nen.com.cn/system/2017/09/28/020114287.shtml

过去三年的记录表明，2014年9月南极半岛海冰面积异常变大，阻碍了2014年厄尔尼诺的发生；2016年9月南极半岛海冰面积异常变小，阻碍了拉尼娜的发生。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1034337.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1042723.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1043000.html

事实上，2017年9月12-28日南极半岛的徳雷克海峡通道没有被海冰堵塞，导致秘鲁寒流减弱，拉尼娜现象减弱。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1078074.html

9月13-28日南极海冰面积创新低纪录加速了拉尼娜指数的一路飙升，验证了南极半岛海冰的气候开关作用。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1078214.html

2017年9月28日至10月5日南极海冰面积创新低纪录加速了拉尼娜指数的一路飙升，再次验证了南极半岛海冰的气候开关作用。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1080835.html

三、地震火山对厄尔尼诺和拉尼娜的影响

厄尔尼诺与火山地震活动密切相关。对1763年以来的19次强厄尔尼诺事件进行的统计表明，70%以上的厄尔尼诺事件都发生在太平洋地震活动年，特别是1900年以来的7次强厄尔尼诺事件几乎无一例外地全都出现在太平洋地震活动年;70%以上的厄尔尼诺年都为火山活跃年。1990年战淑芸根据地震统计资料得出赤道东太平洋海水增暖的年份全球地震增多的结论。1950~1979年期间，共有15个暖水年，其中12年均发生了8级以上强震，几率高达80%。根据公元前2000～公元1979年重大地震统计结果，在厄尔尼诺年，地中海、土耳其至帕米尔、喜马拉雅东段、东南亚、中国大陆及日本、台湾一带为地震多发区；厄尔尼诺后一年，美洲西部太平洋沿岸一带为地震多发区，与东西太平洋海面反向变化相关。侯章栓等对近百年全球气候变化与外强迫因子信号检测结果表明，火山活动是影响ENSO的最重要外强迫因子。它不但揭示了地球流体、构造活动与气候变化的关系，而且使厄尔尼诺的海底火山说、引潮力说[5和地球扁率变化说得到有力的支持。

火山喷发物到达的高度为1—40 km；持续时间为几星期至10多年。低纬度火山喷发能扩散到全球，在中高纬度保持最大浓度，最后在极冠落下。火山灰减弱太阳辐射，对中高纬度的影响最大。1963年3月印度尼西亚巴厘岛上的阿贡火山爆发，1980年5月美国圣海伦斯火山大爆发，造成次年太阳直接辐射减少量都在15%以上，使北半球平均温度下降。滞后于火山喷发18个月，我国有一个显著的低温期。1951年到1985年，我国东北地区有6个夏季低温冷害年，其中5年都发生在2级以上火山喷发后1－2年。建国以来，最严重的4个夏季低温冷害年为1957，1969，1972，1976年，与厄尔尼诺事件同时发生。低纬度地区火山喷发是厄尔尼诺事件发生的延迟因子。

东太平洋海隆有加拉帕戈斯三合点，中太平洋莱恩群岛一带有活火山分布。太平洋暖池与地幔热气排放相关，海底火山在秘鲁和厄瓜多尔西边海域的加拉帕戈斯三合点和热点喷出会加速厄尔尼诺现象形成。海底火山比大陆火山要强烈得多，平均每年至少有100km3的岩浆溢出海底，释放的热能为4.5×10²¹J。模拟试验表明，冷水下沉和热水上升，都是沿类似热幔柱状的连续通道上下运动，与周围热交换极少，符合刘厚赞等模拟计算结果，即地幔排出的热液会很快覆盖海洋表面。海底探测资料表明，东北太平洋洋脊有两个地热排泄区，位于12~24^oN，110^oW和 40~50^oN，135^oW。大量岩浆由洋脊轴部溢出形成海底火山活动带。1982-1983，1986-1987，1991-1992年3次厄尔尼诺事件形成前这两个地热排泄区（1982-1983年只有其中一个）表层海水均有持续发展的海面水温（SST）正距平区。

证据显示从1964到1987年南方涛动五个最低值和沿东太平洋隆起从20^oS 到 40^oS插入式的地震活动之间相关. 这个地区包含了地球上最广阔的山脉体系之一, 巨大的能源在那里通过海底火山和热液活动释放出来.两个截然不同的现象——厄尔尼诺和地震群——不顾它们无规律的循环速率和周期, 看上去几乎是同时发生的. 同样, Daniel A. Walker (1995) 发现, 在过去最持久的六个厄尔尼诺与最反常的插入式地震活动相一致, 它们在1964到1992年沿东太平洋隆起从15^oS 到 40^oS同时发生. 根据海底火山作用和热液活动,东太平洋隆起从15^oS到 40^oS地区是地球上有据可查的最活跃地区, 在这个地区微小相同的变化或大气压力范围的转移对引发厄尔尼诺的作用是公认的.如果这个地区的热活动没有被海洋覆盖, 这些活动将被认为是引起厄尔尼诺的重要因素。

郭增建（2002）指出，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°范围内的Ms 8.5级和大于Ms 8.5级的海震。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。20世纪4场最强的特大地震在很短的时间内都发生在环太平洋地震带的沿海地区：1952年堪察加地震，1957年阿拉斯加阿留申群岛地震，1960年智利地震，1964年阿拉斯加威廉王子海峡地震，与50-70年代低温期相对应。

郭增建提出的“深海巨震降温说”给出了深海巨震和海表温度变冷的形成机制，是地震影响厄尔尼诺和拉尼娜的理论基础。表5 给出了2018年1月23日阿拉斯加8级地震与1月23-25日拉尼娜指数谷值区有很好的对应关系。

图5 2018年1月23-25日拉尼娜指数谷值区对应23日阿拉斯加8级大地震

四、结论

2018年2月南极海冰可能再次异常减少，这是2017-2018年拉尼娜变弱的主要原因。

我们在2016年11月17日开始的拉尼娜指数通报的检验结果表明，日食发生在赤道或低纬地区、地球季节性自转变化、南极半岛海冰变化、潮汐组合双周循环、寒潮强弱变化、地震火山活动和飓风台风，对拉尼娜和厄尔尼诺的发展有重要影响，理论预测基本符合实测数据，为厄尔尼诺和拉尼娜预测提供重要的科学数据和依据。由于每种因素的变化周期各不相同，叠加后的效果也大不相同。大多数因素指向同一趋势时，相关事件就一定发生，至少是极有可能发生。这一结果，请相关部门检验和利用。

2017-2018年拉尼娜和厄尔尼诺的交替将导致全球大震集中发生，冷暖突变是前兆，极端寒流是后效。

参考文献

1.LiGuoqing.27.3-dayand13.6-dayatmospherictideandlunar forcing on atmosphericcirculation[J]. Adv.Atmos.Sci. 2005, 22:359-374.

2. 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。YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. Thehypothesisoftheocesnicearthquakesadjusting climate slowdown ofglobalwarming.ProgressinGeophysics. 2008, 23 (6):1813～1818.

3. 杨学祥，杨冬红。2014年1-2月潮汐组合与雾霾对应的检验。2014天灾预测学术研讨会议论文集。2014，224-237，万方数据库。

4. 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.YANGDong-hong, YANG Xue-xiang.Studyontherelationbetween ice sheets melting and lowtemperatureinNorthernHemisphere.Progressin Geophysics. 2014, 29 (1): 610～615.

5. 杨冬红，杨德彬。日食诱发厄尔尼诺现象的热-动力机制。世界地质。2010，29（4）：652-657.YangDH,YangDB. Thermal dynamic mechanism of ElNino induced by solareclipse.GlobalGeology(inChinese), 2010, 29 (4):652-657.

6. 杨学祥，杨冬红。2014-2016年月亮赤纬角最小值时期雾霾进入高发期。2013天灾预测总结研讨学术会议论文集。2013，万方数据库。

7. 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. Yang D H,Yang D B, Yang X X, Theinfluenceoftidesandearthquakes in global climatechanges. ChineseJournalofgeophysics(inChinese),2011, 54(4): 926-934

8. 杨学祥，杨冬红。2013年中国雾霾高发的气象原因初探。科学家. 2014, (3):90-91.YANGXue-xiang,YANGDong-hong.MeteorologicalAnalysis of ReasonsCausing China's FrequentSmogWeatherin 2013. Technology andlife. 2014, (3): 90-91.

9. 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.YangX X, Chen D Y. Study oncauseofformationin Earth’s climaticchanges. Progressin Geophysics (inChinese),2013,28(4):1666-1677.

10. 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.YangDH, Yang X X. Australiasnow in summer andthreeiceregulatorsfor El Nino events.ProgressinGeophysics (inChinese),2007,22(5):1680-1685.