从山火频发到降水新纪录：关注球面能量对流

              杨学祥，杨冬红（吉林大学）

        关键提示：2018年11月8日以来的加州山火可以作为一个典型的点源能量喷发，所形成的大气对流导致2019年降水异常。山火热流上升到高层，并流向球面对称点，变冷后在低层流回美国，导致极地冷空气趁势而入，冷暖空气交汇，形成美国降水异常增多：从2018年5月1日到2019年4月30日，较低的48个州平均降水量都达到了约919.48毫米，比平均值高约158.75毫米。加州山火是这场气象灾害产生的动力。

相关报道

厄尔尼诺？美国遭受124年记录中最糟糕12个月，雨水太多有点反常

原创环球科学猫昨天

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地球的气候变化，不仅是局部区域，而是全球性的状态，根据美国宇航局（NASA）科学报告显示，美国大陆遭受到了124年记录之中最糟糕的12个月，强降雨已经让美国干旱情况完全改变了。这是与厄尔尼诺有关吗？当然我们并不能这样的认为，只能说气候的改变确实太强了，从2018年5月1日到2019年4月30日，较低的48个州平均降水量都达到了约919.48毫米，比平均值高约158.75毫米。

所以说美国遭受了严重的降雨影响，前期无法说明与厄尔尼诺现象有关，但是后期确实可能与美国爆发厄尔尼诺有关联，根据NASA科学报告指出，之前的纪录（2015年4月至2016年3月）降水量为913.1毫米。根据美国国家环境信息中心的数据，美国10个州在统计的时间段，出现了最潮湿12个月，另外3个州排在前三位。其中许多聚集在大西洋中部和中西部地区。

不得不说美国降雨量已经是“超负荷”的状态，根据美国5月21日干旱监测报的报告显示，仅有2.72％的美国地区连续干旱，是20年来最低水平的记录。自2011年以来，美国加利福尼亚州第一次完全脱离干旱（8年以来）。这不是“喜雨”而是产生了更多的水灾，所以才导致美国大多数地区的干旱没有了，而出现了反常的极端气候。

NASA表示，土壤湿度已经出现了异常，科学家利用水文模型进行土壤监测，因为对农业很重要，从2018年的秋季，美国东部和中西部的大部分地区就非常潮湿，加上登陆的5级飓风迈克尔带来大量的降雨之后， 加利福尼亚州同时受到了大气河流事件和厄尔尼诺现象所影响。对过去一年的极端降水没有任何的缓解，并且可以确定的是，整体降水的长期增加以及我们气候变化中的强降雨事件已经出现多地。

NOAA气候学家Ken Kunkel称，过去12个月的降水模式表明美国大部分地区普遍潮湿，但与未来的预测不符，后者主要在美国北部增加。在2018年发布的第四次全国气候评估中，科学家们报告称，自1901年以来，全国平均年降水量增加了4％，这主要是秋季大幅增加的结果。自1901年以来，美国大部分地区的强降水事件的强度和频率均有所增加……预计21世纪强降水事件的频率和强度将继续增加。

所以说着不仅是牵涉到今年厄尔尼诺现象的影响，更多的是牵涉到了气候的巨变情况，根据气象科学家表示，气候变化可能加剧了降雨，增加刷新纪录的可能性，这个还是有点意外，因为以前的气候从未出现这种现象，而在统计的12个月时间之中，是屡次突破了记录，气候的变化令人担忧，地球已经改变了，还是那句话，这不仅是我们地球局部的改变，而是全球性的。

http://www.yidianzixun.com/article/0M6XUfnE

加州山火之后灾害不断 关注球面能量对流

已有 701 次阅读 2018-11-26 15:22  

加州山火之后灾害不断 关注球面能量对流

美中西部暴风雪 1240多趟航班取消

发布/2018年11月26日 11:02 AM

文/傅慧云

   （早报讯）美国中西部出现暴风雪天气，导致1240多趟航班取消，许多旅客在感恩节周末的最后一天受困机场。

    气象局对东北部的堪萨斯到芝加哥的部分地区，都发出了暴风雪警告。预料降雪量可达15到30公分。

    根据FlightAware网站，到星期天（25日）傍晚，1240多趟进出美国的航班已经取消。当中大多数航班来自芝加哥奥黑尔国际机场和芝加哥中途机场，总数约900趟。堪萨斯城国际机场也取消了近200趟航班。

http://www.zaobao.com/realtime/world/story20181126-910917

问鼎球面大气、海洋和地壳传递能量的方式和特征

目前有关大气、海洋和地壳的能量传递模型都是建立在平面模型之上，事实上，地球是一个球体，地球表面的大气、海洋和固体地壳都是一个球面，球面模型能更准确地反映暴风雪、海啸和地震远距离传播的方式和特征。

研究表明，点源激发的球面大气、海洋和固体地壳震荡在传播过程中的能量密度变化，与单位时间扩散的大圆周长C成反比。设总能量为Q，能量密度为δ，穿过的面积为S=Cl = 2πRlsinφ，l为单位弧长，R为地球半径，φ为圆心角。则有

δ= Q/S = Q/ (Cl) = Q/ (2πRlsinφ)                               (1)

其中，圆心角φ为点源和地心连线与大圆上任一点和地心连线的夹角。同样，在球壳中点源喷射造成的球面对流，也会有扩散、集中、返回的震荡过程（见图5）。

图1  点源激发的大气流动、海洋震荡和地震波传播在球面上的能量密度变化(杨冬红，2009)

由（1）式可知，在φ= 0和φ= π时，能量密度δ为无穷大，在φ= π/2时，即经过地表最大圆时，能量密度δ最小。这就是说，假定大气流动总能量在传播中无损耗，点源及其地心对称点处的能量密度最大（杨冬红, 2009）。

这一模型既可以解释北极大气和海洋等位面下降导致北半球低温暴雪频发和南极大陆沿海异常变暖（通过海冰气候开关效应阻止拉尼娜的发生，使拉尼娜可能夭折），也可以解释震洪链、旱涝链和高温暴雨链的发生原因。同样，这一模型可以解释海啸波动为什么在地震球面对称点的能量最大。

2003年12月23日22时左右，“重庆开县井喷”发生，历时84小时，大约17.5至21百万立方米石油天然气喷入大气中；2004年9月2至5日，开县惨遭200年一遇特大暴雨洪灾，部分地区为500年一遇。2008年5月12日四川汶川发生8 级地震；2009年7月4日地震灾区遭遇“7.14”暴雨洪涝灾害。2013年4月20日四川雅安发生7级地震；7月7日晚至10日，强降雨侵袭四川，成都、雅安、乐山、眉山、德阳、绵阳大部及广元市西部出现了区域性暴雨，都江堰气象站日降水量已超过有记录以来的最大值。2013年8月6日14时，在全国2418个国家级自动监测站中，高温排行前十名全部超过40℃，其中，浙江8个地区榜上有名，浙江余姚的气温更是达到了42.1℃；2013年10月9日），在福建登陆的台风“菲特”，却让浙江东部的余姚受遭受了百年一遇的降雨，70%以上城区受淹，主城区城市交通瘫痪。受灾人口超过83万人。点源喷发导致的大气环流是合理的数学模型，能量在喷发点及其球对称点达到最大值（见图2）。

地球赤道圈的周长为4万公里，地震对称点相距2万公里。北纬49°为美国、加拿大国境线，是卡斯卡迪亚俯冲带的中心。其球面对称点在南纬49°的大西洋上。由于大陆和海岛的阻隔，地震引发的海啸被日本列岛和南太平洋诸岛阻挡，形成了跨越千里的特大灾害事件。日本在卡斯卡迪亚俯冲带的同一半球内，海啸能量和高度不是最大的，在球面波的运动中处于能量的扩散状态，并在1万公里处达到最小值。图1 展示的7500-8000公里距离表明，本次海啸的规模远远小于1960年的智利地震。

1960年5月22日，智利中部太平洋深海沟发生里氏8.3级大地震，产生最大浪高25米的大海啸，海浪以640千米/时的速度横扫太平洋，造成1万多人遇难，沉船几千艘，这是世界上影响范围最广的地震海啸之一。日本也位列其中。因为智利和日本分属于两个半球，智利地震中心位于3..2°S，76.6°W，日本东京位于北纬35°69′—东经139°69′。两者接近为球面对称点，并有连续的海洋链接，达到最远距离（大约为日本到北美地震中心距离的2倍，15000-16000公里）。

2018年11月8日以来的加州山火可以作为一个典型的点源能量喷发，所形成的大气对流如图2a。山火热流上升到高层，并流向球面对称点，变冷后在低层流回美国，导致极地冷空气趁势而入，冷暖空气交汇，形成美国东北部的暴风雪。加州山火是这场气象灾害产生的动力。这样的大气对流也可以根据能量大小，形成图2b的半球循环。

图2 点源喷发在全球壳a和半球壳b中的对流（杨冬红，2009）

相关文献

1. 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[J]。地球物理学进展。2006，21（3）：1023～1027。

Yang Donghong,Yang Xxuexiang, Liu Cai. Global low temperature, earthquake and tsunami (Dec. 26, 2004) inIndonesia[J].Progress in Geophysics, 2006, 21（3）: 1023～1027.

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

Yang D H,Yang D B, Yang X X, The influence oftidesandearthquakes in globalclimatechanges. Chinese Journal of geophysics (in Chinese),2011, 54(4): 926-934

3. 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。YANG Dong-hong, YANGXue-xiang. The hypothesis of the ocesnic earthquakes adjusting climate slowdownof global warming. Progress in Geophysics. 2008, 23 (6): 1813～1818.

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. YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. Studyon the relation between ice sheets melting and low temperature in NorthernHemisphere. Progress in Geophysics. 2014, 29 (1): 610～615.

5. 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, The influence of tides and earthquakes in global climatechanges. Chinese Journal of geophysics(in Chinese), 2011, 54(4): 926-934

6.  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. Yang X X, Chen D Y. Study oncause of formation in Earth’s climatic changes. Progress in Geophysics (inChinese), 2013, 28(4): 1666-1677.

7. 杨冬红. 2009. 潮汐周期性及其在灾害预测中应用[D][博士论文].长春:吉林大学地球探测科学与技术学院.

Yang Dong-hong. 2009.Tidal Periodicity and its Application in Disasters Prediction[D]. [Ph. D.thesis]. Changchun：College of Geo-exploration Science and Technology, Jilin   University.

8. 杨冬红, 杨学祥.2013.a 地球自转速度变化规律的研究和计算模型. 地球物理学进展, 28（1）：58-70。

Yang D H, Yang XX. 2013a. Study and model on variation ofEarth’s Rotation speed. Progress inGeophysics (in Chinese), 28（1）：58-70.

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1146733.html 

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1148356.html 

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1180148.html 

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1180512.html