日食、潮汐、南极海冰：2021年能发生厄尔尼诺吗？

                                  杨学祥，杨冬红

       林振山等人研究发现，日食是形成El Nino和La Nina的原因。他们得出的结论是[12]：

       1.一年内在南或北极连续发生3次或3次以上的日食，则当年一定发生El Nino。

       2.一年内在赤道连续发生3次或3次以上的日食，则当年一定发生La Nina。

       该理论自1999年公布以来，预测2000、2005、2008、2011、2015、2018年为厄尔尼诺年，实况是2002、2006、2009、2015、2018年发生了厄尔尼诺，2012年的厄尔尼诺中途夭折（存在1-2年误差）。

       根据日食-厄尔尼诺系数的负值分布，我们预测2007、2010、2013-2014、2016-2017年将发生拉尼娜，实况是2007、2010-2011年发生了拉尼娜。

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      事实上，日食-厄尔尼诺系数理论提供了基本预测框架，潮汐南北震荡和南极海冰的控制作用也不能忽视。

2021年能否发生中等以上厄尔尼诺事件？

       根据赵得秀教授关于2021-2047年拉尼娜和厄尔尼诺预测，2022年可能发生厄尔尼诺。根据WSG最新提供的1948-2020年日食-厄尔尼诺系数校对值和2020-2040年日食-厄尔尼诺系数计算值，2021年可能发生厄尔尼诺。由于预测存在1-2年误差，2021年有50%的概率发生厄尔尼诺。

表1  赵得秀关于2021-2047年拉尼娜和厄尔尼诺预测

注：日食-厄尔尼诺系数负值为负数两年累加值，日食-厄尔尼诺系数正值为正负系数累加值。极：日食发生在两极。低：日食发生在低纬度。数据来自赵得秀论文集之二：自然灾害散论，2012年2月。

根据WSG最新提供的1948-2020年日食-厄尔尼诺系数校对值和2020-2040年日食-厄尔尼诺系数计算值，可以得出2010-2040年拉尼娜和厄尔尼诺预测的最新结果。 

表2  2010-2040年拉尼娜和厄尔尼诺预测 

注：日食-厄尔尼诺系数负值为负数两年累加值，日食-厄尔尼诺系数正值为正负系数累加值。 

太阳黑子实际变化周期为9-13年，用日食-厄尔尼诺系数预测拉尼娜和厄尔尼诺的发生也有两年误差。必须根据太阳黑子、拉尼娜、厄尔尼诺事件实际发生年份及时矫正，才能准确预测流感暴发的时间。

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       中生代时期，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其巨大的单一陆块，这种轮廓肯定有助于周围大洋中的高效率向极热输送。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[7]。

德雷克海峡海冰的气候开关

图1. 全球气候的三个海冰启动开关示意图

                Fig.1 Sketch map of three sea-ices switches for global climate

      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[8-10]。

       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。

       德雷克海峡的海冰大小控制了太平洋的内循环和外循环，控制了太平洋热能的热输出。检测德雷克海峡海冰变化可发现厄尔尼诺现象发生的前兆：南太平洋外循环加快内循环减慢有利于厄尔尼诺事件的形成；外循环减慢内循环加快有利于拉尼娜事件的形成。

       厄尔尼诺事件的发生是北太平洋积累的热能向南太平洋输送的结果，潮汐南北震荡加快了南北太平洋的热能输送。

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       潮汐组合类型转换具有13.6天周期，即双周循环，这在图2-3中都有明显的表现。晚除此之外，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（见图）。

        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（见图2）。

图2 2020年2月至4月厄尔尼诺指数增速变快，进入厄尔尼诺状态，对应南极海冰2月最小值。

图3 2020年8月至10月厄尔尼诺指数急剧下降，进入拉尼娜状态，对应南极海冰9月最大值。

       2020年2月南极海冰面积达到极小值，德雷克海峡通道扩大导致秘鲁寒流减弱，厄尔尼诺指数处于较高值；此后南极海冰面积不断增大，将在9月达到最大值，使厄尔尼诺指数快速下降。强潮汐加快了这一进程。

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       9月下旬南极海冰面积不断增大，将达到最大值。拉尼娜进入高潮。

      2020年10月南极半岛海冰减少，赤道东太平洋海温上升。此因素导致的拉尼娜高潮已经过去。

图4 南极海冰增加趋势和白令海峡热异常对比：2020年9月25日和2020年12月1日（白色为海冰，红色为热异常）南极半岛海冰比较：2020年10-11月南极半岛海冰减少，赤道东太平洋海温上升，成为拉尼娜减弱的重要因素，导致厄尔尼诺指数从10月末一直上升到11月14日。预计，此次雾和霾天气过程要到17日至18日。下次变冷过程延迟到17-23日。

      10月1-4日气温下降与潮汐组合相符，拉尼娜与潮汐组合逆行，与南极海冰减少有关。2021年2月南极半岛海冰进入极小期，拉尼娜可能向厄尔尼诺转化。

      10月5-6日 气温下降、拉尼娜发展与潮汐组合相符。

      10月17日 气温下降、拉尼娜发展与潮汐组合相符。

      10月末厄尔尼诺指数快速进入今年最低值。

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参考文献

1．  杨学祥. 厄尔尼诺现象的构造基础与激发因素. 西北地震学报, 2002, 24（4）：367-370

2．  杨学祥。预测重大灾害的天文学方法与能量放大器。见：中国地球物理学会编，中国地球物理学会年刊2001。昆明：云南科技出版社。327

3．  杨学祥. 大气、海洋与固体地球的能量交换. 世界地质, 2004, 23(1): 28-34

4．  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

5．  周秀骥, 陆龙骅, 卞林根, 等. 南极与全球气候环境相互作用和影响的研究. 北京: 气象出版社,1996. 1~5, 43~50, 74~85, 132~139, 370~392.

6.   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。