研究显示南极海冰创40年新低与热力作用有关：最热年和“臭氧洞漏能效应”

                                                     吉林大学：杨学祥，杨冬红

       今年2月，南极海冰范围为192万平方公里，创下四十年来的最小值。是什么原因让南极海冰范围达到“历史新低”？4月19日，《大气科学进展》以封面文章形式发布了最新研究，中山大学教授杨清华团队、美国纽约州立大学教授刘骥平联合中国极地研究中心副研究员于乐江等科研人员从海冰收支的角度对本次海冰范围最小值事件进行了分析。结果显示，在南半球夏季，热力作用主导了海冰变化；在春季，热力和动力过程共同影响海冰变化。

       南极海冰是极地气候系统的重要组成部分，影响着大气和海洋界面的通量交换，并参与南大洋复杂的大气–海冰–海洋相互作用。近40年来，与北极海冰的快速减少相反，南极海冰范围先呈现出稳定的缓慢增长趋势，随后又迅速减少，2017年夏季海冰范围降到历史最低值。但仅在五年后，这个最低值记录就再次被打破。

       论文第一作者、中山大学大气科学学院博士生王今菲表示，南极海冰在2021年9月初提前融化，并且海冰范围自2022年2月8日开始显著低于平均水平。夏季南极海冰范围异常主要位于西阿蒙森海、东罗斯海、南极半岛西部、北威德尔海和西北印度洋，春季海冰异常主要位于西威德尔海、别林斯高晋海和东印度洋。

     “在夏季，向极的热量输送和表面净热通量异常偏多，导致海冰融化增多。在春季，动力作用导致阿蒙森海海冰向北输送并融化，同时伴随着沿岸海冰厚度降低，而表面净热通量主要融化了威德尔海海冰。”王今菲说。

       2016年全球最热年新纪录

       由于2014-2016年月亮赤纬角最小值和2014-2016年厄尔尼诺事件的共同作用，2014-2016年连续三年创造全球最热年新纪录。大量热能积累在赤道太平洋，通过南大洋向两极输送。这是2017年夏季南极海冰范围降到历史最低值的原因。

     北太平洋对北极的半封闭状态和南太平洋对南极的开放状态是厄尔尼诺事件发生的构造基础，它导致北太平洋海表热能的积累和周期性向南太平洋输送。南极海冰和南太平洋的海温具有明显的相关性，即德雷克海峡冰冻线的季节性北移，关闭了德雷克海峡的”海冰开关”，导致秘鲁寒流的对应增强，是拉尼那事件发生和秘鲁沿海表层水季节性降温的主要原因。2005年2月德雷克海峡的最低温度记录，将使海冰面积增加，减弱南极环流，增强秘鲁寒流，使赤道东太平洋海温降低。

1  南太平洋的内部环流和三大洋外部环流 

       在北半球，由于大陆的阻隔，北太平洋与北极处于半封闭状态，海洋寒流由北极进入太平洋要通过狭窄的白令海峡，流入量受到限制。印度洋北部是欧亚大陆。因此，太平洋和印度洋的北部完全在海洋暖流的控制之下。与此相反，大西洋、太平洋和印度洋对南极而言是完全开放的，特别是南半球环南极大陆强烈的海洋西风漂流，在经过南美洲的德雷克海峡时严重受阻，部分寒流沿南美洲西海岸北上，加强了秘鲁寒流，其规模远大于非洲西海岸的本格拉寒流，形成太平洋北暖南冷、西暖东冷的格局。南半球西风飘流是海洋寒流，北半球西风飘流是北太平洋暖流和北大西洋暖流，这个重大差别是由陆海分布差异造成的。

       西澳大利亚寒流是南半球最弱的海洋寒流，因为太平洋南赤道暖流能够通过阿拉弗拉海进入印度洋，加强印度洋南赤道暖流，减弱西澳大利亚寒流，形成印度洋和西太平洋的高温低压区，与东南太平洋由秘鲁寒流形成的低温高压区组成一个沃克环流。

       赤道附近太平洋上，东部海域海水较冷（寒流影响），使海水上空的气温偏低，气流下沉（近海面形成高压），而东部海域的海水的温度较高（暖流影响），空气受其影响气温偏高，气流上升，近海面形成低压，所以在近海面就形成从高压向低压的风，上空气流方向相反，就形成了环流，这就是沃克环流，它是纬向环流。

       纬向的沃克环流和径向的哈得来环流组合，构成南太平洋的内部循环，其路径是：太平洋的南赤道暖流----东澳大利亚暖流----南中纬度的西风漂流----秘鲁寒流^[1]。

       事实上，印度洋和大西洋都有类似的环流和现象，由于热能相对较少，厄尔尼诺和拉尼娜现象也就不明显。

       太平洋、印度洋和大西洋在北半球是相互封闭的；在南半球是相互连通的，南半球西风漂流带和环南极大陆海流是三大洋热能交换的渠道，构成太平洋的外循环。太平洋有广阔的赤道海域，由此获得的热能通过外循环向外传输。

2  全球海洋环流的热能输送数量估计

       北太平洋通过白令海峡向北极输出的热量为10TW(1TW = 10¹²W),南太平洋向南极输出的热量为1190TW，是前者的119倍。印度洋向南极输出的热量为490TW，而北大西洋输出的热量起源于太平洋，数量超过1000TW，其中向北极输出的热量为260TW^[2]。海洋输送的热量数量为北太平洋向南太平洋的热输出提供了证据。

       地质资料表明, 对第三纪早期的普遍变冷起作用的明显构造事件是巴拿马地峡的封闭，迅速变暖和较长的变冷由轨道参数的周期性所决定。阻挡大西洋赤道暖流进入东太平洋，加强秘鲁寒流，是气候变化的原因。南美洲与南极大陆的分离造成环绕南极大陆强烈的海洋西风漂流带，它阻挡赤道暖流南移，生成南极冰盖并维持其稳定的存在,为全球构造运动影响气候变化提供了证据^{[3 - 5]}。这表明,北太平洋向南太平洋输送热量的波动性是厄尔尼诺事件和拉尼娜事件发生的本质原因,相应的海洋环流在温差积累到一定程度时必然发生。厄尔尼诺发生时，太平洋暖水由东向西，或由西向东，或由中部分别向东向西运动，其实质是北部暖水向南运动。

海洋热输送的数量估计

图1  海洋热输送的数量估计

       如果有某种原因使南半球的西风漂流减弱，或使东南太平洋表面海水增温，就会减弱这一地区的沃克环流，出现南太平洋高压和印度尼西亚——澳大利亚低压同时减弱，甚至相反的情况。这是南方涛动和厄尔尼诺同时出现的原因。

       广袤的赤道太平洋积累了大量太阳热能，通过德雷克海峡通道向大西洋输送热能，最后流向北极；赤道印度洋吸收的太阳热能，通过南大洋流经南极大陆沿海，进入大西洋，最后流进冰洋；他们都加热了两极海冰。 

3  潮汐振荡产生的季节性增暖

       在南美厄瓜多尔和秘鲁沿岸，由于暖水从北边涌入，每年圣诞节前后海水都会出现季节性的增暖现象。海水增暖期间，渔民捕不到鱼，常利用这段时间在家休息。因为这种现象发生在圣诞节(每年12月25日)前后，渔民就把它称为El Nino，音译为“厄尔尼诺”，是西班牙语“圣婴(上帝之子)”的意思。后来科学家发现有些年份海水增暖异常激烈，暖水区一直发展到赤道中太平洋，持续时间也很长，引起当地气候反常，给全球气候带来重大影响。现在，厄尔尼诺一词被气象和海洋学家用来专门指赤道太平洋东部和中部的海表温度大范围持续异常增暖现象^[6]。

       要解释厄尔尼诺事件发生的原因，首先必须说明为什么在南美厄瓜多尔和秘鲁沿岸每年圣诞节前后海水都会出现季节性增暖现象。

       太阳光在冬至点(每年12月21~23日)直射南纬23.5度，即南回归线。南回归线上的海面在白天正午处于潮汐高潮位，北回归线上的海面此时处于低潮位，地球自转半周后, 南回归线上的海面在半夜子时处于潮汐低潮位，北回归线上的海面此时处于高潮位，即高潮位与低潮位在南、北回归线之间往复振荡。这种现象也发生在夏至点（每年6月21或22日）。但是，太阳辐射、太阳风和太阳引潮力在近日点（1月3~4日）达到最大值，分别比在远日点(每年7月2日或3日)增大6%和9%。这使近日点时南北回归线之间的南北潮汐振荡达到最大值，南回归线附近太阳辐射量也达到最大值，变暖趋势明显。特别是从秋分到冬至，日地距离变为最小，太阳引潮力变为最大，半日潮产生的强烈振荡高值区由赤道向南北回归线偏移，形成低纬大洋南升西移北降东移的顺时针昼环流和南降东移北升西移的逆时针夜环流，昼夜反向环流和最大幅度南北振荡加强了冷暖水的混合^[4]。南北回归线之间的东太平洋海面，有北半球的温暖的赤道逆流和南半球的秘鲁寒流。南北回归线之间的最大幅度的南北潮汐振荡使太平洋东部低纬度北半球暖流南移，南半球秘鲁寒流北移，振荡混合后使厄瓜多尔和秘鲁沿岸海水变暖，加强了北太平洋向南太平洋的热输送。这不仅说明了在南美厄瓜多尔和秘鲁沿岸每年圣诞节前后海水都会出现季节性增暖现象的原因，而且给出了暖水从北边涌入的原因。以往许多关于厄尔尼诺事件发生机制的假说不能解释这种季节性增温现象。 

4  德雷克海峡海冰气候开关作用

       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2. 全球气候的三个海冰启动开关示意图

Fig.2 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2）。

       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^[11]。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^[12]。

       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。

       南极海冰的长期趋势变化从70年代到90年代海冰有两个突变，一次发生在1975年底1976年(厄尔尼诺年)初，海冰由偏多迅速转变为偏少，另一次发生在1988年(拉尼娜年)，是海冰由偏少缓慢转向偏多。海冰减少与厄尔尼诺有很好的对应关系^[10]。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。1973年南半球冬季海冰的范围比夏季大大扩展；最小的出现在2月10日，最大的出现在7月16日^[11] (与9月出现最大值的一般情况相比是特殊的异常现象)。与其相关的是，1972年4月~1973年2月是厄尔尼诺事件时期，1973年6月~1974年4月是拉尼那事件时期。对比两者的变化趋势可以看出，南极海冰和南太平洋的海温具有明显的相关性，即德雷克海峡冰冻线的季节性北移，关闭了德雷克海峡的”海冰开关”，导致秘鲁寒流的对应增强，是拉尼那事件发生和秘鲁沿海表层水季节性降温的主要原因。

我们在1999年撰文提出，到达地球的太阳辐射能大约有2%被平流层的臭氧吸收，7%被电离层吸收。当黑子活动高峰发生太阳风暴时，会大量破坏南极臭氧，随之产生“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应”，使被地磁层和臭氧层阻隔的9%的太阳能由平流层进入对流层，导致南极平流层变冷对流层变暖。

2022年3月，两极地区同时异常增温只能用两极臭氧洞异常扩大和臭氧洞漏能效应来解释。

1998年20世纪最热纪录的条件：1997-1998年20世纪最强厄尔尼诺事件，1995-1997年月亮赤纬角最小值，1977-1998年之间没有发生8.5级以上特大地震，1998年南极臭氧洞面积排名第2，1997年北极出现臭氧洞。

2014年、2015年和2016年连续三年最热纪录的条件：2014-2016年连续三年最强厄尔尼诺事件，2014-2016年月亮赤纬角最小值，2013-2016年年之间没有发生8.5级以上特大地震，2015年南极臭氧洞面积排名第4。

2022年3月19日地球两极正在经历异常的极端高温的条件：2020年9月南极出现臭氧洞（面积排序12位），2020年3月北极出现最大臭氧洞。

彗星的轨道是一个偏心率很大的椭圆，受太阳风压力作用，在近日点彗尾最长，在远日点彗尾最短。同样，地球轨道也是一个椭圆，在近日点气尾最长，在远日点气尾最短。这是南极臭氧洞比北极臭氧洞面积大，存在时间长的原因（见图1）。 

     臭氧洞的形成

      1999年我们就撰文就指出，造成南极上空臭氧空洞的“罪魁祸首”是太阳风，而不是通常所认为人类使用的氟利昂。这一观点发表在今年5月份出版的《科学美国人》杂志中文版上。杨教授在论文中指出，有3个因素结合起来使南极臭氧层出现空洞：太阳风的压力使地球南极上空大气层变薄；处于开裂期的地球南半球由于火山爆发释放出大量有害气体破坏臭氧层；太阳高能粒子进入地球大气层后消耗了两极臭氧。 

       臭氧洞的存在和扩大与地球公转轨道有关 

       根据地球公转轨道，秋分（9月22-24日）到冬至（12月21-23日），南极的极昼使太阳辐射对南极最强，产生南极的臭氧洞（或臭氧稀薄区）；春分（3月20-22日）到夏至（6月21-22日，北极的极昼使太阳对北极辐射最强，易产生北极的臭氧洞（或臭氧稀薄区）。其中，2010年冰岛火山的异常喷发规模最大，火山灰集中在北极，降温和破坏臭氧的作用值得关注。由于地球近日点在1月3日或4日，远日点在7月2日或3日，这是南极比北极更容易出现臭氧洞的原因，也是臭氧洞季节性变化的原因。

臭氧洞应该周期性地在南北两极轮流出现。

      事实上，地球南北极都出现过臭氧洞，证实了我们的理论。彗星的轨道是一个偏心率很大的椭圆，受太阳风压力作用，在近日点彗尾最长，在远日点彗尾最短。同样，地球轨道也是一个椭圆，在近日点气尾最长，在远日点气尾最短。这是南极臭氧洞比北极臭氧洞面积大，存在时间长的原因（见图3）。

图 3  太阳风压缩大气层背光流动形成两极地区极昼时臭氧洞（或臭氧稀薄区）和极夜时气尾

     据任振球的研究，木星、土星、天王星和海王星使地球冬至时的公转半径发生相当稳定的准周期变化，与全球尤其北半球气温变化的间隔60年振动相一致。在本世纪初的低温期和60~70年代相对偏冷期，当时（1901和1960年）地球冬至时的公转半径分别延长了94(相当于日地距离的0.6%)和57万km；在30~40年代和80年代后的暖期，地球冬至时的公转半径（1940和2000年）分别缩短了76和44万km。2000~2020年地球冬至时的公转半径由极小值变为极大值，他推测2020年前后全球气候将进入相对冷期。

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      这是2020年地球南北极都出罕见臭氧洞的天文原因。太阳风压缩大气层，背光方向形成气尾，向光方向形成臭氧洞（或臭氧稀薄区）。这是大气异常流动的结果。南极大陆沿海强烈的海洋西风漂流增强南极大气涡旋，增加南极臭氧洞的扩大。    

       两极臭氧洞首先是自然的产物。极夜和极昼的交替，极涡和低温条件，火山灰向极地的集中，臭氧洞在南北两极的轮换，都是自然规律运作的结果，远非人力所能控制。北半球大陆集中，人口稠密，如果《蒙特利尔议定书》的努力只是将臭氧洞从南极迁移到北极，这项成功究竟是福音还是灾难？

地球的气尾和磁尾具有相同的结构，所以地磁场可以保护大气，地磁增强可以使臭氧洞变小，地磁减弱可以使臭氧洞扩大。

      研究表明，20世纪80年代全球迅速变暖与平流层臭氧急剧减少密切相关，而60年代降温与同期平流层臭氧含量增加一一对应。地磁偶极矩近百年来减少5%，与气温变暖和臭氧减少相对应，而60年代地磁偶极矩波动变化。这表明，地磁变化、臭氧变化和气温变化起源于同一变化机制。地磁层阻挡太阳高能粒子进入大气层是强地磁场对应冷气候的原因。

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       与南极每年春季都会出现臭氧洞不同，北极臭氧洞出现频次非常少，基本上10年才会出现一次。2020年春季北极上空的臭氧洞规模达到100多万平方公里，成为史上最大的北极臭氧洞。这次臭氧洞的产生和新冠疫情无关，主要是源自平流层极区异常强大的极涡，极涡隔绝了南北热量和空气交换，在极区低温环境里形成臭氧洞，随着春末极涡的分裂，臭氧洞也随之消失。

北极上一次大规模臭氧洞出现在2011年，当时即引起广泛关注，从国际顶级学术刊物 Nature 和 Science 到街边小报，都报道了当时的北极臭氧洞事件。2020年3月，当再一次更大的北极臭氧洞出现后，Nature 杂志也立即进行了报道，然后……就淹没在新冠疫情的新闻洪流里了。

南极臭氧洞最强数值出现在1994年，臭氧总量数值降低到92DU,而最大面积数值出现在2006年，其面积达到2700万平方公里，2019年仅有900万平方公里，是过去30年的最低值。

一般而言，极区的臭氧总量大概为300多DU（多布森单位），当这一数值低于220 DU时，即可以看做臭氧洞形成。2020年冬季1月25-27日时，极区的臭氧最小值达到187DU，但是持续时间比较短，区域非常小，并没有引起多大的关注。进入3月后，随着平流层维持一个强大的极涡，逐渐形成了规模可观的臭氧洞，其中3月12日臭氧洞中心最小数值达到205DU，这成为这次北极臭氧洞的最低数值，创下了新的历史记录。最鼎盛期，臭氧低值区覆盖面积超过3个格陵兰岛，臭氧洞面积达到100万平方公里。

4月23日，随着平流层极涡的分裂，大量中纬度富含臭氧的空气涌入极区，北极臭氧洞随之消失。这个臭氧洞持续了约1个半月，被看作是历史上最大的北极臭氧洞。

南极臭氧洞最强数值出现在1994年，臭氧总量数值降低到92DU,而最大面积数值出现在2006年，其面积达到2700万平方公里，2019年仅有900万平方公里，是过去30年的最低值。

尽管臭氧洞主要出现在南半球，但是北半球也可以出现臭氧洞事件，出现的频率大约为10年一次，在1997年和2011年都出现了较大规模的臭氧洞。

图4 1997年3月，2011年3月和2020年3月，北极地区都出现了臭氧洞。图片来自于https://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/

https://mp.weixin.qq.com/s?src=11&timestamp=1648624535&ver=3707&signature=jwBZKBDI*5E97iBDNY6rHFYqFZdVOBWFX2gkcaA30MxfQBp75v*27INiHgT8lgKbmOqxAZcENc8MUYo3Wu5A2VsAxWacrZZvqIKjAIoU5CFuWy5waTwZtUdT5r2c9BuS&new=1 

太阳风暴对臭氧洞的影响 

2003年10月末，太阳黑子连续爆发产生的太阳风暴袭击了地球。这场罕见的太阳黑子爆发堪称一场天文奇观。

按照11年的太阳活动周期规律，太阳活动达到顶峰后会回落，在第23号的十一年周期中，太阳周期的高峰在2000年左右，其后应该进入削弱期。但是，此次太阳却异常爆发了，在2003年10月和11月，太阳黑子不寻常地连续产生巨大的太阳风暴袭击了地球，这就像在非龙卷风季节刮起了一场巨大的龙卷风。

根据文献记载，此前最严重的一次日冕喷发现象发生在2000年4月，不过那次太阳磁暴产生的气体和尘埃并没有直接袭向地球。而此次太阳磁暴过程中，有将近100亿吨的物质被抛向地球，“儿玉”通信卫星一度通讯中断就是因为这次太阳风暴。风暴引起的地磁暴，导致瑞典南部城市马尔默停电一小时，约两万个家庭受影响。

天文学家证实，2003年11月4日的太阳爆发是天文史上最强烈的一次，NOAA监测太阳的GOES卫星X射线探测器一度饱和，指针一直指向最高值。此次太阳爆发喷射而出的冠状物以大约每秒2300千米的速度离开太阳表面，向太空抛射了数十亿吨的超热气体，冲向地球的仅仅是其中一小部分。

https://www.cdstm.cn/popularize/tgtw/201806/t20180606_795936.html

根据表1，2003年发生了面积第3位的最大南极臭氧洞。2003年最强太阳风暴证实了我们提出的观点：太阳风暴破坏臭氧层。

http://202.84.17.73/st/htm/20001005/147625.htm

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-257912.html

由美国宇航局的太阳动力学观测卫星于2011年2月14日拍摄，呈现了5年来最猛烈的太阳耀斑，太阳中部的黑子是此次耀斑的源头。

　　新浪科技讯 北京时间6月9日消息，美国宇航局的太阳动力学观测卫星观测到5年来最猛烈的太阳辐射大爆发，抵达地球后可引发中度地磁暴，影响卫星通讯和地球上的电力供应。根据太阳动力学观测卫星的观测，除了一次小型辐射风暴外，此次太阳爆发还伴随一次耀斑以及一次日冕物质喷发。

　　美国国家气象局空间天气预报中心项目协调人比尔·穆塔夫表示：“这一次的大爆发非常具有戏剧性。”他指出中型太阳耀斑在6日美国东部时间凌晨1点41分(格林威治标准时间的凌晨5点41分)达到峰值。“我们最初观测到的耀斑规模并不大，在随后出现的喷发过程中，我们观测到高能粒子辐射以及大规模日冕物质喷发。你能观察到从太阳表面喷出的所有物质，景象非常壮观。”

　　穆塔夫指出，空间天气分析人员正密切关注此次太阳爆发，以确定是否导致太阳与地球之间发生磁场碰撞。日地距离在大约1.5亿公里左右。他在接受法国媒体采访时说：“我们的部分工作是进行监视同时确定此次太阳爆发的物质是否飞向地球，因为喷射的物质基本上都是气体并且带有磁场。在一两天时间内，我们将看到太阳喷射的一些物质对地球产生影响，形成地磁暴。我们并不认为这将是一次非常剧烈的地磁暴，但强度还是可以达到中等水平。”

空间天气预报中心表示，此次太阳爆发将在8日引发小型到中型地磁暴，大约从格林威治标准时间的18点开始。任何地磁暴活动都将在24小时内结束。国家气象局说：“太阳辐射风暴中存在大量高能质子，这种类型的活动自2006年12月以来还是第一次观测到。”

宇航局表示，在8日晚上和9日，极地地区还可能观察到北极光和南极光。

https://tech.sina.com.cn/d/2011-06-09/07475626628.shtml

事实上，2011年太阳风暴导致了2011年出现了较大的北极臭氧洞和南极臭氧洞。南极臭氧洞面积在1993-2020年28年中排位第8。

2006年12月初连续爆发的太阳耀斑对我国的短波无线电信号传播造成严重影响，短波通信、广播等电子信息系统发生大面积中断或受到较长时间的严重干扰。12月13日北京时间10时40分前后，太阳又爆发一次大耀斑，广州、海南、重庆等电波观测站的短波探测信号从10时20分左右起发生全波段中断，直至11时15分以后才逐步出现信号，13时30分以后基本恢复正常。

2006年太阳耀斑和南极寒流的共同影响，导致南极臭氧洞面积最大，排在第1位。

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1331151.html

1998年4月底至5月，太阳风暴不断。在此期间，多颗飞行器发生异常或者失效，最显著的是银河Ⅳ号通讯卫星的失效，它造成美国80％的寻呼业务的损失，无数的通信中断，并使金融交易陷入混乱。

https://www.chinanews.com.cn/cul/2011/03-09/2893113.shtml

1998年的太阳风暴与1998年南极臭氧洞面积排序第2位对应。

2008年12月美国宇航局(NASA)宣布发现磁气圈破了个大洞，比地球宽四倍且还在扩大中。外层空间射向地球的各种有害粒子将更直接的冲击到自然万物和人类社会，过去已经发生过几次。

https://dili.chazidian.com/s13527/

这是2008年南极臭氧洞面积排名第5位的原因。 

表1显示，南极臭氧洞面积最大的前8名都受到较强太阳风暴作用，其中2003年最强烈，2006年、2015年、1998年、2008年和2011年次之。

表1 臭氧洞、太阳活动、异常寒流、月亮赤纬角极值、最热年、厄尔尼诺和拉尼娜对比 

http://finance.ifeng.com/a/20150825/13931633_0.shtml

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-991473.html 

“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应” 

我们在1999年撰文提出，到达地球的太阳辐射能大约有2%被平流层的臭氧吸收，7%被电离层吸收。当黑子活动高峰发生太阳风暴时，会大量破坏南极臭氧，随之产生“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应”，使被地磁层和臭氧层阻隔的9%的太阳能由平流层进入对流层，导致南极平流层变冷对流层变暖。收缩的平流层自转变快，膨胀的对流层自转变慢，这是赤道高空风产生的一个原因。

正X射线,γ射线和紫外线,大约占太阳辐射光谱总能量的9%.在80～400km高度范围的电离层,γ射线和X射线被N₂和O₂/O₃所吸收,在15～55km高度的臭氧层,99%的紫外线被O₃所吸收.即在地球磁层、大气层和臭氧层被破坏的时候,到达生物圈的太阳辐射能将增大9%,造成地表温度的大幅度波动.与此同时,到达地表的γ射线、X射线和过量紫外线将造成大规模的生物灭绝.这就是臭氧洞漏能效应.

http://cpfd.cnki.com.cn/Article/CPFDTOTAL-ZGDW199910001191.htm

https://www.doc88.com/p-4317663607230.html

https://www.docin.com/p-344676587.html

近年来，全球暖化的问题一直沸沸扬扬。南极和格陵兰的冰盖都被视为海平面上升的关键因素。这里的冰盖说是宏观方面，指连续覆盖5万平方公里的大陆冰川。层级如下：冰盖-冰帽—冰原—冰川—冰架—海冰。日前有研究指出，南极洲海冰面积从2014以来急减，突然从历史最高点跌至历史最低点，令科学家困惑不已。

据英国《每日邮报》报道，美国太空总署（NASA）周一发表研究报告，称南极洲海冰面积在2014年创下40年新高，到2017年一路缩水至40年新低。过去4年消失的海冰面积已追上北冰洋过去34年内失去的海冰面积。锐减原因仍不清楚，但恐怕会影响极地的生态系统。

南极洲包括南极大陆及其周围岛屿，总面积约1400万平方公里。研究报告显示，团队通过NASA和军方卫星的微波测量，建立至今关于海冰覆盖面积（不含厚度）的最精确描绘。数据显示，在1979至2014年间，南极洲海冰面积一直在扩大。2014年海冰平均为490万平方英里（1270万平方公里），达到有史以来最高点。

但到2017年，南极洲海冰的面积锐减到410万平方英里（1060万平方公里），短短3年间，缩减了210万平方公里。虽然海冰在2018年略有增加，但仍然是自1979年以来的第二低。而到了2019年5月和6月的水平是有史以来的最低水平，超过了2017年。

负责研究的NASA女科学家Clarie Parkinson表示：“海冰对地球气候极其重要，能反射70%的太阳光，但海冰的消失会令海水温度上升，导致全球暖化更严重，恐影响极地生态，包括企鹅、鲸鱼等海洋动物和植物。”

https://www.360kuai.com/pc/91dc46549a2d17334?cota=3&kuai_so=1&sign=360_57c3bbd1&refer_scene=so_1

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1198727.html

表2  1999-2012年南极海冰变化与厄尔尼诺事件

注: 2014年海冰平均为490万平方英里（1270万平方公里），达到有史以来最高点。2017年，南极洲海冰的面积锐减到410万平方英里（1060万平方公里），短短3年间，缩减了210万平方公里。虽然海冰在2018年略有增加，但仍然是自1979年以来的第二低。而到了2019年5月和6月的水平是有史以来的最低水平，超过了2017年。

http://blog.sina.com.cn/s/blog_bd64c19e0101ihif.html

http://weather.news.qq.com/a/20140109/012127.htm

http://roll.sohu.com/20140718/n402426913.shtml

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-864190.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-865043.html

表1-2显示，2015年南极臭氧洞的面积排序在1993-2020年28年中为第4名，臭氧洞的面积达到25.6百万平方公里，根据臭氧洞漏能效应，大量高能太阳粒子通过臭氧洞进入南极，导致南极海冰融化在2017年达到最大值。

2018年南极臭氧洞的面积排序在1993-2020年28年中为第14名，臭氧洞的面积达到22.9百万平方公里，进一步导致2019年5月和6月的水平是有史以来南极海冰面积的最低水平，超过了2017年。

我们在1999年提出的臭氧洞漏能效应被实践证实。根据拉马德雷周期，2022-2035年南极海冰面积将逐渐增大，并达到新的峰值。 

两极异常变暖与两极臭氧洞异常扩大有关 

据物理学家组织网（Phys.Org）2022年3月19日报道，题为“南极洲和北极分别比正常温度高出40 ℃和30 ℃（Hot poles: Antarctica, Arctic 40 and 30 degrees Celsius above normal）。”报道称与此同时，地球两极正在经历异常的极端高温，南极洲部分地区比平均温度高出70度（40℃），北极部分地区比平均温度高出50度（30 ℃）。

随着南极洲接近秋季，该地区的气象站周五（2022年3月18日）打破了记录。根据极端天气记录追踪者马克西米利亚诺·赫雷拉（Maximiliano Herrera）的推特消息，高2英里(3234 m)的肯考迪娅站（Concordia station）温度为10度（-12.2℃），比平均温度高70度（40 ℃），而更高的沃斯托克站（Vostok station）温度为0度（-17.7℃）以上，比其历史记录高出27度（15℃）。

沿海的特拉·诺瓦基地（Terra Nova Base）温度远高于冰点，为44.6度（7 ℃）。

使美国科罗拉多州博尔德市美国国家冰雪数据中心（National Snow and Ice Data Center in Boulder, Colorado, USA）的官员大吃一惊,因为他们关注北极温度,它比平均温度高50度,在北极（North Pole）地区周围接近或处于熔点,这在3月中旬是不寻常的,该中心冰科学家沃尔特·迈耶（Walt Meier）说。

沃尔特·迈耶周五（2022年3月18日）晚上告诉相关媒体记者说：“它们是相反的季节。你不会看到南北(两极)同时融化。这绝对是一件不寻常的事。”沃尔特·迈耶补充道:“这非常令人震惊！”

最近刚从南极考察回来的美国科罗拉多大学（University of Colorado）的冰科学家泰德·斯坎博斯（Ted Scambos）说：“哇！我在南极从未见过这样的事情。”

美国威斯康辛大学（University of Wisconsin）气象学家马修·拉扎拉（Matthew Lazzara）说:“当你看到这种事情发生时，这不是一个好迹象。”

马修·拉扎拉监测了东南极洲圆顶C-ii（East Antarctica's Dome C-ii）区的温度，周五记录了14 度(-10℃)，而正常情况下是-45 度(-43 ℃):“这种温度应该在1月份出现，而不是3月份。那里的一月是夏天。这是戏剧性的。”

马修·拉扎拉和沃尔特·迈耶都表示，在南极洲发生的事情可能只是一个随机的天气事件，而不是气候变化的迹象。

但如果这种情况再次或反复发生，而且是全球变暖的一部分，那么就可能需要担心，他们说。也有媒体对南极暖流有报道。

根据美国缅因大学（University of Maine）的气候再分析仪(Climate Reanalyzer)基于美国国家海洋大气管理局(U.S. National Oceanic Atmospheric Administration)的天气模型，周五整个南极大陆的温度比1979年至2000年之间的基准温度高了约8.6度(4.8 ℃)。沃尔特·迈耶说，在已经变暖的平均气温上上升8度是不寻常的，就像整个美国比正常温度水平高了8度一样。

与此同时，周五的北极整体气温比1979年至2000年的平均气温高6度(3.3 ℃)。

相比之下，世界整体气温仅比1979年至2000年的平均气温高1.1度(0.6 ℃)。从全球来看，1979年到2000年的平均气温比20世纪的平均气温还要高0.5度(0.3 ℃)。

沃尔特·迈耶说，南极变暖的真正怪异之处在于，除了其脆弱的半岛以外，南极大陆的变暖程度并不高，尤其是与全球其他地区相比。

据冰雪数据中心报道，南极洲在1979年创下了夏季海冰面积最低的记录，2月底的海冰面积缩小至74.1万平方英里(约190万平方公里)。

沃尔特·迈耶说，可能发生的情况是“一条巨大的大气河”从太平洋向南泵入温暖潮湿的空气。

2021年12月14日有报道称，北极的变暖速度是全球其它地区的两到三倍(which has been warming two to three times faster)，被认为容易受到气候变化的影响，温暖的大西洋空气正从格陵兰岛(Greenland)海岸向北移动。

Last month was hottest January on record, US scientists say(February 13, 2020)

https://blog.sciencenet.cn/blog-212210-1330269.html

两极地区同时异常增温只能用两极臭氧洞异常扩大和臭氧洞漏能效应来解释。

1998年20世纪最热纪录的条件：1997-1998年20世纪最强厄尔尼诺事件，1995-1997年月亮赤纬角最小值，1977-1998年之间没有发生8.5级以上特大地震，1998年南极臭氧洞面积排名第2，1997年北极出现臭氧洞。

2014年、2015年和2016年连续三年最热纪录的条件：2014-2016年连续三年最强厄尔尼诺事件，2014-2016年月亮赤纬角最小值，2013-2016年年之间没有发生8.5级以上特大地震，2015年南极臭氧洞面积排名第4。

2022年3月19日地球两极正在经历异常的极端高温的条件：2020年9月南极出现臭氧洞（面积排序12位），2020年3月北极出现最大臭氧洞。 

结论 

科学家称地球磁场在过去200年中已减弱了15%。

到达地球的太阳辐射能大约有2%被平流层的臭氧吸收，7%被电离层吸收。当黑子活动高峰发生太阳风暴时，会大量破坏南极臭氧和地磁层，随之产生“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应”，使被臭氧层和地磁层阻隔的9%的太阳能由平流层进入对流层，导致两极平流层变冷对流层变暖。

地球的气尾和磁尾具有相同的结构，所以地磁场可以保护大气，地磁增强可以使臭氧洞变小，地磁减弱可以使臭氧洞扩大。

数据显示，在1979至2014年间，南极洲海冰面积一直在扩大。2014年海冰平均为490万平方英里（1270万平方公里），达到有史以来最高点。但到2017年，南极洲海冰的面积锐减到410万平方英里（1060万平方公里），短短3年间，缩减了210万平方公里。虽然海冰在2018年略有增加，但仍然是自1979年以来的第二低。而到了2019年5月和6月的水平是有史以来的最低水平，超过了2017年。

据物理学家组织网（Phys.Org）2022年3月19日报道，题为“南极洲和北极分别比正常温度高出40 ℃和30 ℃（Hot poles: Antarctica, Arctic 40 and 30 degrees Celsius above normal）。”报道称与此同时，地球两极正在经历异常的极端高温，南极洲部分地区比平均温度高出70度（40℃），北极部分地区比平均温度高出50度（30 ℃）。

这与频繁出现的南极臭氧洞有关，臭氧洞面积在2015年、2018年、2020年分别为第4位、第14位、第12位。

两极地区同时异常增温只能用两极臭氧洞异常扩大和臭氧洞漏能效应来解释。

1998年20世纪最热纪录的条件：1997-1998年20世纪最强厄尔尼诺事件，1995-1997年月亮赤纬角最小值，1977-1998年之间没有发生8.5级以上特大地震，1998年南极臭氧洞面积排名第2，1997年北极出现臭氧洞。

2014年、2015年和2016年连续三年最热纪录的条件：2014-2016年连续三年最强厄尔尼诺事件，2014-2016年月亮赤纬角最小值，2013-2016年年之间没有发生8.5级以上特大地震，2015年南极臭氧洞面积排名第4。

2022年3月19日地球两极正在经历异常的极端高温的条件：2020年9月南极出现臭氧洞（面积排序12位），2020年3月北极出现最大臭氧洞。

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       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。研究显示南极海冰创40年新低与热力作用有关，是最热年和“臭氧洞漏能效应”共同作用的结果。

参考文献1

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3．  L. A. 费雷克斯. 地质时代的气候. 北京: 海洋出版社,1984. 315, 244

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6．  中国气象局国家气候中心。’98中国大洪水与气候异常. 北京: 气象出版社, 1998. 92~101

7．  Frakes, L. A., 1979. Climates throughout geologic time. Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam—Oxford—New York, pp. 182, 192, 200, 223, 315.

8．  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

9．  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

10． 杨学祥.  地球流体的差异旋转与气候变化. 自然杂志. 2002, 24（2）: 87－91

11．  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.

12． 任振球。全球变化，北京：科学出版社，1990。24~27，64，72-74，106~109，133~134

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-519056.html 

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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-2277-1173139.html

https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1204080.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1173139.html

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https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1331396.html 

相关报道

研究显示南极海冰创40年新低与热力作用有关 

作者：高雅丽 来源：中国科学报 发布时间：2022/4/19 23:08:15 

      今年2月，南极海冰范围为192万平方公里，创下四十年来的最小值。是什么原因让南极海冰范围达到“历史新低”？4月19日，《大气科学进展》以封面文章形式发布了最新研究，中山大学教授杨清华团队、美国纽约州立大学教授刘骥平联合中国极地研究中心副研究员于乐江等科研人员从海冰收支的角度对本次海冰范围最小值事件进行了分析。结果显示，在南半球夏季，热力作用主导了海冰变化；在春季，热力和动力过程共同影响海冰变化。

       南极海冰是极地气候系统的重要组成部分，影响着大气和海洋界面的通量交换，并参与南大洋复杂的大气–海冰–海洋相互作用。近40年来，与北极海冰的快速减少相反，南极海冰范围先呈现出稳定的缓慢增长趋势，随后又迅速减少，2017年夏季海冰范围降到历史最低值。但仅在五年后，这个最低值记录就再次被打破。

       论文第一作者、中山大学大气科学学院博士生王今菲表示，南极海冰在2021年9月初提前融化，并且海冰范围自2022年2月8日开始显著低于平均水平。夏季南极海冰范围异常主要位于西阿蒙森海、东罗斯海、南极半岛西部、北威德尔海和西北印度洋，春季海冰异常主要位于西威德尔海、别林斯高晋海和东印度洋。

     “在夏季，向极的热量输送和表面净热通量异常偏多，导致海冰融化增多。在春季，动力作用导致阿蒙森海海冰向北输送并融化，同时伴随着沿岸海冰厚度降低，而表面净热通量主要融化了威德尔海海冰。”王今菲说。

       南极海冰的提前和加速消融，可能会对极地气候和生态系统造成巨大影响，对生活在南极地区的企鹅来说，也可能面临巨大灾难。

       据了解，帝企鹅在孵化幼崽时需要恰到好处的海冰厚度，海冰融化的时间提前，导致帝企鹅宝宝浑身沾满泥泞，容易失温死亡。海冰的快速融化，还会导致企鹅宝宝下水时间过早，此时它们还没有换上防水的羽毛，死亡率会更高。“这次期刊封面上形单影只的小企鹅在逐渐消融的冰面上的背影，希望能让大家更加关注南极气候和生态系统正在面临的威胁”。 《大气科学进展》编辑林征表示。

       杨清华表示，本研究仅从局地尺度对本次南极海冰最低值事件进行了初步分析，对于导致这些局地大气和海洋异常的因素还需进一步研究，例如中低纬海温异常与高纬大气环流的遥相关作用、南大洋海洋层结稳定性、自然变率与人类活动的贡献等。

     “同时，2016～2017和2021～2022的南极海冰低值可能预示着南极海冰进入了极端事件频发的新阶段”。杨清华说。

相关论文信息：https://doi.org/10.1007/s00376-022-2087-1

《大气科学进展》论文封面（期刊编辑部供图）

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/4/477563.shtm