四川地震与拉尼娜有关吗？

                                                       吉林大学：杨学祥，杨冬红

关键提示

       青年学者孙丰伟最近指出 ，拉尼娜和厄尔尼诺都会引起海洋环流的变化。拉尼娜导致东太平洋海温低，西太平洋海温高，海洋表面的暖水都吹到了西太平洋，造成西太平洋海面高出正常40厘米左右。厄尔尼诺则相反。海水的东西运动，自然会对地壳造成压力，有可能会诱发环太平洋地震带发生地震。

       2007-2008年发生强拉尼娜，2008年5月12日四川汶川发生8级地震；2020-2022年发生三重拉尼娜事件，2022年9月5日12时52分，四川甘孜州泸定县发生6.8级地震。这是时间巧合，还是必然规律？

  厄尔尼诺和拉尼娜转缓时期东西太平洋地壳的跷跷板运动

在厄尔尼诺现象和拉尼娜现象发生前后, 东西太平洋海面高度分别升降40厘米, 水均衡作用使洋壳反向升降13厘米. 由此形成的东西太平洋地壳跷跷板运动加强了强潮汐对地震火山活动的激发作用.

图1  厄尔尼诺和拉尼娜交替引起的海面升降与太平洋地壳的跷跷板运动（杨学祥等，2004）

如图1a所示, 当潮汐使西太平洋海面增高和东太平洋海面降低时, 西太平洋地壳下降,形成海沟处的消减带, 挤压地下流体上喷形成西太平洋暖池, 或向西部大陆和东部大洋的地壳下流动, 形成岛弧火山和大陆火山; 东太平洋地壳相对抬升, 使东太平洋海隆和沿岸断裂带张开, 岩浆和热气喷出, 形成海底火山, 科里奥利力使断裂引张有利于火山喷发和岩浆侵入.

如图1b所示, 当潮汐使东太平洋海面增高和西太平洋海面降低时, 东太平洋地壳下降, 使东太平洋海隆闭合下降, 挤压地下流体向东部大陆和西部大洋的地壳下流动, 挤压新生大洋地壳向大陆地壳之下运动; 西太平洋地壳相对抬升, 使西太平洋岛弧断裂张开, 岩浆喷出, 形成陆地火山, 科里奥利力使断裂挤压不利于火山喷发和岩浆侵入.

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赤道信风使暖水集中在赤道西太平洋, 冷水集中在赤道东太平洋, 温差为3~9℃,高差为40~60厘米.当厄尔尼诺到来时, 情况发生逆转. 由于地壳均衡原理和水均衡作用, 东西太平洋地壳在拉尼娜事件和厄尔尼诺事件交替中至少分别升降13~20厘米,引发地震活动和火山活动, 由此引发的地壳均衡运动具有东西太平洋地壳反向升降的特点, 与潮汐引起的太平洋地壳“跷跷板运动”完全相同. 季风也会增强跷跷板运动。

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统计表明，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[6]，70%以上的厄尔尼诺年都为火山活跃年[7]。

      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[8]。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[9]。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[10]、引潮力说[5]和地球扁率变化说[11]得到有力的支持。

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      自2016年1月1日起，13天内日本、中国、菲律宾、印度、阿富汗、西印度洋先后发生了6次6级以上地震，集中发生在潮汐组合前后。

2015年发生了仅次于1997-1998年最强厄尔尼诺，亚洲地震频发值得关注。这表明，西太平洋沿海地震带正处于应力调整的关键时期。

超级灾害链进行时

我们在2007年中国首届灾害链学术研讨会论文集上指出，近期科学研究的一系列成果揭示了冷气候、台风、强潮汐、禽流感世界大流行和强震相互对应的规律和物理机制，对气候及其相关灾害的预测有重大科学意义。规律表明，在拉马德雷冷位相时期，全球强震、低温、飓风伴随拉尼那、禽流感伴随厄尔尼诺将越来越强烈。印尼地震海啸发出了自然界对人类的警告：拉马德雷冷位相时期的灾害链已经启动，人们必须有所准备。8年的科研实践正在验证这一理论预测^[1]。

2016-2020年气象灾害、地质灾害和经济灾害进入集中爆发时期，对京津冀地区发展有重大影响，我们称之为气象-地震-经济超级灾害链。

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参考文献

1. 杨学祥, 韩延本, 陈震, 乔琪源. 强潮汐激发地震火山活动的新证据[J]. 地球物理学报, 2004, 47（4）: 616-621.Yang X X, Han Y B, Chen Z, et al. New Evidence of Earthquakes and VolcanoTriggering by Strong Tides. ChineseJournal of geophysics (in Chinese), 2004, 47(4): 616-621.

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. The hypothesis of the ocesnice arthquakesadjusting climate slowdown of global warming.Progress in Geophysics. 2008, 23(6): 1813～1818.

3. 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,YangD B. Thermal dynamic mechanism of El Nino induced by solareclipse. Global Geology(in Chinese), 2010, 29 (4):652-657.

4. 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 influenceoftidesandearthquakes in global climate changes. Chinese Journal of geophysics(inChinese),2011,54(4): 926-934

5. 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 oncause of formationin Earth’s climatic changes. Progress in Geophysics (inChinese),2013,28(4):1666-1677.

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.YangDH, Yang X X. Australia snow in summer and three iceregulatorsfor El Nino events. Progress in Geophysics (in Chinese),2007,22(5):1680-1685.

7. Walker D A. More evidence indicates linkbetween El Ninos and seismicity [J]. EOS,1995, 76(4): 33, 34, 36.

8. 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

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

10. 杨学祥, 杨冬红. 全球进入特大地震频发期. 百科知识2008.07上：8-9.

11. 杨学祥，杨冬红。旱涝周期和海震调温假说的新证据。西北地震学报。2005，27（4）：400，398。

12.杨冬红， 杨学祥. 直面巨灾威胁：气象-地震-经济超级灾害链周期及其预测方法. . 第三届中国防灾减灾之路学术研讨会:纪念唐山抗震40周年暨平安京津冀学术研讨会论文集。 2016:201-208.

2016-中国防灾减灾之路。主编：高建国。出版社：气象出版社出版时间：2016-07-01

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南旱北涝或将持续几年，旱震关系几何

2022年09月06日 13:06 第一财经网作者：孙丰伟

　　短期需要注意“夏秋连旱”和“旱涝急转”两种情况。

　　2022年的这个夏天，重庆北碚只下过三场雨，气温却屡屡登上全国高温排行榜前三甲，且创下了45℃的气温最高极值。长江流域的降水则较常年同期偏少4成，多条支流出现断流，附属湖泊（鄱阳湖和洞庭湖）水位均达到了有实测记录以来的同期最低。

　　南旱北涝

　　近几年，无论是从切身感受还是从新闻报道中我们都能发现，北方暴雨天气渐多，例如2012年7月21日的北京暴雨灾害、2016年7月19日河北邢台暴雨灾害、2021年7月20日河南郑州暴雨灾害、2022年8月17日青海大通暴雨灾害；

　　南方则屡屡出现大旱，比如2006年、2011年、2013年、2019年、2022年，长江流域多次发生旱灾，不少断面出现百年一遇的低水位，鄱阳湖、洞庭湖等地区都出现历年罕见的干旱。

　　今年也是如此。

　　8月12日，中央气象台发布在现行预警系统实行以来的第一次高温红色预警。

　　这是一轮历史性的高温热浪天气，许多城市白天气温40+℃成为常态，甚至一度出现42℃都排不进全国高温榜单前十名的罕见极端情形。综合考虑高温热浪事件的平均强度、影响范围和持续时间，从6月13日开始至今的区域性高温事件综合强度，已达到1961年有完整气象观测记录以来最强。

　　高温不等于干旱，但高温常常加剧干旱。

　　8月18日，中央气象台发布今年首个气象干旱黄色预警。到8月20日，多地存在中度至重度气象干旱、局部特旱，气象干旱黄色预警升级为橙色。8月23日，中国气象局启动干旱四级应急响应。

　　事实上，整个长江流域都在遭遇1961年以来最严重的气象干旱，出现罕见的“主汛期反枯”。

　　8月以来，长江流域东部地区的降水，与当地长期平均降水量相比，减少了80%；长江流域的部分地区，连续无雨日超过了20天，附属湖泊（鄱阳湖和洞庭湖）水位持续下降，均达到了有实测记录以来的同期最低。

　　2006年川渝地区也发生过大旱，持续时间更长（5月中旬到9月上旬）。当时，重庆市大部分地区干旱持续时间超过70天。但今年大旱纵贯整个长江流域，所以这场干旱对经济、社会和生态环境的影响，比前几次典型干旱要严重得多。

　　而根据国家气候中心的预测，未来较短一段时间内旱情仍将持续，长江中下游出现“夏秋连旱”的可能性较大。与此同时，今年北方的降水量却高于常年。

　　原因何在？

　　在《烧烤地球》一文中，我们简单介绍了今年全球和中国异常高温的原因。

　　从气候尺度的大背景来说，地球所处的地质时期、人类活动排放的温室气体、大气环流异常、厄尔尼诺和拉尼娜现象等，都对近年来越来越多发的持续高温天气有影响。

　　从天气形成尺度来讲，大气环流因子，包括西风带和副热带高气压带（副高）的移动，还有各种不同空间尺度上的大气环境因子，例如局部地区的地形、土质和土壤含水量等，都对天气形成具有直接和间接的影响。

　　就中国来说，夏季的高温天气通常受北半球中纬度地区的西风带和低纬度副热带高气压带的影响。

　　6月份，强大的西风带高压脊（暖）从中亚地区进入中国，使得华北地区遭遇了来自中亚地区十分干热的下沉空气影响，出现罕见的高温天气。到了7、8月份，由于副高异常强盛，副高北侧西风带上的低压槽（冷）没有击退南方的副高，反而是西太平洋的副高、伊朗高压、南亚高压阶段性增强，由此形成几乎打通整个北半球的大范围的环球暖高压带。在稳定的副高控制下，大气以下沉气流为主，晴空少云，日照非常好，地面升温迅速，热空气留在近地面，这是今年出现持续高温的重要原因。

　　与此同时，不断持续的拉尼娜现象影响了东亚夏季风的建立和中国的雨季进程，导致南海夏季风爆发偏早，华南前汛期和西南雨季开始时间偏早，江南和长江中下游入梅也偏早，因此导致副高位置更容易偏北，这意味着副高将更大范围地覆盖、停留在长江中下游区域。

　　另外，今年登陆中国的台风不足，也加剧了南方干旱的程度。截至8月20日，西北太平洋和南海共有8个编号台风生成（历史平均12个），登陆我国的仅有2个（历史平均3~4个），且强度较小。与往年带来疾风骤雨并常常造成巨大损失的强台风相比，堪称“杂鱼”台风，结构松散，生命史短暂。

　　综合来说，多种因素叠加给我国南方带来强大的高温干旱天气。

　　但近十多年来还有个明显的趋势是雨带北移。

　　2021年7月20日郑州特大暴雨恍若昨日，所造成的灾难至今想来仍痛彻心扉。再往前有2016年北京的7.20特大暴雨、2012年北京的7.21特大暴雨。在气象意义上，2012年的7.21特大暴雨和2016年的7.20特大暴雨的降雨量是50年一遇和100年一遇的水平，但二者却只隔了4年。而近50多年来，北京共发生7.21暴雨级别或更极端的降水事件共5次。这都与雨带北移有关。

　　雨带北移或许有以下几个原因——

　　第一，有研究发现，中国的华北地区与长江中下游地区的降水存在此消彼长的周期性变化，大致20~30年轮换一次。根据这种振荡周期理论，北方的上一个多降水的周期是上世纪50年代至70年代后期，而70年代末至2004年前后，则处于一个降水相对少的时期，2004年前后至2030年前后，北方又将处于一个降水多的时期。

　　第二，大气环流异常导致的东亚夏季风的年代际的强弱变化也可能是影响因素。当东亚夏季风较弱时，汛期的水汽输送大多只能到达长江流域，从而使长江流域降水增加，华北地区降水则随之减少。而当东亚夏季风较强时，大量水汽得以输送至北方地区，降雨带位置也将北移。

　　第三，除了震荡周期、夏季风强弱的代际变化，太平洋年代际涛动（PDO）或许也是原因之一。

　　太平洋年代际涛动，是发生在北太平洋海洋大气系统的大尺度低频振荡，表现为当北太平洋中部海面温度异常增暖（冷却）时，热带太平洋中部和东部以及北美沿岸常同时伴随有同等幅度的异常冷却（增暖）。

　　PDO通常具有15~25年和50~70年两个显著周期，正负两个位相。正位相会导致中国“南涝北旱”，负位相正好相反。

　　学者通过分析近百年的观测资料发现，中国在上世纪70年代（1976~1977年）出现的“南涝北旱”现象就受到PDO影响。他们同时认为，PDO在本世纪初开始进入负位相。这就意味着，在未来一段时期内，华北一带将每隔5~8年就会遭遇过去40~50年才会遇到一次的特大暴雨。

　　第四，与PDO相似的还有“厄尔尼诺-南方涛动”。

　　“南方涛动”指东南太平洋与印度洋及印尼地区之间的反相气压振动，是由东南太平洋海水异常升温（厄尔尼诺现象）引起的。“厄尔尼诺”现象和“南方涛动”是同一事件的不同表现形式，一般将“厄尔尼诺”和“南方涛动”一起统称为“厄尔尼诺-南方涛动现象”（ENSO）。

　　不仅仅太平洋的大气环流可以影响中国的气候，印度洋的大气环流也可以影响中国气候。

　　印度洋海温从上世纪50年代以来持续增暖，且70年代中后期以来夏季海温年际变率也在增强。这意味着，印度洋海温在逐渐升高的同时，也变得更为不稳定。

　　印度洋北面是亚洲大陆，基本位于热带地区，一旦海水增暖，会形成“热水盆”效应，能量很容易在这个地方保存下来。

　　在随后释放能量的过程中，印度洋增暖会影响北太平洋反气旋，进而影响到中国：初夏江淮流域降水增多，南方7月下旬到8月上旬高温少雨，东北低温多雨和江南晚夏高温热浪频发等。

　　现在尚不能因为近些年南方干旱多发，就判定南旱北涝会成为一种长期趋势。但至少近几年的实际情况确实证明雨带北移值得关注。在全球气候变化的大背景下，在今后一段时间内，极端天气气候事件发生的可能性将增加，强度将增强，引发灾害的程度也会越来越重。

　　旱震关系

　　9月5日12时52分，四川甘孜州泸定县发生6.8级地震，震源深度16公里。截至5日21时，泸定地震造成人员遇难已超过30人。相关部门立即响应，开始救援抢险工作。

　　这不仅让我们想到一句俗语，即“大旱之后必有大震”。这句话的渊源最早或许可以追溯至春秋战国时期左丘明编篡的《国语》：周幽王二年（前780年），泾、渭、洛三条河川枯竭，西周都城镐京（今陕西西安）发生地震，岐山发生崩塌。

　　较近的理论或可追溯到地质学家的“旱震理论”。

　　据说，地质学家通过查阅秦始皇十六年直至公元1971年两千多年的历史发现，华北及渤海地区发生六级以上地震共69次，其中地震发生前一年内、前两年、前三年、前三年半内发生大旱的次数分别为27次、15次、16次、9次。如此算下来，69次地震中，震前三年半发生大旱的占比高达97.1%。这一规律即为“旱震理论”。

　　但上述理论存在至少三个问题值得商榷。

　　第一，数据量或许不足以得出稳健的结论。两千多年内六级以上的地震肯定不止69次，其他的地震与干旱是否有关？

　　第二，即使上述结论成立，也只是相关关系，而非因果关系。到底是干旱导致地震，还是震前的地质活动引发干旱？

　　第三，即使从统计上可以证明因果关系，那干旱导致地震的作用机制是什么？大气、物理和地质理论依据是什么？

　　针对问题一，有地震研究学者统计了1900~2013年中国发生的142次六级以上的地震发现，震前四年内为干旱区的情况为79次，占比仅为56%。再反过来，看大旱地区发生地震的比率，同样是1900~2013年这113年里，大旱的情况发生了1297次，但在大旱出现三年内发生地震的情况为119次，占比仅为9%。如此看来，干旱和地震的相关关系更弱了。

　　针对问题二，学界更普遍的观点认为，是震前三年内，震区的板块运动（挤压、摩擦）导致地球局部温度升高，热量传递到地球表面，加热了地表，进而形成干热的上升气流，从而不利于生成降雨，所以才出现了干旱。

　　学界并没有给“旱震理论”或者“震旱理论”下结论，只是认为地震与干旱之间的联系还有待进一步的研究。

　　在笔者看来，干旱和地震的关系非常复杂，而且还有很多因素可能导致干旱和地震同时出现。

　　比如，前文提到，印度洋暖流可能影响中国的气候（厄尔尼诺-南方涛动现象）。同样的，澳、法、德的科学家认为，已经吹了一千万年，并且在逐渐加强的印度洋季风，促使印度洋板块的活动加速大约20%，每年多移动约1厘米。从这个角度来讲，当气候变化驱使板块移动的边界达到临界值的时候，地震就会发生。

　　再比如，拉尼娜和厄尔尼诺都会引起海洋环流的变化。拉尼娜导致东太平洋海温低，西太平洋海温高，海洋表面的暖水都吹到了西太平洋，造成西太平洋海面高出正常40厘米左右。厄尔尼诺则相反。海水的东西运动，自然会对地壳造成压力，有可能会诱发环太平洋地震带发生地震。

　　再再比如，持续时间和强度较强的干旱，可能会影响地下水的分布，地下水对地壳压力当然也有影响。另外，地震发生后，由于山体滑坡、房屋倒塌等造成的扬尘，加上地震释放的冲击波，可能会扰乱震区上空的成雨条件，造成降水。

　　地质运动、大气环流、海洋环流，在特定情况下，可能会达成脆弱的临界均衡，这时候，只要有一点点微小的变化，就可能引起质变，就像亚马逊的那只蝴蝶。

　　但无论如何，学界对干旱和地震的关系尚未有定论，这一组关系未尝不是为我们研究地震提供了一个视角。

　　未来如何？

　　就短期来说，需要注意“夏秋连旱”和“旱涝急转”两种情况。

　　首先，“夏秋连旱”前文已经说过，8月24日国常会也强调要千方百计保障农业灌溉用水，指导农户抗旱保秋粮。

　　其次，“旱涝急转”的风险也不容忽视。现在，华西地区多降雨天气，累计降雨量将由前期的显著偏少转为较常年同期偏多4成至1倍，局地偏多2倍以上，前期川渝多地持续高温，土壤失水疏松或结块硬化，由高温少雨马上进入到集中降雨时段，且雨强较大，遇强降雨致灾风险增大，需要加强防范。

　　更重要的，长期来看，还需要南北地区做好应对极端高温、干旱或者强降雨天气的准备。

　　长久沿袭的“南涝北旱”格局，使南方深谙洪涝之害、北方也熟稔干旱应对，但随着阶段性的“南旱北涝”，以及极端天气频发，南北的城乡建设、城镇管理、农业规划、能源结构、多部门联动防灾减灾救灾机制等，或许都需要迭代刷新。

　　首先，最简单的，城市的排水管网密度和水库容量是否需要针对新的气候特征进行改善？既有的跨流域水资源管理方案是否有漏洞需要更新？是否需要新的跨区域、跨流域、跨地域的水利工程建设？水资源利用效率是否还能提高？如何分配农业用水和生活用水？

　　其次，去年郑州特大暴雨给我们的城市建设和管理、防灾救灾减灾敲响了警钟。今年的高温干旱导致的用电紧张和限电，又能给我们带来什么启示？是否需要重新规划和完善新旧能源在电力系统中的位置？现行的以跨区域输电为目的的特高压大电网是否适应未来极端天气和新能源的需求？如何加快推进电力的市场化改革？如何更好更高效率地匹配发电大省和用电大省之间的供需？

　　还有，气候变化对粮食生产有何影响？如何影响产量及其稳定性、品质、分布与贸易格局？最直观的，气候变化导致极端灾害增加，会增加粮食产量的不稳定性，但气温升高本身也会导致作物发育加快、生育期缩短，可利用的光能减少，从而导致减产。温度升高还会导致更多的害虫越冬，从而加剧来年粮食病害，等等。

　　特别的，干旱和地震的关系为我们防灾救灾提供了启示。异常气候常常引发一系列次生灾害。例如，干旱容易引发山火、加剧农作物病虫害甚至引发粮食危机；强降雨容易引发泥石流；异常气候还会加剧次生灾害发生时的救灾难度。例如，如果本身就面临干旱导致的饮用水不足，或者粮食危机，那必然给灾后救灾的物资调配带来新的挑战。所以，我们要加强在异常甚至极端气候条件下例如地震、泥石流等各种自然灾害的协同应对能力。

　　总结

　　2003年夏季的欧洲热浪，2005年登陆美国的卡特里那飓风，2008年初中国南方冰冻雨雪灾害，2009年至2010年中国西南的跨年大旱，2010年6月至8月席卷全球的北半球高温热浪与南半球低温，2012年7月21日的北京暴雨，2020年的加州山火，2021年7月的郑州暴雨，2021年的澳大利亚山火，2022年夏季再一次全球热浪、干旱、洪水……越来越多发的极端天气，在全球范围内造成了惨重的灾难。

　　在地球诞生的近50亿年里，它见证了无数次浩劫，也见证了无数生命的诞生、繁荣、衰减、灭绝。

　　人类只是寄居于地球上亿兆生灵中平凡的一种，但却从来没有一种生物能对气候产生如此大的影响。全球最卓越的科学家们不断呼吁保护环境、保护地球，逆转气候变化的时间窗口正在加速关闭，但环境依旧在不断加速恶化。科学界越来越相信，地球已经身处“第六次大灭绝”之中，而始作俑者正是人类自己。

　　最后，祈愿疫情早日结束、灾区人们尽快得到救援，世界上的苦难少一点。

　　（作者系青年经济学者、自由撰稿人）

责任编辑：张玉

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