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厄尔尼诺被称为“圣婴”的科学解释：南极半岛海冰的气候开关效应

已有 162 次阅读 2024-12-27 06:35 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流

厄尔尼诺被称为“圣婴”的科学解释：南极半岛海冰的气候开关效应

杨学祥，杨冬红

渔民发现的海水温度异常现象

有报道称，厄尔尼诺现象被称为“圣婴”的原因主要与渔民在19世纪初观察到的一种海水温度异常现象有关。以下是具体的原因：

观察现象 ：

渔民在秘鲁和厄瓜多尔海岸发现，每隔几年，从10月至第二年的3月，海水温度会明显升高。

影响渔业 ：

这种现象导致性喜冷水的鱼类死亡，对当地渔业造成严重影响。

时间上的巧合 ：

由于这种现象通常在圣诞节前后最为严重，渔民将其称为“圣婴”，即“上帝之子”。

科学解释 ：

厄尔尼诺现象的成因是沃克环流圈的东移，导致赤道中东太平洋海表温度异常偏高。

影响全球气候 ：

太平洋广大水域的水温升高，改变了传统的赤道洋流和东南信风，导致全球性的气候反常。

因此，“圣婴”一词反映了渔民对这种气候现象的直观感受，以及它给当地社会经济带来的影响。

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南极半岛的海冰变化导致厄尔尼诺发生：海冰气候开关效应

为什么每隔几年，从10月至第二年的3月，海水温度会明显升高？南极半岛得的海冰气候开关效应给出了科学的解释。

对厄尔尼诺和拉尼娜有影响的因素有南极半岛海冰（周期性因素）、强潮汐南北震荡（周期性因素）、环太平洋地震带强震（突发性因素）、强潮汐组合和太阳风7-9天周期（周期性因素）。综合叠加结果决定厄尔尼诺指数的升降。

每年2月南极半岛海冰面积最小，赤道太平洋海温最暖；9月最大，赤道太平洋海温最冷，南极半岛海冰开关控制秘鲁寒流的强弱。进入10月，南极半岛海冰减少，减弱秘鲁寒流，有利于厄尔尼诺发展，

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秘鲁寒流为什么出现异常增温或异常变冷现象？这与南极半岛海冰的气候开关效应相关（见图1）。

南极半岛海冰的气候开关效应

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。

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2.3×10⁶km²，在9月最大，为15.4×10⁶km²，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。

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(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。

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https://max.book118.com/html/2017/0910/133232375.shtm

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结论

南极半岛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。这是厄尔尼诺发生在10月至次年3月的原因，也是厄尔尼诺发生在圣诞节附近（12月24日）的科学解释。

强潮汐组合控制强潮汐南北震荡的幅度，是赤道太平洋海温的重要控制因素。根据潮汐组合预报，2023年1-2月、6-8月、12月有利于厄尔尼诺的形成；3-5月、9-11月有利于拉尼娜形成。所以，厄尔尼诺发生在2023年6-8月的可能性最大。

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月亮赤纬角最小值对应厄尔尼诺指数下降区间，月亮赤纬角最大值对应上升区间，

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1）。