《2009天灾预测学术研讨会议文集》是由中国地球物理学会天灾预测专业委员会等单位在2009年4月编辑的灾害预测文集，这样的文集每年发布两次，一次为预测，另一次为总结，是我国重要的灾害预测的理论和实践。该文集连同《灾害预测意见汇编》（机密资料）上报有关部门，年年如此。这样的科学实践活动应该引起相关部门的重视和支持，不要淹没在文山会海的故纸堆中，那将是中国减灾事业的重大损失。

        学术刊物是科研论文的发表场所，任何理论都要受到科学实践的检验。盲目追求论文的数量，不顾文章的实践效果，这是削足适履，与科学发展的目的背道而驰。忽视科学实践是当前科研水平评价的最大误区。下文发表在《2009天灾预测学术研讨会议文集》206-211页以及其他公开发表的科技期刊中，正在经受实践的检验。

                  2009至2012年自然灾害发展趋势估计及预防

                             杨冬红，杨学祥

 

2005年以来，我们的数值计算得到一些可以验证的新结果。过去我们仅仅知道太阳黑子活动有11年和22年周期，事实上，强潮汐也有11年和22年周期。拉马德雷冷暖位相51-56a周期变化是一个多周期复合的产物，所以表现强烈。近点月与月亮赤纬角合成周期50倍为51.51a；月亮赤纬角与朔望月合成周期50倍为55.22a；交点月与月亮赤纬角合成周期50倍为50.88a；近点月与交点月合成周期25倍为51.35a；交点月与朔望月合成周期25倍为55.04a；近点月与朔望月合成周期25倍为55.72a；月亮赤纬角最大值周期18.6年的3倍为55.8a；日食和月食的沙洛周期18a的3倍为54a。所以，51-56a周期是多周期合成，形成一个强烈的共振周期。潮汐11、22年周期与太阳黑子11、22年周期的共振效应也有强烈的表现[1]。

表1 拉马德雷（太平洋十年涛动）51-55年准周期的合成因素（杨冬红，2007-2009）

合成周期名称	周期年数	倍数	倍数周期
近点月与月亮赤纬角合成周期 交点月与月亮赤纬角合成周期 近点月与交点月合成周期 月亮赤纬角与朔望月合成周期 交点月与朔望月合成周期 近点月与朔望月合成周期 日食和月食的沙洛周期 2.0538年与2.2014年合成值的2倍 2.0538年与2.2087年合成值的2倍 2.0606年与2.2014年合成值的2倍 月亮赤纬角最大值周期 潮汐合成周期 太阳黑子周期	1.0303a 1.0176a 2.0538a 1.1043a 2.2014a 2.2289a 18a 9a 9a 9a 18.6a 11a 11a	50 50 25 50 25 25 3 6 6 6 3 5 5	51.515a 50.88a 51.345a 55.215a 55.035a 55.723a 54a 54a 54a 54a 55.8a 55a 55a

 

根据1940-2020年天文资料，得出厄尔尼诺年也有近似的11和22年周期。如，1951，1973，1995年；1965，1976，1987，1998年，下一年为2009。拉尼娜也有11年周期，如，1974年，1985年，1996年，2007年与气候自然循环周期中厄尔尼诺事件的5.5、11、22年周期有很好的对应关系。我们发现，在澳大利亚气象学家E. 布赖恩特统计的有关气候现象循环的记录75项[2]，与潮汐周期相同的有66项，占88%，表明潮汐是影响气候现象循环的主要因素。潮汐、厄尔尼诺、拉尼娜的11年和22年周期，表明它们可能有相同的激发机制。厄尔尼诺和拉尼娜也可以三两相间发生，如，1931*、1942*、1953*；1964#、1975#；1986*、1997*；2008#。厄尔尼诺和拉尼娜的发生既与日食-厄尔尼诺系数有关，也与潮汐规律有关。

统计发现，气温、海温和强震都存在11年周期和22年周期的规律性变化。由于强潮汐可激发冷空气活动和地震火山活动，也可以混合海水均衡不同深度海水温差，所以，用潮汐和太阳活动的11年和22年周期来解释气温、海温和地震的相应变化周期，比单独用太阳活动周期更有说服力。

表2 潮汐周期表及其相关效应（杨冬红，2009）

周期		成因	对应效应周期
基本周期	13.65d 27.21d 27.55d 29.53d 346.61d 18a10/11d 0.5a 1a 18.6a	月亮赤纬角变化 交点月 近点月 朔望月 月食年(整数19a) 月食重复周期（沙洛周期） 太阳潮半年周期（分点和至点周期） 太阳潮年周期（近日点周期） 月亮赤纬角最大值变化周期	水位变动，海流变动，大气压变动，大气循环变动，地球扁率变化，地球自转速度变化（日长变化）； 地球自转速度13.6d变化； 加拿大平原干旱、美国大平原干旱、中国北部干旱、巴塔哥尼亚安第斯山干旱、尼罗河河谷干旱、云南地震、地球自转速度18.6a； 副热带高压的纬度范围19a；
合成周期	1.0176a 1.0303a 1.1043a 2.0538a 2.2014a 2.2289a 3.1a 4.1a 4.9a 5.5a 5.57a 9a     9.2a   9.8a 9.98a 10.17a 11a 22a 27a 29.8a 51-56a 54a 55.7a 55.8a 77a 108a	交点月与月亮赤纬角合成周期 近点月与月亮赤纬角合成周期 月亮赤纬角与朔望月合成周期 近点月与交点月合成周期 交点月与朔望月合成周期（双周期） 近点月与朔望月合成周期（双周期） 1.0303a的3倍 2.0352a或2.0538a的2倍 2.2014a和2.2289a合成周期 1.1043a的5倍 1.1145年合成值的5倍 2.0538年与2.2014年合成值的2倍 2.0538年与2.2087年合成值的2倍 2.0606年与2.2014年合成值的2倍 2.0538年与2.2289年合成值的2倍 2.0606年与2.2289年合成值的2倍 2.2087年与2.2289年合成值的2倍 2.0538、2.2014、2.2087年合成 2.0352a的5倍 1.1043a的10倍 1.1043a的20倍，2.2014a的5倍 9a周期的3倍合成周期 9.98a的3倍合成周期 18.6a的3倍55.8a等多周期合成 9a周期的6倍合成周期 2.2289年合成值的25倍 18.6a的3倍 1.1043a的70倍 9a周期的12倍合成周期	大气角动量、海温、海冰、日长、臭氧、极移、欧洲南风、热带对流风、北半球上层西风的强度、北大西洋压力场、欧洲温度2.2a； 地球自转、9级强震、海温、海冰4a； 火山活动、北太平洋压力场、英国降水量5a； 厄尔尼诺事件2.2、5.5、11、22a； 北大西洋压力场、全球暴雨、中国干旱、新西兰地区的气压、印度干旱、戴维斯海峡浮冰群、云南和河北地震、地磁变化11a； 中国干旱、印度洪水、长江洪水、大气温度场、海温、云南和河北地震22a； 地球内核振动29.8a周期； 拉马德雷（太平洋十年涛动）、世界流感大流行、8.5级以上强震、中国低温冻害、飓风和台风、全球气温51-55a； 青藏高原北部地区7级地震具有显著的有序性，其强震时间间隔主要积聚在：53-54，26-27，10-11，3-4年附近。其中27年出现的频次最高，特别令人注目，由其派生的有序值形成长长的一条链：27 - 54 - 77 – 81 – 107 - 214年。

注：a表示年，d表示天。

对PDO指数和Nino3指数进行离散功率谱分析，结果见图1所示，超过99%显著性水平的F值所对应的周期即为显著变化周期。由图可知，PDO最显著的变化周期为50a，其次为5.6a。ENSO最显著的变化周期为3.6a。在10-33a周期波段上，除了12.5a周期外，PDO其余的周期都通过了显著性检验；ENSO也有33、20、14、12.5a这几个周期通过了显著性检验[3]。这与5.5a、5.57a、10a、18.6a、22a、51a、52a、54a、55a和55.8a的潮汐周期有很好的对应关系，证明本文的周期叠加和模型计算是准确的。潮汐3.1a和4.1a周期的平均值为3.6a，任振球也发现地球自转的3-4年周期，与ENSO最显著的变化周期3.6a相对应。

图4.2  PDO指数和Nino3指数的离散功率谱分析（吕俊梅 等，2005）

 

1952-1958年灾害链：1952年11月4日堪察加发生9级地震；1954年4月-1956年2月发生了强度为121的强拉尼娜事件；1954年长江和淮河发生特大洪水；1954年12月15日至1955年1月21日湖南发生严重低温冷害；1954年东北发生严重低温冷害；1954-1956年北京发生强沙尘暴；1956年松花江发生特大洪水；1957年3月9日阿拉斯加阿留申群岛发生9.1级地震；1957年4月-1958年7月发生强度为97的强厄尔尼诺事件，1958年黄河大洪水；1957年中国发生严重低温冻害；1957年2月-1958年爆发亚洲流感。

1960-1969年灾害链：1960年5月22日智利发生9.5级地震；1963年7月-1964年1月发生强度为30的弱厄尔尼诺事件，1963年海河发生特大洪水；1964年2月8日-26日湖南发生低温冻害；1964年3月28日阿拉斯加威廉王子海峡发生9.2级地震；1964年5月-1965年1月发生强度为44的中等强度拉尼娜事件；1964年黄河发生大洪水；1964-1967年北京发生强沙尘暴；1965年5月-1966年3月发生强度为72的强厄尔尼诺事件；1967年7月-1968年6月发生强拉尼娜事件；1968年11月-1970年1月发生强度为75的强厄尔尼诺事件；1969年发生东北严重低温冷害；1968年7月-1970年暴发香港流感。

2007年8月中等强度以上的拉尼娜事件已经发生，2008年1月10日发生中国南方严重冰雪冻害，必须严密监测2008-2009年强厄尔尼诺事件的发生。2009年和2011年可能发生厄尔尼诺，2010年可能发生拉尼娜、低温冻害和9级地震，2011年和2012年可能是太阳黑子峰年，2007-2011年可能是下一个灾害链。

根据1828年以来无月食年纪录，31年无月食年中，有20年为厄尔尼诺年，5年为拉尼娜年，6年与厄尔尼诺年不超过2年。这表明，无月食年时是潮汐形变最小值年，与厄尔尼诺和拉尼娜的相位差不超过两年，是预测厄尔尼诺年的重要依据。2002年是无月食年，根据这一特征，2001-2004年内必发生厄尔尼诺事件。事实上，2002年5月发生了厄尔尼诺事件。2003-2019年，2009年和2016年为无月食年，发生厄尔尼诺事件的可能性很大。

根据于红、吕素琴、范垂仁的研究，在近百年（1897-1998年）资料中，无月食现象每隔7、11年交替出现。出现一次间隔11年的无月食年必定相继出现间隔7年的无月食年，同样如出现相隔7年的无月食年，继而必定出现相隔11年的无月食年，两者合计相隔均为18年，与日食的沙罗周期相同。在无月食年里发生的洪水，日食就成为主导因素，因而沙罗周期与洪水的相应关系更为密切。以长江为例，1951年为无月食年，长江发生了大洪水，继后18年的1969，1987年亦为无月食年，都出现了大水；1962年为无月食年，长江发大水，18年后的1980、1998年亦为无月食年，也都发生了大水。采用沙罗周期定性预测洪水，其预测的准确程度决定于日月食周期的相似程度。选择日月食发生的时间越接近越好，日月食的食类一定要一致，日月食的走向、影响区范围、经纬度要大体一致。只要其它相关影响因素（如厄尔尼诺、拉尼娜、自然环境改变等）不为主导作用时，沙罗周期预测则具有很高的准确性[4]。

1922-1998年间，无月食年同时日食又经过中国的年份有1966、1980、1987年三年。1966年5月20日日环食经过中国，澜沧江、金沙江发生有实测资料以来最大洪水，东江上游和北江大水，福建霞浦风暴潮灾，40个村被毁，死127人，伤811人，250个县受灾。1980 年2月16日日全食经过中国，长江三峡区间、嘉陵江、清江、汉江和澧水先后大水，长江中游干流连续出现6次洪水，潢河7月出现有记录以来最大洪水，淮河干流中上游和珠江支流北江先后出现较大洪水，广东雷州半岛风暴潮灾，伤亡700余人，914个县受灾。1987年9月23日日环食经过中国，长江上游干流、汉江中上游、皖河及淮河中游先后出现较大洪水，浙、闽沿海台风暴雨成灾，广东、广西部分地区涝灾，868个县受灾。这三年水灾较重，台风暴雨或风暴潮严重，受灾县较多。

2009、2016年是下两个无月食年，2009年7月22日日全食经过中国，2009年1月26日日环食、2016年3月9日日全食、2016年9月1日日环食不经过中国。在2009年和2016年前后两年内，必发生厄尔尼诺事件。这与2008-2009年、2011年、2015年、2018年将发生厄尔尼诺事件的预测是一致的。

根据郭增建的地气耦合理论，潮汐在中国大陆大时，中国大陆突起就高，放出的热气就多，中国大陆降水量就大。没有月食的干扰，2009年7月22日日全食经过中国，正值中国汛期，根据理论和实践，2009年大洪水、台风暴雨和风暴潮的发生几率较大。

设地球的赤道长半径a = 6378.160km，赤道短半径b = 6378.056km，极半径c = 6356.755km，地球各圈层的密度为p_i，积分区域为：0≤r₁ ≤ r ≤r₂≤1, 0≤t₁≤ φ≤ t₂≤2π, 0≤k₁≤ψ≤k₂≤π。当t₁ = 0， t₂ = 2π，三轴椭球壳对自转轴的转动惯量为

I = πabcp_i（a² ＋ b²）( － )[  ( cos³k₂－cos³k₁) － 3(cosk₂－cosk₁)]  (1)

当太阳从北回归线移动到赤道，da=2cm，db=0，其微分为

dI = πpa³bdc( － )[ ( cos³k₂－cos³k₁) － 3(cosk₂－cosk₁)]   （2）

图2  地球变扁南北纬35度线长度不变（杨冬红，2009）

当地球大气圈的扁率变大，两极表层的大气通过南北纬35度圈流向赤道，形成赤道新突起。取k₁=0，k₂=35，k₃=90，则消失的北极突起的转动惯量和新形成的赤道突起的转动惯量分别为

dI₁ = πpa³bdc( － )[ ( cos³k₂－cos³k₁) － 3(cosk₂－cosk₁)] (2.16)

dI₂ = πpa³bdc( － )[ ( cos³k₃－cos³k₂) － 3(cosk₃－cosk₂)] （2.17）

设ω₁为大气圈原来的自转角速度，ω₂为北极原突起部分大气变为赤道新突起后的转自转角速度，假定大气在流动过程中与其他气体没有角动量交换，由角动量守恒定理，有

dI₁ω₁ = dI₂ω₂

       ω₂ = dI₁ω₁ / dI₂ω₂ = [ ( cos³k₂－cos³k₁) － 3(cosk₂－cosk₁)] ω₁/[ ( cos³k₃－cos³k₂) － 3(cosk₃－cosk₂)]                                  （2.18）

将k₁=0，k₂=35，k₃=90代入公式，得

ω₂ = 0.0484ω₁                                          （2.19）

dω =ω₂-ω₁ = - 0.9516ω₁                                （2.20）

临界纬度35^o是在扁率变化中长度不变的纬度圈。计算结果表明，一个旋转速度不断增大的气体星球，在扁率不断变大的过程中，被削平的两极突起通过35^o不变圈持续地向赤道流动，形成一个几乎静止的（相对星球自转方向相反的快速旋转）大气环流。在星球外部看来，加速旋转的气体星球象一个层层包裹的洋葱，每层的旋转速度不同，中心转速快，外层转速几乎为零（见图2）。这非常符合木星环的旋转特征：美国学院公园市马里兰大学的Douglas Hamilton和德国海德尔堡马普学会核物理研究所的Harald Krüger发现，行星环中的微粒缓慢围绕木星运转，其形成机制尚不清楚。理论计算结果给出了一个合理的行星环形成机制：变速旋转的气体星球，赤道有慢速旋转的环，两极有快速旋转的帽。

根据这一变化规律，在地球扁率变大时，赤道上空的高速气流，产生与地球自转方向相反的由东向西运动，类似赤道东风带，在外空间看来几乎静止不动；在地球扁率变小时，大气赤道突起减小并向两极流动，在南北纬35度线以上的中高纬度地区，形成两极突起，旋转方向与地球自转方向相同，速度加快，类似中纬度地区的西风带。这一变化规律与星体大小以及形变规模无关。

潮汐变化引起的地球各圈层扁率变化是地球各圈层差异旋转的原因，对大气环流和海洋环流的分布和变化有明显的影响。

根据计算结果，由于流体的流动性，如果把大气圈和海洋圈的扁率变化看作是表层的部分流体流动过程，那么，在地球扁率变大时，赤道上空的高速气流，应该与地球自转方向相反的由东向西运动，类似赤道东风带，在外空间看来几乎静止不动；在地球扁率变小时，大气赤道突起减小并向两极流动，在南北纬35度不变线以外的中高纬度地区，形成两极突起，旋转方向与地球自转方向相同，速度加快，类似中纬度地区的西风带。这一变化规律与星体大小以及形变规模无关。赤道高空风相对固体地球向西的最大速度为442m/s，中纬度高空风向东的最大速度为339m/s。实际上，由于流体间的角动量交换和阻力，高空风的实际速度要远远小于这个数值，但方向与实际状况有很好的对应性。

如果把大气圈和海洋圈作为一个整体来计算，而不仅仅是其表层流动，那么，当太阳的位置由南北回归线移向赤道，岩石圈的日长增量dT =0.00027s,海洋圈的日长增量为0.00081s，大气圈的日长增量为0.108s。地球的岩石圈、水圈和大气圈的线速度增量dv分别为 -0.000145cm/s、-0.000435cm/s和-0.058cm/s，即地球各圈层自转减慢。以岩石圈为参照，水圈相对减慢最少，气圈相对减慢最多。

实际状况可能是以上两种情况的一个加权平均，季节性厄尔尼诺现象发生在每年的12月25日圣诞节附近，就是潮汐改变地球扁率，影响地球自转、大气环流和海洋环流的最好证明。潮汐具有准两年变化周期，大气、臭氧、海温、南极海冰也都具有准两年变化周期，本文计算提供了两者相关的可能机制。海温主要周期大部分落在3～10 年的范围内，以及11和22年周期，还存在准两年变化^[61]。这与潮汐周期完全吻合。

全球性地表风带和气压带由赤道向两极依次为：赤道无风带（低压带）、纬度0^o~ 30^o的南北两个信风带（贸易风带）、纬度30^o~35^o南北两个亚热带无风带（高压带）、纬度35^o~60^o左右南北两个盛行西风带、纬度60^o左右南北两个多风暴带（低压带）、纬度60^o以上南北两个寒带东风带与极地高压带。特别值得重视的是相邻两个风带之间的过渡带，即纬度0^o、±（30^o~35^o）、±60^o的5个纬度带，其两侧空气水平运动方向明显不同，故称之为大气临界纬度。全球不同纬度的气压带、风带空气运动速度变化很大，量极达m/s。这表明，大气运动与地球自转、地理纬度密切相关。

对海洋而言，水平运动具有明显的规律性。在赤道附近的中低纬度地区，形成明显的全球统一性一级西向流；而在中、高纬度地区形成明显东向流。尤其在南半球纬度40^o以南、北半球纬度45^o以北地区，洋流以东向为主，形成全球性一级东向流。洋流稳态运动速率的量级介于cm/s~m/s。大气运动和盛行凤系的存在，是导致海洋水体运动的主要动力。

图3.3  太平洋和印度洋的海洋环流分布和海冰开关

M.B.斯托瓦斯把地球作为体积不随时间变化的不等速的二轴椭球体，计算了它的基本参数随扁率或偏心率变化而发生的变化，得出南北纬35^o线不随扁率变化而伸缩，由于其固定不变的特性而称为临界纬度。相反，南北纬62^o与赤道纬度，当地球扁率发生变化时，互为消长，称为共轭纬度。0^o和62^o共轭纬度以及35^o临界纬度在大气环流和海洋环流中的特殊作用，表明地球扁率变化在大气环流和海洋环流中可能起到某中特殊作用。根据这一变化规律，在地球扁率变大时，赤道上空的高速气流，产生与地球自转方向相反的由东向西运动，类似赤道东风带，在外空间看来几乎静止不动；在地球扁率变小时，大气赤道突起减小并向两极流动，在南北纬35度线以上的中高纬度地区，形成两极突起，在南北纬62度线达到最高值，旋转方向与地球自转方向相同，速度加快，类似中纬度地区的西风带。这一变化规律与星体大小以及形变规模无关。计算结果与全国风带分布完全符合。

潮汐变化影响大气环流和海洋环流的作用不能忽视。

 

参考文献

1．杨冬红，杨学祥。流感世界大流行的气候特征。沙漠与绿洲气象。2007，1（3）：1-8。

2．E. 布赖恩特。气候过程和气候变化[M]。刘东生 等译。科学出版社，2004。11。

3．吕俊梅. 琚建华. 张庆云. 陶诗言. 太平洋年代际振荡冷、暖背景下ENSO循环的特征[J]. 气候与环境研究.  2005, 10(2):238-249

4．于红，吕素琴，范垂仁。沙罗周期与洪水定性预测[J]。东北水利水电。2001，19（9）：41，45

5．郭增建, 秦保燕, 郭安宁. 地气耦合与天灾预测[M]. 北京: 地震出版社, 1996. 116－117, 135－138, 165-188, 194-198.

 

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