南极半岛冰层融化速度千年最快：有利于形成更多的厄尔尼诺事件
               杨学祥

   澳大利亚一项最新研究报告称，南极半岛地区冰层融化正在加剧，目前该地区冰层的融化速度是过去一千年内的最高值。研究结果显示，南极半岛地区夏季冰层的融化速度约是600年前的10倍，并且随着该地区夏季零摄氏度以上的日子越来越多，目前该地区冰层的融化速度超过过去一千年内的任何时期。

   我们的研究表明，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）。

   南极半岛地区冰层融化正在加剧，这将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，形成较多的厄尔尼诺事件。

相关报道：
   
作者：Nerilie J. Abram 来源：《自然—地球科学》 发布时间：2013-11-5 10:35:36选择字号：小 中 大  
 
 
南极半岛冰层融化速度千年最快
 

 
澳大利亚一项最新研究报告称，南极半岛地区冰层融化正在加剧，目前该地区冰层的融化速度是过去一千年内的最高值。
 
澳大利亚国立大学和英国南极考察处的研究人员说，他们在南极半岛北部地区的冰层内凿取出一条长364米的冰芯，通过分析这条冰芯的内部分层结构，测算出该地区过去一千年内的冰层和温度变化情况。
 
研究结果显示，南极半岛地区夏季冰层的融化速度约是600年前的10倍，并且随着该地区夏季零摄氏度以上的日子越来越多，目前该地区冰层的融化速度超过过去一千年内的任何时期。
 
参与研究的澳大利亚学者埃布拉姆表示，即使温度轻微升高都会导致夏季冰层融化速度加快，直接或间接影响该地区冰架和冰盖的稳定程度以及未来海平面的上升速度。
 
该研究报告发布在本周出版的最新一期《自然—地球科学》杂志上。 （来源：北京日报 王小舒）  
http://paper.sciencenet.cn/htmlpaper/201311510353657830892.shtm

厄尔尼诺、拉尼娜与南极海冰变化

作　者：杨冬红，杨学祥　　上传日期：2007-4-17

　　　　　　　　　　厄尔尼诺、拉尼娜与南极海冰变化
　　　　　　　　　　　　　　杨冬红，杨学祥

2006年11月15日澳大利亚正值夏季，澳大利亚维多利亚州的部分地区却突降大雪，当地气温也出现大幅下降。造成这次降雪的主要原因是一股来自南极的寒流突然来袭。有专家认为，澳大利亚今年遭遇的反常天气，主要是厄尔尼诺效应造成的[1]。

澳大利亚地处南半球，时值春夏交接，但在10月，澳大利亚先是遭遇百年来最严重的干旱，然后又在27日开始猛降温，雪雹齐下。其中，塔斯马尼亚州两周内的温度更是从33.1℃急降至最低－6℃。塔斯马尼亚州首府霍巴特27日晚气温突然骤降至2℃，并出现大量霜雪及冰雹。霍巴特附近的威灵顿山区，气温更降至－6℃，创下41年来10月夜间最寒冷纪录。澳大利亚东南部的塔斯马尼亚岛因为这场严寒，30多年来第一次迎来了降雪[2]。南极大陆三个海冰气候开关可以解释澳大利亚的气候突变。

1 南极大陆海冰气候开关

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。在南、北两半球，一个单的环流系统作用范围至少达到纬度55º，以致宽阔的、深而缓慢的赤道流在穿过低纬度大于180º弧的旅途中被大大加热。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[3-5]。

Van Andel等人（1975）在分析了太平洋所有不整合之后提出，德雷克通道的打通可能形成了环极流，并隔断了对南极洲的向极热输送，因而产生了冰架和冷的底水。对第三纪早期普遍变冷起作用的明显构造事件是巴拿马地峡的封闭，因而限制了大西洋与太平洋之间赤道水体的交换[6]。同理，德雷克海峡被扩展的南极冰盖封闭，导致气候上隔离的环极西风漂流带的消失，加强赤道热流向两极的输送，使扩展冰盖趋于消失，是南极冰盖不能扩展成南半球大冰川的一个重要原因[4, 5]。

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，并从向极方向连接南极洲热输送，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[3-5,7]。

2 2006年10月南极海冰状况的分析

据国家气候中心2006年10月海冰监测，南极海冰较常年同期以偏多为主。除别林斯高晋海附近海冰密集度较常年同期偏低20%～60%外，南大西洋西部、南印度洋西部和南太平洋西部沿60oS的海区海冰密集度较常年同期偏高20%～60%(见图2)[8]。由于澳大利亚海冰开关II的海冰增加，阻塞了西风漂流的通道，加强了西澳大利亚寒流，使东印度洋海水变冷。由于增加的海冰迫使西风漂流北移，澳大利亚东南部的塔斯马尼亚岛因此而遭遇这场严寒。这是澳大利亚在10月和11月遭受寒流袭击的原因，也是环南极三个“海冰开关”控制全球气候突变的证据。强潮汐激发的冷空气活动传递了冷水的能量。别林斯高晋海附近海冰密集度较常年同期偏低20%～60%。这表明，德雷克海峡海冰开关被打开，秘鲁寒流减弱，厄尔尼诺事件发生，环南极大陆环流增强，南太平洋环流减慢[4]。由此导致东澳大利亚暖流减弱，为南极冷空气向北袭击澳大利亚东南部的塔斯马尼亚岛创造了条件（见图1）。

图2 南半球海冰密集度(左)及距平(右) (单位：%)　2006.10
Fig. 2　Monthly Sea Ice Concentrations (left)　and Anomalies (right) in the Southern Hemisphere (unit:%)　
solid line----positive value　　dashed line---- negative value　 isoclines interval----20%

3 强潮汐周期及其对全球变化的影响

我们在10月10日指出，2006年10月12日 17时月亮赤纬角达到最大值28.67698度，潮汐南北震荡最为强烈，由此可激发冷空气活动、地震火山活动和气象-地质灾害。环太平洋地震火山带的地震火山活动将趋于强烈，厄尔尼诺现象加剧了强潮汐作用。10月6-7日月亮近地潮和日月大潮已经使冷空气活动和地震活动趋于强烈，12日和27日的月亮赤纬角最大值和22日的日月大潮会形成三次新高潮[9,10]。强潮汐激发了27日的冷空气活动。

2006年伊始，我们就一再发出8-11月的强潮汐预警。强潮汐时期要持续到11月，其中，2006年11月4日为月亮近地潮，5日为日月大潮，9日月亮在北纬28.53122度。21日为日月大潮，23日月亮在南纬-28.44239度。本月潮汐南北震荡幅度较大，冷空气活动较强。11月9日月亮在北纬28.53122度，11月23日月亮在南纬-28.44239度。因此，11月9日和23日潮汐南北震荡较强；4-5日和21日，潮汐东西震荡较强；21-23日潮汐南北震荡和东西震荡都很强，要特殊关注[11,12]。2006年11月21日一股强冷空气袭击越南下龙湾和中国广东，23日袭击墨西哥和中美洲地区，给一些国家带来了罕见的低温，与21-23日强潮汐对应。强潮汐激发厄尔尼诺、火山活动、地震活动和冷空气活动值得关注[13-15]。

计算结果表明，月亮在赤道时产生的半日潮使气圈、水圈和液核分别有54181864、43275和3103km3的体积绕固体地球向西运动，形成赤道高空风、西向海潮和液核表层西向漂移。由于地形的阻挡，形成大气、海洋和液核的涡旋、湍流、环陆运动和异常大潮以及冷暖海水的上下和东西向振荡与混合。岩石圈和下地幔分别有2754和10599km3的体积胀缩，是其中熔融部分流动、上涌和喷发的动力。月亮相对地球在南北纬28.6度之间的摆动，使流体相对固体南北振荡与混合。在太阳潮作用下，地球在春分和秋分扁率变为最大，形成赤道大潮，两极高纬地区分别有13211996、10502和736km3体积的大气、海水和液核流体通过临界纬度（35o）流向赤道，并在科氏力和西向引潮力作用下加速向西漂移，使各圈层自转速度变小，差异旋转速度增大[16]。太阴潮在日月同纬时起增强作用。月亮赤纬角（白赤交角）在18.6-28.6度之间变动，周期为18.6年。2006-2007年为月亮赤纬角最大值年，潮汐南北震荡作用十分明显。当太阳和月亮最大限度的远离赤道，地球自转形成的半日潮将使高潮区在南北半球周期震荡，不仅导致地球流体的大规模流动，而且产生各固体圈层容积变化，激发冷空气活动和构造运动[17,18]。

厄尔尼诺现象有近似2.2年、5.5年、11年和22年周期[19]。东南太平洋(120oW ~60oW)的海冰，主周期为120个月，次周期分别为48、26.7和20个月[20]。地磁轴围绕地理轴以0.05(o)/a的平均角速度旋转，似乎有7000年的周期性。非偶极场以0.2(o)/a的速率向西漂移，绕地球漂移1周约需1800年。地磁还有11年左右的“太阳周期”。 地球主磁场的长期变化显示出清晰的30年周期变化[21]。南半球大气温度场从地面层直至对流层顶广泛盛行着十分显著的与太阳磁场磁性22年周期变化相一致的变化周期[22]。地球海洋温度变化广泛盛行着 2 2年尺度的年代际周期性变化，这种 2 2年变化周期在深层海洋中更为清楚[23]。南北半球中纬度平流层和对流层大气温度场普遍存在 2 2年变化周期[24]。

交点月周期27.21天，朔望周期29.53天，合成周期2.2014年。近点月周期27.55天，与朔望周期合成2.2274年周期。交点月周期27.21天和月亮近点月周期27.55天合成2.0533年周期。月亮赤纬角变化周期为13.6天、27.3天和18.6年。与朔望周期合成1.1044年和2.208787年周期。月亮赤纬角变化周期27.3天与月亮近点月周期27.55天合成2.059年。因此，潮汐有1.1、2.06、2.2、18.6年的基本周期。由此衍生的周期有5.5、10、11、22、30.9、55、55.8、61.8年周期，与气候现象循环的记录有很好的对应性，并与太阳黑子周期产生叠加效应。潮汐还有1800年周期，与近一万年气候变化相对应[25]。由此可见，潮汐10、11、22、31、55、55.8、61.8、1800年的强弱变化比太阳活动更有利于解释厄尔尼诺、海冰、地磁、气温、海温、地震的周期变化。气候变化与构造运动密切相关。例如，日月对地球赤道凸起的吸引导致岁差运动，由于内核成橄榄形，不受日月的摄动作用，可在液核中相对赤道突起差异旋转，产生地磁极绕地理极的西向漂移[26]。液核的潮汐波动是地磁场变化的重要原因。

根据海温和海冰开关的准两年周期和日食-厄尔尼诺系数理论，我们在2003年指出，2004年的日食-厄尔尼诺系数为8.5，使弱厄尔尼诺发生在海温暖年的2004年或2006年，2005年日食-厄尔尼诺负累计系数-5将使拉尼娜现象在海温冷年的2007年发生，而日食-厄尔尼诺系数为12的2008年海温暖年将发生强厄尔尼诺事件[4, 5]。2006年的厄尔尼诺事件预测已经得到证实。

根据周期叠减法的数据模拟，5年和11年周期是厄尔尼诺事件权重最大的可间断型主周期，受干扰较轻；18年的日食-厄尔尼诺系数周期有很好的历史对应数据，但易受干扰；2年、3年、4年和19年（18.6年取整）是厄尔尼诺事件权重较小的可间断型周期，受干扰较重。1997-1998年几乎具有所有产生厄尔尼诺事件因子的周期特征，所以形成最强的厄尔尼诺事件。2008年在所有7个因素的周期中出现了6个（2、3、4、5、11、18年周期），发生厄尔尼诺的可能性为90%[27]。

4 结论

由于澳大利亚海冰开关的海冰增加，阻塞了西风漂流的通道，迫使西风漂流北移，加强了西澳大利亚寒流，使东印度洋海水变冷。这是澳大利亚在10月和11月遭受寒流袭击的原因，也是环南极三个“海冰开关”控制全球气候突变的又一证据[7]。周秀骥院士在1996年指出，南极环流在影响全球及亚洲天气气候变化中的作用与地位是无可置疑的[28]。

2006年中国四川和澳大利亚严重干旱是由于多个周期叠加产生的弱潮汐作用的结果：日月大潮与月亮近地潮叠加的4-7月超长弱潮汐[11]；月亮赤纬角与近地潮叠加的全年弱潮汐；月亮赤纬角与日月大潮叠加的夏季强潮汐南北震荡持续天数减少（59天减为45天）[29]。澳大利亚夏季大雪恰好处于冷热气候突变的转折阶段，与四川干旱终结相对应。潮汐有2.2、5.5、10、11、18.6、22、31、55.8、62年周期。

拉马德雷冷位相时期的2006年厄尔尼诺加强了强潮汐作用，激发全球严重低温冷害[13]。拉马德雷冷位相时期的厄尔尼诺年易发生低温冷害，1957、1969、1972和1976年既是厄尔尼诺年，又是中国东北最严重的低温冷害年[13, 30]。2007年2-6月为强潮汐时期，预计弱厄尔尼诺将结束，强拉尼娜将发生[4, 5]。德雷克海峡的海冰增多是拉尼娜现象的前兆，拉马德雷冷位相的强拉尼娜是流感爆发的前兆[13]。

中国气象局广州热带海洋气象研究所陈锦年、中国科学院海洋研究所褚健婷和许兰英应用1951—2001年ENSO特征指数(NINO1+2、NINO3、NINO4、NINO3．4、SOI)和1973—1998年南极海冰北界范围以及1950—2001年SODA海洋温度资料，分析探讨了ENSO循环过程与南极海冰之间的关系，研究了南大洋和太平洋海表温度与南极海冰之间的内在联系。结果表明。南极海冰变化与ENSO循环过程存在一定联系，特别是东南极海冰的变化与ENSO循环过程较为密切。这种遥相关关系表明，ENSO循环过程不仅与热带海洋自身的海-气相互作用存在密切关系，而且与南极海冰之间也存在一定的联系。当东南极海冰范围出现异常增大和减小时。在时滞一年之后，NINO循环指数将出现减弱和加强，而南方涛动指数将出现加强和减弱。这种相关关系的机制是通过大洋环流这一载体将异常海温向北输送来实现的。南极海冰范围的异常增加或减少，会直接影响南极绕极流的冷暖结构进而影响经向水体输送的异常。从而导致热带和副热带太平洋上层海温场的异常变化，对El Nino和La Nina事件的发生起到推动作用[31]。

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