夏季酷热和冬季严寒的原因：北极冰盖融化和等位面变化

                        杨冬红，杨学祥

1.    近年来北半球频遭低温暴雪袭击

  2006-2013年北半球频遭低温暴雪袭击。从中国的情况看，最近的5个冬季更出现了3个明显的“冷冬”。我国平均气温2011年是最低值。与我国类似，欧亚大陆很多国家也正在遭遇寒冬。与近几年相比，2012年这次欧洲暴风雪和寒流造成的灾害比2007年、2008年、2009年严重得多，但还比不上2006年、2010年和2011年，其中2006年的情况基本是最严重的[1]。

  吉林省气象台发布权威数据显示，自2012年11月1日至2013年2月28日，吉林省总计出现了11次明显降雪过程，平均降雪量为78毫米，较常年同期多119%，达常年冬季降雪量2倍多，突破历史记录。其中，白城、松原、长春、四平、吉林地区均突破历史极值。即将过去的这个冬天里，不仅仅在吉林省，中国的黑龙江、辽宁、内蒙古、新疆等省区均出现过多轮大范围降雪降温天气①。2012年冬季，我国频繁遭遇大范围寒潮天气，先后出现7次大范围冷空气活动，全国平均气温为近28年同期最低，多地最低气温突破历史极值，部分地区遭受雪灾或冻害②。

  2013年４月中旬，中国、朝鲜、韩国、日本等东北亚国家遭遇突如其来的春寒天气，气温骤降、雨雪交加。“春寒”并非仅发生在东亚，今年春季欧洲的气温也明显低于常年。英国３月份的平均气温仅2.5℃，比常年平均值低３℃，已接近1962年的历史最低纪录③。

2.    北极海冰融化成主因

  北极海冰覆盖面积自20世纪就开始记录，上世纪60年代，北极冬季海冰覆盖面积为1400万-1600万平方公里，夏季末海冰覆盖面积为700万-900万平方公里，此后北极海冰面积持续下降。海冰最低覆盖面积出现在2005年、2007年、2008年和2010年的9月份，最低记录是2007年428万平方公里，这一最低记录于2012年再次被打破。2012年11月，世界气象组织在多哈举行的联合国气候大会上发布报告称，从2012年3月至9月间，北极海冰消失了1183万平方公里，比整个美国还要大。因此，北极周围海冰面积“创下了历史新低”④。

  2012年秋季，北极海冰的面积与体积均降至历史最低点。但根据位于美国科罗拉多州的美国国家冰雪数据中心（NSIDC）2013年3月25日公布的卫星图像显示，最近一段时间，北极海冰的面积又逼近这一最低点，随时可能“打破纪录”。“北极海冰正在迅速融化，目前的面积甚至不足30年前的两成，导致北极变暖。”美国罗格斯大学沿海和海洋科学研究所的专家詹妮弗•弗朗西斯说，这正是全球气候变暖的“症状”，并令北极地区的冷空气南下。许多专家也同意弗朗西斯的观点。德国波茨坦研究所的弗拉基米尔•佩托科夫教授介绍说，北极地区的部分海冰逼近历史最低点，“这或许能解释反气旋的形成”。佩托科夫此前运用计算机模型进行预测，称海冰融化将导致气候变化。阿尔弗雷德•魏格纳极地与海洋研究所的科学家近日公布的研究也证实了这一点。研究显示北极海冰的减少与极地区域高压产生有关，后者影响着北半球中低纬度地区的气流模式。科学家发现，随着海冰减少，更大面积的海水暴露于大气中，大量热量从海水中释放到海面以上的冷空气中，使北极地区变暖。升温的空气使气压不稳定，并改变北极与其以南区域之间的气压差异，最终导致气流模式发生变化。气候学家们认为，这一假设足以解释极端炎热与极端寒冷天气的出现。近日，美国国家海洋与大气局发布的一份报告也指出，“由于大量海冰消失，更多日光可以直接照射在北极海面”，导致北极地区气温上升，并最终引发北半球恶劣天气⑤。

  中国学者认为，秋季北极海冰面积变化对东亚冬季地表气温具有显著的影响。秋季北极海冰偏少，容易引起冬季西伯利亚高压增强和欧亚大陆北部西风减弱，利于冷空气南下。北极海冰面积越小，越有利于极地冷气团中心向南偏移。南下冷空气活动就越频繁，这样就容易导致欧亚地区及我国冬季出现低温严寒天气。北极海冰是影响东亚及中国冬季气候的主要因子之一，北极海冰缩减使得北极水域开阔，加之变暖使大气中的水汽含量增加，从而有利于更多的水汽向中高纬度地区输送，导致中国北方地区容易出现强降雪天气①②。

  格陵兰冰盖融化导致的大气和海洋等位面变化使北半球中低纬度地区变冷

  我们的研究表明，两极冰盖的形成和消失不仅与气候变化有关，而且对局部气候产生重大影响。北极冰盖大规模融化后，在融化的北极冰盖周围海平面下降的同时，北极地区大气等位面也同时下降，迫使北极冷空气向北半球中低纬度流动，这是北极冰盖大面积融化后，北半球中低纬度地区遭遇大规模冰雪严寒袭击的原因。

  2013年夏季全球酷热，是全球等位面南北震荡的季节性自我调节，与点源喷发的全球对流有关。

2012年欧洲和日本暴风雪和寒流造成的灾害比2007年、2008年、2009年严重得多，但还比不上2006年、2010年和2011年，其中2006年的情况基本是最严重的。其原因在于2004年12月26日印尼苏门答腊发生了9.1级地震和严重海啸，2005年3月28日和2007年9月12日印尼苏门答腊发生8.5级和8.6级地震，2010年2月27日智利发生8.8级地震和海啸，2011年3月11日日本发生9级地震和严重海啸，2012年4月11日印尼苏门答腊发生8.6级地震。深海巨震和海啸与冷气候有很好的对应关系，显效速度缓慢，保持时间长。这是冷气候频发的重要条件和背景。

2013年7月7日晚至10日，强降雨侵袭四川，成都、雅安、乐山、眉山、德阳、绵阳大部及广元市西部出现了区域性暴雨，暴雨洪涝灾害已造成四川209.4万人受灾，导致31人死亡、166人失踪(其中都江堰21死、108失踪)。受灾地区22.3万人紧急转移安置；近5100间房屋倒塌，近9万间不同程度损坏；直接经济损失71.9亿元。暴雨与2008年5月12日四川汶川8级地震、2012年4月20日四川雅安7级地震有关吗？

研究表明，地震波在传播过程中的能量密度变化，与单位时间扩散的大圆周长C成反比。设地震的总能量为Q，能量密度为δ，穿过的面积为S=Cl = 2πRlsinφ，l为单位弧长，R为地球半径，则有

δ= Q/S = Q/ (Cl) = Q/ (2πRlsinφ)                               (1)

其中，圆心角φ为震中和地心连线与大圆上任一点和地心连线的夹角。同样，在球壳中点源喷射造成的球面对流，也会有扩散、集中、返回的震荡过程（见图2-4）。

由（1）式可知，在φ= 0和φ= π时，能量密度δ为无穷大，在φ= π/2时，即经过地表最大圆时，能量密度δ最小。这就是说，假定地震波能量在传播中无损耗，震中的地心对称点处的能量密度最大。该公式表明，能量密度δ在震中同一半球中，随震中与地心连线的长度增加而减少；在震中的另一半球，能量密度δ随震中与地心连线延长线的长度增加而增加。

举例来说，2004年12月发生在印尼苏门答腊外海的强震，就在遥远的阿拉斯加、加州与厄瓜多尔引发了地震。厄瓜多尔（西经80，南纬0）恰恰就是印尼苏门答腊（东经100，南纬0）的地心对称点。这是一个很有说服力的解释。点源激发在球面上的震荡和对流对余震和强降水都存在激发作用（见图1和图2）。

图1 点源激发震荡在球面上的能量密度变化(杨冬红，2009)

2003年12月23日22时左右，“重庆井喷”发生。井喷事故压井方案的实施时间从26日上午推迟到27日上午10时。整个井喷事件历时84小时，大约17.5至21百万立方米石油天然气喷入大气中，其环境效应不仅仅是硫化氢中毒。据气象部门提供的消息，2004年9月2至5日，川东北地区的达州、南充、巴中等市普降暴雨，多数地方降雨量超过100毫米，这次降雨是今年以来四川境内雨量最大、强度最强、持续时间最长的一次。其中，达州市渠县累计降雨量已超过360毫米，是百年一遇的特大暴雨。开县受灾最为严重——惨遭200年一遇特大暴雨洪灾，部分地区为500年一遇。由此看来，2003年12月23日重庆开县井喷、2004年9月2-7日重庆开县又遭受暴雨洪水的袭击、两者之间可能有因果关系（见图2-3）。

2008年5月12日四川汶川发生8 级地震，2009年7月4日地震灾区遭遇“7.14”暴雨洪涝灾害。2013年4月20日四川雅安发生7级地震，中国气象局4月28日在例行发布会上表示，进入5月份的雅安，是全国暴雨中心，也是四川降雨最多的地方之一。7月7日晚至10日，强降雨再次侵袭四川，成都、雅安、乐山、眉山、德阳、绵阳大部及广元市西部出现了区域性暴雨，全省共有25个县（市）出现暴雨，其中有14个县（市）降了大暴雨。截至9日15时降雨量累计统计，全省4474个观测站中雨量达50～100毫米有319个站，100～250毫米有319个站，大于250毫米有71个站，强降水中心区域都江堰幸福镇、滨江街道办自动监测站大于500毫米。都江堰气象站日降水量已超过有记录以来的最大值。

  为何暴雨集中在两次地震灾区?地震-暴雨的灾害链值得关注。点源喷发导致的大气环流是合理的数学模型，能量在喷发点及其球对称点达到最大值（见图2-3）。

图2  点源喷发在球壳中的全球对流(杨冬红，2009)

图3  点源喷发在球壳中的区域对流(杨冬红，2009)

潮汐震荡的特点是，在地球和月亮的中心连线上，面对月亮的地球球面上的点及其地心对称点的潮汐最大，与点源激发在球面上的震荡特征相同。这是潮汐易于激发地震活动的一个原因。地震火山活动造成的地球排气，根据其震级的大小，可造成局部的或全球的大气循环。地震后的喷气增大影响范围，伴随气流在球面的传播和返回，可带来暖湿气流形成强降雨。

北极冰盖融化与北半球夏季酷热和冬季严寒密切相关，地球等位面的南北震荡是主要原因。英国2013年7月遭受了自2006年以来持续时间最长的热浪袭击，白天温度动辄超过30℃，而这波热浪将至少持续到下周。英国气象部门17日在伦敦西南部测得最高气温32.2℃，创下该国全年最高气温纪录。目前高温已造成760人死亡。美国东北及中西部本周同时受到热浪侵袭，部分地区温度达37.8℃，加上天气潮湿，实感温度达到40℃。在没有冷气的纽约地铁站，室温更达50℃。目前有19个州部分地区发布了高温警报。卫生部门说，受此次热浪席卷，至少有6人因热致死。日本消防厅日前发布的最新统计报告显示，过去一周，由于日本全国普遍高温，有超过1万人因中暑被送往医院救治。自今年梅雨季节结束至今，东京都内死于中暑的人至少已达59人。过去一周，日本一些城市出现了39℃的高温，东京市中心的气温也达到35℃。

本文的研究结果对全球变暖的形势发出特殊的警告：在预防夏季高温的同时，必须更多关注冬季的特殊变冷。因为高温导致的格陵兰冰盖融化能导致其周围地区在冬季急剧变冷，这是对冷暖互变最有说服力的解释。

参考文献

①李彦国。吉林去冬今春降雪破纪录北极海冰融化成主因。发布时间：2013年03月22日 15:29 来源：中国新闻网。http://www.chinanews.com/shipin/cnstv/2013/03-22/news189316.shtml

②潘希。专家称北极海冰融化加剧是今年寒冬主因。2013年01月07日08:18 《中国科学报》 (20130107 第1版要闻)http://scitech.people.com.cn/n/2013/0107/c1007-20113710.html 

③陈勇。科普：北极融冰东亚春寒。2013年04月20日 11:18:05 来源：新华网。

http://news.xinhuanet.com/world/2013-04/20/c_115464359.htm 

④综合。世界气象组织：21世纪前10年系有记录以来最热十年。2013-07-10 15:44:41 来源：infzm.com

http://www.infzm.com/content/92271

⑤齐旭。北极海冰融化导致欧洲“倒春寒”。2013年03月27日15:13 来源：新民晚报。http://world.people.com.cn/n/2013/0327/c157278-20937944.html

杭州为什么那么热？请教杨学祥教授

已有 41 次阅读 2013-7-28 05:10 |个人分类:科普知识|系统分类:科普集锦|关键词:杭州    推荐到群组

杭州为什么那么热？请教杨学祥教授

受副热带高压影响，7月来，浙江大部出现持续高温天气，省会杭州的气温更是“夺人眼球”。24日，杭州最高气温达40.4℃，25日40.3℃，26日40℃，27日再次突破40℃大关，达40.5℃。这是自1951年有气象纪录以来杭州首次连续4天最高气温突破40℃。据统计，截至今天，杭州7月35℃以上的高温天数已达24天。 

http://news.qq.com/a/20130727/006399.htm?pgv_ref=aio2012&ptlang=2052

 杨学祥  准备迎接最热年：夏季酷热冬季严寒

 我在2012年5月22日指出，2000年进入拉马德雷冷位相，2012年的厄尔尼诺正在到来，我们必须做好迎接拉马德雷冷位相灾害链的准备：一个极端炎热的夏季和极端寒冷的冬季。2013年的拉尼娜事件非常强烈，将重复2010年强拉尼娜事件的大致过程。2013年为太阳黑子峰年、2014-2016年为月亮赤纬角最小值、2015年可年发生厄尔尼诺事件，我们可能迎来又一个最热年新纪录，不过，频发的强震可以降低变暖规模[1]。

 最近研究表明，夏季高温和冬季低温存在必然的联系，今夏酷热，将加剧冬季的严寒。 

高温橙色预警：浙川渝局地最高温可超40℃

2013年07月26日06:54   中国气象视频网

http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=711459

本文引用地址：http://blog.sciencenet.cn/blog-280034-711854.html 

图1-3 给出的是地下热点源的喷发，北极大气冷点源的喷发形成的对流方向正好相反。