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——地震、海啸、低温和流感:灾害链变化的趋势(科普)
杨学祥,杨冬红
据新加坡《联合早报》报道,南太平洋大海啸的确实死亡人数前天已增加到176人。另有12人依然下落不明,他们恐怕也凶多吉少。据了解,当地灾区的重建工作已开始进行,倒在道路和海滩上的建筑瓦砾残骸也已经清除。萨摩亚国家卫生服务的一名主管菲乌表示,当地每天还是有不少受伤的灾民前往医院接受治疗。而且,接下来的几个星期还可能出现许多感染了肠胃炎和腹泻的灾民,尤其是小孩和老人。因此,死亡人数的上升是在所难免的。萨摩亚红十字会秘书长马瓦拉说,由于人们对灾区爆发传染病的顾虑日益增加,卫生官员前天在阿皮亚举行了会议,讨论解决此问题所应采取的策略。她指出:“我们已经接获有关肠胃炎和腹泻正迅速蔓延的消息,而其他疾病爆发的可能性也相当高。”
根据历史记录,就全球灾害变化的趋势而言,萨摩亚8级地震引起的南太平洋大海啸可能导致全球气温的逐渐降低,引发低温冻灾,增大流感爆发的强度。我们必须了解这一变化的历史记录和物理过程。
对宇宙飞船测量数据的分析确定,太阳的辐射输出变化于0.1~0.3% 的水平上。大量观测数据表明,地质环境记录的气候变化与由地球轨道引起的太阳辐射量的变化有较好的一致性。现代科学研究不仅需要相关数据的统计分析,而且需要相关机制的能量计算。这一问题的争论焦点是,地球接收到的太阳能量变化是否足以引起地球气候长周期(冰期和间冰期)和短周期(小冰期与小气候最适期)的相互转变。Eddy等人估计,太阳常数变化引起的气候响应与正常发生的变化相比是很小的——太阳常数的变化至多使地球表面的温度受到零点几度的扰动,问题的关键在于能够激发低层大气发生变化的机制。
海底藏冷效应和海洋锅炉效应
赤道热两极冷是太阳能量纬度不均匀分布造成的。由于大气热容量低,大气热对流不能改变这一基本规律。海水则不同,其热容量大,热对流的传热效果十分显著。计算表明,每立方米的水和空气温度降低一度所释放的能量分别为4180000焦尔和1290焦尔,前者是后者的3240倍[17]。这个巨大差别可从海洋性气候和大陆性气候的比较中看到。气象学家张家诚指出,瓦伦西亚岛和赤塔同在北纬52度附近,前者位于爱尔兰的大西洋岸,属于海洋性气候,后者位于亚洲大陆内部,属于大陆性气候。虽然纬度相近,但温差在一年内的分布相差悬殊。一年内最冷和最热月份温度的差值,在瓦伦西亚只有7.9度,在赤塔则为46.1度,大于前者5.5倍之多。前者年均温度为摄氏10.3度,后者为零下3度,差值为13.3度。这说明海洋的内能多于大陆,海洋是大气热量的重要供应者。
海水因为含有平均约3.5%的盐分,所以它的最大密度约出现在摄氏负2度左右,恰好与海水开始结冰的温度很接近。两极临近结冰的海水密度最大,源源不断地沉入两极海底,自转离心力使较重的海水向赤道海底运动,形成全球巨厚的海底冷水层。由于太阳辐射不能进入这个领域,“冷”被安全地封存在海底,冷水领域还不断扩大。赤道海水表层热水在上、冷水在下,垂直方向只有热传导、没有热对流。随着海洋冷水区的不断扩大和赤道海洋表层热水区的不断缩小,赤道和两极的温差也不断加大,形成中、高纬度地区的冰盖和冰川。我们称这个过程为海底藏冷效应。它是海气相互作用的典型范例,大气中的“冷能”由此而进入海洋。冰雪反射太阳辐射,随着冰雪面积的不断扩大,地表接受到的太阳能量越来越少,使大气和海洋越来越冷,冰期有一个长期的“冷积累”过程。
由于内核相对地壳地幔的差异旋转,太阳辐射达到最大值时使核幔角动量交换达到高峰,部分旋转动能转变为热能积累在核幔边界赤道区(此处核幔速度差最大,积累的热能最多)。超级热幔柱(羽)由核幔边界赤道热区升起,在海底赤道区喷发,加热了底层海水,并引发赤道和两极之间的海洋整体热循环,降低了赤道和两极大气的温差,使两极的海温和气温逐渐上升到冰点以上,消除了海洋藏冷效应的“冷源”,形成全球无冰温暖气候,产生晚白垩纪赤道海洋表层低温之谜(当时温度为摄氏21度,比现代低6.5度)。我们称这个过程为海洋锅炉效应。有证据表明,随着热幔柱喷发强度的减弱,近一亿年间海洋底层水冷却了摄氏15度,大气冷却了10~15度。这是典型的地、海、气相互作用。计算表明,一亿二千万年前形成翁通爪哇海台的海底热幔柱喷发,其释放的热量可使全球海水温度增高33度。有证据表明,在古新世末不到6000年的时间内大洋底层水增温
目前海洋底层温度为摄氏2度,它为大气提供了充足的冷源。
美国科学家季林的强潮汐降温作用
美国科学家相信,即使没有温室效应, 地球自己的卫星月球也会使地球的温度上升。加州大学圣地亚哥分校海洋学研究所的查尔斯. 季林2000年在美国科学院院刊上指出,月球通过影响地球上的潮汐使地球的温度上升。
9年前杰拉尔德. 邦德通过分析大西洋底的沉积层,发现地球的寒冷期和温暖期出现有规律的波动,波动周期大约为1500~1800年。季林认为,地球、月亮和太阳相对位置的变化会引起潮汐强度的逐渐变化,其周期与邦德提出的“气候周期”是一致的。当日、地、月排成一线且相互距离最小时,日月引潮力相互加强而变为最大,地球海洋潮汐规模也最大,这时就有更多来自海洋深处的冷水被带到海面。这些冷水可以冷却海洋上的空气。当日、地连成的直线与月、地连成的直线相互垂直时,太阳潮汐减弱月球潮汐,使地球海洋潮汐变小,这时海洋深处的冷水很难被带到海面,世界就变得暖和。据季林的计算,大约在1425年即小冰期的末期,潮汐达到了最大值,从那以后逐渐减弱,直到3100年潮汐又达到最大值。这个周期是过去1万年气候变迁的主要动力。这个效应使地球的温暖期从小冰期末期一直持续到24世纪,而后随着潮汐的增强,地球的气候将逐渐变冷。
除了1500-1800年潮汐长周期外,潮汐中周期为准60年、54-56年、22年、18.6年和11年。特别是54-56年周期(拉马德雷周期),在全球气候变化中起非常明显的作用。
中国科学家郭增建的深海巨震降温说
引人注目暖冬之争终于结束了,2005年3月中国气象局宣布了刚刚过去的冬天全国的气温状况——比上个冬天低了0.9度,全国气温接近常年。全国气温较常年冬季偏高的省(市、区)有10个,偏低的省份达18个。
虽然直到2月中旬,关于冷暖的问题,还在不停的争吵,但是2月底,上海率先宣布《上海终结持续16年暖冬天气 频繁雨雪致气温偏低》,接着江西跟进宣布《暖冬之说打破 气象专家称"这个冬天很正常" 》, 江西省整个冬季气温偏低,与历史资料相比,全省偏低
2005年南半球夏季出现低温,澳大利亚首都堪培拉
郭增建的“深海巨震降温说”是一种合理的解释:海洋及其周边地区的巨震产生海啸,可使海洋深处冷水迁到海面,使水面降温,冷水吸收较多的二氧化碳,从而使地球降温近20年。20世纪80年代以后的气温上升与人类活动使二氧化碳排放量增加有关,同时这一时期也没有发生巨大的海震。巨震指赤道两侧各40o范围内的8.5级和大于8.5级的海震。根据郭增建的理论,2005年全球气温将因为印尼地震海啸而降低。
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
根据郭增建的“深海巨震降温说”理论,2005年全球气温将因为印尼地震海啸而降低。美国国家航空航天局(NASA)的科学家认为,一个较弱的厄尔尼诺现象和人类排放的温室气体将使2005年成为人类有记载以来最热的一年。孰是孰非,客观实践已经做出了公平的检验。世界都公认1998年为人类有记载以来最热的一年,西方科学家也承认了这一客观事实:过去两年里,自然气候的变化抵消了全球气候变暖效应并将继续促使气温在2008年保持缓慢变化的趋势,2008年是近十年最冷的一年,2005年也没有突破1998年的高温纪录。
拉马德雷冷位相时期的低温冻害和灾害链
民政部副部长李立国
2008年初中国南方的低温冻灾被称为50年一遇的突发灾害,在严重的灾害损失面前,有人可能心存侥幸,以为50年后才能再次遇到同样的灾害,丧失了预防灾害再次发生的警惕性。这是非常危险的。根据历史规律,未来30年内低温冻害频发。研究表明,中国严重的低温冻灾集中在20-30年的拉马德雷(亦称太平洋十年涛动PDO)冷位相时期,而在20-30年的拉马德雷暖位相时期低温冻害的强度较小。50年前的1954年12月至1955年1月南湖南严重冻灾发生在1947-1976年的拉马德雷冷位相时期,2008年初南方的低温冻灾发生在2000-2030年的拉马德雷冷位相时期,中间间隔53年。
1. 1947-1976年拉马德雷冷位相时期的中国南方暴雪冻害
1.1 在1954年汉江使用破冰船
严寒天气使得汉水出现了罕见的结冰现象,天门境内汉江上可行板车,可见冰之厚。政府在汉江汉口至樊城的540多公里航线上,使用破冰船,结合爆破和人工作业,日夜不停地进行破冰,汉川县城隍港冰厚的地区,则使用炸药破冰。经过24天的努力,汉江全线终于在
1.2 在1964年出现严重雨凇
这次过程于
雨凇对邮电通讯造成很大危害,压倒电线杆1046根。8日至12日的雨凇,造成地面结冰,使得武汉市部分汽车、电车停开。
1.3 在1977年出现历史极端最低温
这次过程开始于
异常低温农业产生毁灭性的冻害。这次低温严重,使蔬菜、柑橘和油菜等越冬作物受到非常严重的冻害,造成重大的经济损失,仅武汉市就冻坏了几千万公斤蔬菜,造成市场供应紧张。全省齐心协力,最终战胜了低温灾害。
2. 长江中下游冬季最大连续冰冻天数历年变化
统计表明:中国北方的严重低温冷害都发生在拉马德雷冷位相时期的厄尔尼诺年,如1957、1969、1972、1976年;中国南方的严重低温冻害都发生在拉马德雷冷位相时期的太阳黑子低值年和拉尼娜年(或厄尔尼诺年),如
以上灾情在1952-2008年长江中下游冬季最大连续冰冻天数历年变化统计表中再次得到验证(见图1):在1947-1976年拉马德雷冷位相时期及其边界1977年,长江中下游冬季最大连续冰冻天数超过4天次数为5次,即平均5年发生一次;而1985-2007年期间一次也没有发生。综合考虑中国南方和北方的数据,上次拉马德雷冷位相期间中国平均每4年发生一次严重低温冻害。
丁一汇院士指出,因为中国全国范围的可靠气象资料是从1951年或1949年开始的,所以,科学的说法,说这次雪灾是“五十年一遇”是可以的,虽然从某些单项指标来看,有些超过了1951年来的极端值,成为有气象记录以来(中国东部气象记录约有120年左右的历史)的所谓百年一遇。我国的气候历史记录显示,自1951年以来,南方最严重的一次冷害发生在1954年冬天,这是发生在夏季长江最为严重的大洪水之后的冬天,雪区和冻雨范围和今年的雪灾差不多。根据记载,当年南方许多地区积雪深度为20~30厘米,最深处厚达
从图1中可以看出,1947-1976年为拉马德雷冷位相时期(历时29年),长江中下游冬季最大连续冰冻天数历年变化的高峰值从1955年到1984年(历时也29年),开始时间后延了8年,结束时间后延了8年;1977-1999年为拉马德雷暖位相时期(历时22年),长江中下游冬季最大连续冰冻天数超过4天1985-2007年期间(历时也22年)一次也没有发生。长江中下游冬季最大连续冰冻天数历年变化的高峰值相对拉马德雷冷位相滞后8年,时间间隔的对应性非常准确。2000-2030年为拉马德雷冷位相时期,长江中下游冬季最大连续冰冻天数历年变化的高峰值从2008年开始,开始时间后延了8年,依照规律,结束时间也应后延8年。这对预测今后低温冻灾有借鉴意义:未来30年中国低温冻灾可能频发。