逍遥右脑 2017-09-10 14:10
摘 要：厄尔尼诺现象是太平洋赤道带大范围内海洋和大气相互作用后失去平衡而产生的一种气候现象。本文探讨了厄尔尼诺现象的大气物理特征、生命期及形成原因等基本理论知识，并延展了厄尔尼诺的最新发展状况——ENSO，最后详述了厄尔尼诺现象对我国气候的影响，为我国更好地应对厄尔尼诺所带来的危害提供了丰富的理论支撑。
关键词：厄尔尼诺；大气环流；ENSO；气候影响
1 引言
近年来，人类所生存的气候环境愈加恶化，气候条件愈加反常。诸如众所周知的非洲干旱、印尼森林大火、巴西暴雨、北美洪水以及我国刚刚经历的南方暴雪……科学家将这种现象的产生归因于海气相互作用的产物——厄尔尼诺。
人类通过大量的观测和研究发现，厄尔尼诺（El Nino）信号不仅存在于全球热带的海面温度、气压、风和云量以及洋流强度等要素场，而且在世界许多地区的大气环流和气候年际变化中也有着较清晰的反映，与大范围气候异常的出现也有联系。因此，世界各国海洋和气象界越来越普遍关注El Nino现象，并为之开展了较为广泛和深入的研究。中国作为紧靠厄尔尼诺现象发生区的国家之一，必然会受到El Nino对我国气候造成的影响。
2 厄尔尼诺
2.1 厄尔尼诺现象概述
厄尔尼诺现象又称厄尔尼诺海流，是太平洋赤道带大范围内海洋和大气相互作用后失去平衡而产生的一种气候现象，即是沃克环流圈东移造成的。正常情况下，热带太平洋区域的季风洋流是从美洲走向亚洲，使太平洋表面保持温暖，给印尼周围带来热带降雨。但这种模式每2—7年被打乱一次，使风向和洋流发生逆转，太平洋表层的热流就转而向东走向美洲，随之便带走了热带降雨，出现所谓的“厄尔尼诺现象”。
El Nino一词为西班牙语，原意为“圣婴”（“上帝之子”）。19世纪初，在南美洲的厄瓜多尔、秘鲁等西班牙语系的国家，渔民们发现，每隔几年，从10月至次年3月便会出现一股沿海岸向南移动的暖流，使表层海水温度明显升高。南美洲的太平洋东岸本来盛行的是秘鲁寒流，随着寒流移动的鱼群使秘鲁渔场成为世界四大渔场之一，但这股暖流一出现，性喜冷水的鱼类就会大量死亡，使渔民们遭受灭顶之灾。由于这种现象最严重时往往在圣诞节前后，于是遭受天灾而又无可奈何的渔民将其称为上帝之子－－圣婴。后来，在科学上此词语用于表示在秘鲁和厄瓜多尔附近几千公里的东太平洋海面温度的异常增暖现象。当这种现象发生时，大范围的海水温度可比常年高出3－6℃。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。
厄尔尼诺现象的基本特征是太平洋沿岸的海面水温异常升高，海水水位上涨，并形成一股暖流向南流动。它使原属冷水域的太平洋东部水域变成暖水域，结果引起海啸和暴风骤雨，造成一些地区干旱，另一些地区却又降雨过多的异常气候现象。
厄尔尼诺的全过程分为发生期、发展期、维持期和衰减期，一般历时一年左右，大气的变化滞后于海水温度的变化。
2.2 厄尔尼诺现象的大气物理特征
在气象科学高度发达的今天，人类通过各种观测和研究得知，太平洋的中央部分是北半球夏季气候变化的主要动力源。通常情况下，太平洋沿南美大陆西侧有一股北上的秘鲁寒流，其中一部分变成赤道海流向西移动，此时，沿赤道附近海域向西吹的季风使暖流向太平洋西侧积聚，而下层冷海水则在东侧涌升，使得太平洋西段菲律宾以南、新几内亚以北的海水温度渐渐升高，这一段海域被称为“赤道暖池”，同纬度东段海温则相对较低。
对应这两个海域上空的大气也存在温差，东边的温度低、气压高，冷空气下沉后向西流动；西边的温度高、气压低，热空气上升后转向东流，这样，在太平洋中部就形成了一个海平面冷空气向西流，高空热空气向东流的大气环流（称为“沃克环流”），如图1所示，这个环流在海平面附近就形成了东南信风。
图1 沃克环流
但有些时候，这个气压差会低于多年平均值，有时又会增大，这种大气变动现象被称为“南方涛动”。60年代，气象学家发现厄尔尼诺和南方涛动密切相关，气压差减小时，便出现厄尔尼诺现象。厄尔尼诺发生后，由于暖流的增温，太平洋由东向西流的季风大为减弱，使大气环流发生明显改变，极大影响了太平洋沿岸各国气候，本来湿润的地区干旱，干旱的地区出现洪涝。而这种气压差增大时，海水温度会异常降低，这种现象被称为“拉尼娜（La Nina）现象”。
20世纪60年代以后，随着观测手段的进步和科学的发展，人类发现厄尔尼诺现象不仅出现在南美等国沿海，而且遍及东太平洋沿赤道两侧的全部海域以及环太平洋国家；有些年份，甚至印度洋沿岸也会受到厄尔尼诺带来的气候异常的影响，发生一系列自然灾害。总的来看，它使南半球气候更加干热，使北半球气候更加寒冷潮湿。
2.3 厄尔尼诺现象的生命期
观测研究发现，厄尔尼诺的发生发展总是倾向于固定的季节，特别是和正常的季节变化循环有一定的依赖关系。根据厄尔尼诺发生发展时，太平洋海温、风场特征的合成分析等可将厄尔尼诺发展过程大致归纳为预兆位相、发展位相、成熟位相和恢复位相四个阶段。
预兆位相（2-5月）
此时段的特征是沃克环流的上升支开始东移，与哈德莱环流相联系的ITCZ在东太平洋开始向南移，这类现象都与赤道东太平洋海温变暖有关。赤道信风开始减弱；秘鲁、厄瓜多尔沿海海温异常升高。当出现最大正距平中心1.6℃以上，热带幅合带（ITCZ）移到最低纬度时，厄尔尼诺事件开始。
发展位相（6-10月）
在预兆位相中出现的东太平洋沿海海温升高现象，从5-6月开始明显的向西扩展，到10月份以后，整个热带太平洋出现异常的海面温度升高的现象。这个阶段，在中太平洋出现强对流现象，OLR出现负值。
成熟位相（12-2月）
此时，整个热带太平洋地区出现海温异常增暖，信风异常减弱。地面及850hPa（135-170°W，5°S-5°N）西风正异常，高层200hPa（160°W-110°W,5°S-5°N）东风正异常。即底层东风减弱，高层西风减弱，说明沃克环流减弱。
恢复位相（5-7月）
赤道东太平洋海温明显下降，正距平中心下降到1℃以下，并西移到170°W-160°W之间。南美沿岸的海温出现负距平。
2.4 厄尔尼诺现象的成因
到目前为止，全球科学界对厄尔尼诺现象形成的原因尚未达成共识，一种比较普遍的看法是：在正常状况下，北半球赤道附近吹东北信风，南半球赤道附近吹东南信风。信风带动海水自东向西流动，分别形成北赤道洋流和南赤道暖流。从赤道东太平洋流出的海水，靠下层上升涌流补充，从而使这一地区下层冷水上翻，水温低于四周，形成东西部海温差。但是，一旦太平洋地区的冷水上翻减少或停止，海水温度就升高，形成大范围的海水温度异常减弱，甚至变为西风时，赤道东太平洋地区的冷水上翻减少或停止，海水温度就升高，形成大范围的海水温度异常增暖。而突然增强的这股暖流沿着厄瓜多尔海岸南侵，使海水温度剧升，冷水鱼群因而大量死亡，海鸟因找不到食物而纷纷离去，渔场顿时失去生机，使沿岸国家遭到巨大损失。
厄尔尼诺形成的前兆包括：印度洋、印尼与澳洲气压上升；大溪地和太平洋中央、东面的海面气压下降；南太平洋的贸易风减弱或往东面吹；秘鲁附近的暖空气上升，令当地沙漠下雨；暖空气由太平洋西岸扩散至印度洋与太平洋东面。同时它令东面较干燥和有干旱的地方降雨。
2.5 新厄尔尼诺——ENSO
近年来，科学家对厄尔尼诺现象又提出了一些新的解释，即厄尔尼诺可能与海底地震、海水含盐量的变化以及大气环流变化等有关。
由于科技的发展和世界各国的重视，科学家们对厄尔尼诺现象通过采取一系列预报模型、海洋观测和卫星侦察、海洋大气耦合等科研活动，深化了对这种气候异常现象的认识。首先认识到厄尔尼诺现象出现的物理过程是海洋和大气相互作用的结果，即海洋温度的变化与大气相关联，所以在80年代后，科学家们把厄尔尼诺现象称之为“安索”(ENSO)现象。其次是热带海洋的增温不仅发生在南美智利海域，而且也发生在东太平洋和西太平洋。它无论发生在哪时，都会迅速地导致全球气候的明显异常，它是气候变异的最强信号，会导致全球许多地区出现严重的干旱和水灾等自然灾害。
从我国6-8月主要雨带位置来看，在75%的厄尔尼诺年内，夏季雨带位置在江、淮流域。形象一点说，热带地区大气环流的低频振荡可比作是热带地区的心脏跳动，厄尔尼诺事件的发生就好像是热带地区得了一个心脏病，使得规律性的低频振荡出现了异常现象。
当上述厄尔尼诺现象发生时，遍及整个中、东以及太平洋海域，表面水温正距平高达3℃以上，海温的强烈上升造成水中浮游生物大量减少，秘鲁的渔业生产受到打击，同时造成厄瓜多尔等赤道太平洋地区发生洪涝或干旱灾害，这样的厄尔尼诺现象称为厄尔尼诺事件。一般认为海温连续三个月正距平在 0.5℃以上，即可认为是一次厄尔尼诺事件。相反，如果南美沿岸海温连续三个月负距平在 0.5℃以上，则认为是反厄尔尼诺事件，又称拉尼娜事件。当前据气象学家的研究普遍认为：厄尔尼诺事件的发生对全球不少地区的气候灾害有预兆意义，所以对它的监测已成为气候监测中一项重要的内容。
3 ENSO对我国气候的影响
3.1 ENSO对我国夏季气候异常的影响
ENSO事件造成的大气环流异常，尤其是热带大气环流的异常，对我国夏季气候有着重要的影响。例如，西太平洋副热带高压的异常既对西太平洋台风活动有重要影响，又直接同我国东部的汛期降水的变化有关。
3.2 ENSO对西太平洋台风活动的影响
台风是影响我国的主要灾害性天气系统之一，尤其是在夏半年对我国天气气候的影响很大。据有关资料分析表明，西太平洋（包括我国南海海域）台风活动同ENSO都有着极其明显的关系。平均而言，在El Nino年西太平洋台风数偏少，而在La Nina年，西太平洋台风数明显偏多，并且在El Nino（La Nina）年，登陆我国大陆的台风数也偏少（多）。
由于大气和海洋热状况的年变化，使得台风活动也具有季节性，一般而言，7-11月份为台风的多发季节。资料分析表明，在台风活动的季节性变化特征还明显地显示出ENSO的影响。
基于台风形成的一些条件，资料分析表明，在El Nino和La Nina情况下，西太平洋热带大气环流状况以及该地区海温状况都有明显的差异。首先，Nino情况下，沃克环流将发生异常，使得西太平洋台风源区有异常的下沉运动，对流活动受到抑制，不利于台风的形成。其次，西太平洋台风中的相当多数是从幅合带中低压活云团发展起来的。由于El Nino事件使得西太平洋副高位置偏南，热带幅合带的位置也偏南。这些都不利于台风的发展。第三，西太平洋台风的形成同西太平洋海水温度有一定的关系，若海温低于28度，则台风难于在海域形成。而在El Nino年，西太平洋都出现海温负距平，这当然不利于台风的形成。第四，根据台风发展的CISK机制，大气稳定度参数对扰动的不稳定发展有重要影响，而台风源区大气稳定度的计算表明，El Nino年该地区稳定度偏大，因而对台风形成不利。
3.3 ENSO对我国东北低温的影响
东北是我国主要的粮食产地之一，该地区纬度较高，作物生产期较短，因此夏季低温是一种重要的气候灾害。而资料分析表明，我国东北地区的夏季低温同ENSO有着密切的关系。在El Nino年夏季，黑吉辽三省1911-1984年期间的气温均有持续负距平；而在La Nina年夏季，均为持续正距平。由此可认为，在El Nino 年夏季，我国东北气温往往偏低；而在La Nina年夏季，我国东北气温多偏高。
现代研究表明，东北夏季低温的发生同El Nino所造成的大气环流异常有着密切关系。当然影响我国东北夏季低温的原因不止于此，并非El Nino（La Nina）年夏季东北都出现低（高）温，只是说ENSO是一个重要因素，比较容易导致东北夏季的温度异常。
3.4 ENSO对我国东部汛期降水的影响
资料研究表明，在El Nino年，我国大部分地区的降水量偏少，而在La Nina年，则出现多雨的可能性偏大。但是，我国东部地区地域广阔，长江和黄河中下游地区的汛期降水又常有相反的变化情况，从近40年的资料可以看到，长江中下游地区的汛期降水量同ENSO之间没有明显的关系，并非大多数El Nino年该地区降水量就偏少，也不是大多数La Nina年该地区降水量就偏多。然而，华北地区的汛期降水量与ENSO却有着较好的关系，El Nino年华北汛期降水量偏少，La Nina年华北汛期降水量偏多。
4 总结
我国位于世界最大的大陆——亚欧大陆的东部，世界最大的大洋——太平洋的西岸，是世界最典型的季风气候区。很大程度上，我国的气候变化受到全球气候变化的影响，其特殊位置也决定了我国受厄尔尼诺和拉尼娜的影响比较大，但它们的影响也只是间接的，且很多时候我国的气候异常与二者无关。我们既可以试图用全球变化去解释我国的气候异常，也可以用厄尔尼诺和拉尼娜去解释，因为我国的气候是各种因素综合作用下的产物。