厄尔尼诺和拉尼娜现象的成因及其对我国气候的影响

厄尔尼诺和拉尼娜现象的成因及其对我国气候的影响一、厄尔尼诺（ElNino）现象：通常指热带太平洋中部和东部的海水温度大范围的持续异常升高，引起全球气候异常并造成鱼类大量死亡的现象。厄尔尼诺在西班牙语中的意思是圣婴。该现象首先发生在南美洲的厄瓜多尔和秘鲁太平洋沿岸附近，多发生在圣诞节前后，因此得名。在一般情况下，热带西太平洋的表层水温较高，而东太平洋的海温较低。这种东、西太平洋之间海表温度梯度变化和信风一起，构成了海洋――大气耦合系统的准平衡态。每隔2－8年，这种准平衡态就要被打破一次，西太平洋的暖气流伴随雷暴东移，使得整个太平洋水域的水温变暖，气候出现异常，其持续时间为一年或更长时间。厄尔尼诺现象出现前的几个月里，太平洋赤道暖水发生大规模的自西向东移动，圣诞节前后，赤道太平洋东部沿岸暖水沿着厄瓜多尔和秘鲁海岸南下，水温异常声高，最大时比常年升高5到6℃。由于暖水区迅速向西扩展，热带多雨带也随之南下。原来干旱的赤道太平洋东部降水量剧增，河水泛滥成灾；本为雨季的赤道太平洋西部地区则干旱无雨。此外，世界各地的气候因此受到严重影响，造成严重的自然灾害拉尼娜(LaNina)现象：厄尔尼诺过后，热带太平洋有时会出现与上述情况相反的状态，称为拉尼娜现象，拉尼娜在西班牙语中的意思是小女孩。拉尼娜现象表现为中、东太平洋海温明显变冷，同时也伴随着全球性气候异常。用以赤道太平洋东部和中部的海表面温度大范围持续异常变冷的现象。以赤道太平洋北纬5度至南纬5度，西经150度至西经90度区域内的海表面温度平均值连续6个月以上高于或低于正常0.5℃分别作为厄尔尼诺和拉尼娜。厄尔尼诺现象概念图二、走近厄尔尼诺――成因研究厄尔尼诺现象怎样形成的，又为什么会影响到大气的状态和变化呢？这一直是国际海洋和气象科学研究上的一个重要课题。世界气象组织制定过从1985年开始为期十年的热带海洋和全球大气计划（TOGA），其目的之一就是想通过对海气相互作用的研究，寻求提高对厄尔尼诺及异常气候的预测能力。中美两国科学家也执行过中美热带西太平洋海气相互作用联合研究计划。现在已经知道，在正常情况下，太平洋赤道两侧盛行稳定强劲的偏东信风，它将温暖的表层海水，吹离南美沿岸，并向西流动，在赤道太平洋西部堆积，其海面可比东侧高30-40厘米；同时，在南美沿岸也相应出现了为补偿西去海水而形成的上升流（称为涌升区）。上翻的海水来自深层，含有丰富浮游生物，为鱼类提供了大量的食饵。更有意义的是它的温度比较低，因此最终在赤道太平洋地区形成了西暖东冷、对比明显的水温分布型。对大气来说，海水就象一台热机，西部海温高，被加热的大气上升，到达高空后转向东；而东部海温低，空气被冷却下沉，到达海面后转向西（即东南信风），由此在赤道上空形成一个完整的纬向垂直环流圈，被气象学家称为瓦克环流。常年如此，结果赤道太平洋东侧沿岸因盛行下沉气流，成为著名的赤道干旱带，日界线以东，南纬00-100范围内年降水量仅500毫米左右，在临近冷水岸的秘鲁、智利沿岸就更少了。与此相反，在西侧菲律宾、印度尼西亚一带，对流上升气流旺盛，形成湿润多雨气候区，常降水量在2000毫米以上，瓦克环流也正是产生南方涛动的纽带。但是，当有某种原因引起了偏东气流减弱，使中东太平洋深层冷水涌升大大减弱，甚至由于在赤道附近出现西风气流，使原堆积在西部的暖海水向东回流，吹拂着水温较高的赤道逆流海水沿秘鲁寒流来的方向逆洋流南下，把秘鲁寒流变性为暖流。这股悄然而至不固定的暖流被称之为厄尔尼诺暖流。这样原来的海温分布格局受到破坏，太平洋西侧海温下降，赤道中东太平洋海温上升。当增温幅度高于0.5℃并持续几个月至半年时，便形成了一次新的厄尔尼诺现象。通常增温不仅发生在海表，有时可影响到200米深处。97年的厄尔尼诺开始后，就观测到太平洋中东部暖水区扩大了300%，12月中东太平洋海域水温高出正常年份5℃。海温的异常必然影响到瓦克环流。为什么增温0.5℃就算异常了呢？海水的比热大、吸收太阳辐射能力强，因此广阔的大洋通常被视为大气的重要热库。有人计算过，100米深的海水温度变化0.1℃所用的热量，便足以使上面5000米厚度的大气层温度提高6℃。赤道太平洋水域占全球海域1/4，因此那里的海温异常变暖，立即会影响瓦克环流的强度与方向。在自然界，持续的上升气流意味着水汽不断凝结和大量降雨，而持续的下沉气流则相应久晴和干旱。由于南美沿岸增温处附近原下沉气流盛行区变为上升对流旺盛区，所以异常多雨，发生洪涝，干旱区多年积累的花草种籽，遇雨百花怒放，沙漠顿时成绿洲。而在西部，印度尼西亚、伊利安岛、澳大利亚北部的热带雨林区由于海温降低引起气流上升对流减弱，造成降雨大幅度减少，导致干旱发展。去年印尼数月大火就在这样的背景下发生。同时，在海洋中，上升流的减弱或消失，使水中浮游生物骤减，鱼类因食物锐减随之死亡，以鱼为食的海鸟也成批饿死或迁徙。例如1925年厄尔尼诺期间，秘鲁不仅大批鱼死鸟亡，还在3月份观测到394.4毫米的降水量，而这里前5年的降水量总和才不过17.9毫米。人们还发现，厄尔尼诺的发生并不遵循严格的规律。通常是在冬春形成，翌年冬春结束，持续一年左右，平均每2-7年一次。100年来大小已经发生过30多次。50年代至今，全球已发生ENSO事件13次，1997年是第14次，这也是最近10年发生的第四次强ENSO现象。厄尔尼诺现象的形成、每次的征兆及异常增温位置都不尽相同。又是什么原因最初引起偏东气流的突然变化呢？遗憾的是这层面纱仍未被完全揭开。我国的一些专家提出了地球运动和内部的某些变化，例如自转速率大幅度持续减慢、太平洋火山爆发、海底地震以及太阳活动等，都可能引发厄尔尼诺的形成，除了这些纯自然的因素外，是否多少与人类活动导致自然环境恶化有关？这些推测都有待进一步论证。但太平洋中部信风的减弱是导致厄尔尼诺形成的直接原因。每年10月至次年3月时值南半球夏季。南半球海域水温普遍升温。向东流动的赤道逆流得到加强，恰逢此时，全球的气压带和风带向南移动，东北信风跨过赤道受到南半球的自转偏向力作用而偏转成西北季风。西北季风削弱了秘鲁西海岸的离岸风--东南信风，甚至形成西风气流。由此而造成中东赤道异常增温海区对大气异常加热，影响赤道地区的瓦克环流，破坏了正常平衡，进而引发其它地区气候异常。这种看法，已为较多的专家所接受。相反，当信风持续加强时，赤道太平洋东侧表面暖水被刮走，深层的冷水上翻作为补充，海表温度进一步变冷，就容易形成拉尼娜。厄尔尼诺的模型厄尔尼诺的简化模型表明了能量在海洋中传播过程中的不同波动的作用。在这个简化模型中，海洋中的被称为罗斯贝波的波动，从赤道附近的异常暖的海面向西传播。当它达到海洋的西边界时会被反射成一种不同的波，称为开尔文波，这种波向东传，它起着抵消或改变原来的暖海温距平符号的作用，并引发降温事件出现。整个厄尔尼诺事件中这半个循环所需时间是由这些波传播的速度决定的，它大约需要2年。这一现象本质上由海洋动力学驱动，与之相应的大气变化是由海表面温度确定的（反过来大气的变化会加强海洋温度分布型），而海表面温度分布是由海洋动力学决定的，因而用上面的简化模型表示的厄尔尼诺现象本质上是可预报的。厄尔尼诺和拉尼娜的影响：厄尔尼诺现象发生时，位於西太平洋地区的国家如印尼和澳大利亚易出现旱灾，而南美沿岸国家如秘鲁、厄瓜多尔则有暴雨发生。相反，拉尼娜现象发生时，澳大利亚和印尼易有水灾，而秘鲁、厄瓜多尔则出现干旱。一般而言，厄尔尼诺现象发生时，全球平均温度会升高。最近10年发生厄尔尼诺现象的频率加快，已造成近百年来平均温度最暖的三年都在1990年以后，其中1998年是1861年以来最暖的一年。在20世纪80年代以来，短短的17年中，接连发生过6次厄尔尼诺事件，3次拉尼娜事件。其中1982-1983年、1997-1998年这两次是20世纪最强的厄尔尼诺事件，给拉美、亚太和非洲等地区带来了不可估量的灾害，初步估计给世界经济造成250亿美元的损失。厄尔尼诺和拉尼娜事件对我国气候影响也很大，如1998年夏季6-8月，我国长江流域、嫩江流域、松花江流域发生了特大洪水，特别是长江流域连续出现暴雨，而且降雨范围广，强度大，持续时间长，致使长江发生了1954年以来的又一次全流域性的大洪水据统计，1998年我国29个省市区遭受不同程度的暴雨洪涝灾害，全国受灾人口2.3亿，死亡3656人，倒塌房屋733万间，损坏房屋1379万间，农作物受灾2544万公倾，直接经济损失2642亿元。三、厄尔尼诺和拉尼娜对我国气候有什么影响？厄尔尼诺年，东亚季风减弱，中国夏季主要季风雨带偏南，江淮流域多雨的可能性较大，而北方地区特别是华北到河套一带少雨干旱。拉尼娜年正好相反。在厄尔尼诺年的秋冬季，北方大部分地区降水比常年减少，南方大部分地区降水比常年增多，冬季青藏高原多雪。拉尼娜年的秋冬季我国降水的分布为北多南少型。在厄尔尼诺年我国常常出现暖冬凉夏，特别是我国东北地区由于夏季温度偏低，出现低温冷害的可能性较大。拉尼娜年我国则容易出现冷冬热夏。在西太平洋和南海地区生成及登陆我国的台风个数，厄尔尼诺年比常年少，拉尼娜年比常年多。四、厄尔尼诺和拉尼娜对全球气候有什么影响？热带中、东太平洋海温的迅速升高，首先直接导致了中、东太平洋及南美太平洋沿岸国家异常多雨，甚至引起洪涝灾害；也使得热带西太平洋降水减少，造成印度尼西亚、澳大利亚严重干旱。厄尔尼诺还常常引起非洲东南部和巴西东北部的干旱、加拿大西部和美国北部暖冬以及美国南部冬季潮湿多雨；它与日本及我国东北的夏季低温、日本和我国的降水等也具有一定的相关性。此外，厄尔尼诺常常抑制西太平洋热带风暴生成，但使得东北太平洋飓风增加。拉尼娜的气候影响与厄尔尼诺大致相反，但影响程度及威力较厄尔尼诺小。拉尼娜出现时印度尼西亚、澳大利亚东部、巴西东北部、印度及非洲南部等地降雨偏多，但在赤道太平洋东部和中部地区、阿根廷、赤道非洲、美国东南部等地易出现干旱。简单小结“厄尔尼诺”现象1．表现：南美洲及太平洋东部和中部赤道海域（秘鲁与厄瓜多尔）海水异常增温并东流到南美洲西岸的现象，因其多始发于每年圣诞节前后，故被称作“厄尔尼诺”（ElNino西班牙语即“圣诞之子”的意思）。国际上关于厄尔尼诺现象公认的判断标准是：连续3个月以上太平洋东部和中部赤道海域的月均温高于平均值0.5℃以上，就算海水温度异常。原因是，海水的比热大、吸收太阳辐射的能力强，因此宽广的大洋通常被视为大气的重要热库。有人计算过，100米深的海水温度变化0.1℃所用的热量，便足以使其上面5000米厚度的大气层温度提高6℃。赤道太平洋水域占全球海域的四分之一，因此那里的海温异常变暖，会引起全球气候异常。2．规律：厄尔尼诺现象大约每隔3至7年便出现一次，活动期通常延续一年以上，其间还间隔出现反厄尔尼诺现象（即东太平洋赤道附近海域水温异常变冷——拉尼娜现象）。3．影响：（1）全球性气候异常。厄尔尼诺，扰乱海流模式及大气环流，赤道以南东南信风减弱或消失，南赤道暖流减弱或消失，赤道逆流加强。南太平洋东部及沿岸水温异常升高，降水增多，太平洋西部变得干旱少雨，非洲撒哈拉沙漠却异常干旱。（2）全球气候变暖。厄尔尼诺暖流西流的过程中与黑潮暖流（即日本暖流）发生碰撞，使其向北移动。黑潮暖流是横越太平洋的一支暖流，来自日本附近，通常把巨大的热量输往东太平洋海域。它的北移，使北部海域水温上升，北半球气温升高。（2）海洋生物灾难。秘鲁渔场附近水温升高，上升流变为下沉流，海洋生态遭受破坏，海洋生物生存受到威胁。1972——1973年发生强厄尔尼诺现象时，太平洋东部和中部赤道附近与南美洲西岸海域，表层水温竟高出常年值4℃，使秘鲁鱼大量死亡或南迁，导致以鳗鱼为食的鸟类大量死亡。各种生物尸体漂浮在海面上，腐烂发臭，腥气冲天，海水发黑。（3）特大风暴潮灾。海洋学家多年研究发现，惨重的风暴潮灾的发生与厄尔尼诺现象有直接关系。（4）全球性瘟疫流行。厄尔尼诺现象扰乱了全球原有的气候模式，诱发一此天灾，导致了某些生物的迁徙，从而诱发某些流行性瘟疫在世界各地的传播。1993年加勒比海和美洲