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物理与气象篇
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不祥的圣婴-厄尔尼诺


李天任

“圣婴”的由来

  厄尔尼诺是西班牙语,意为“圣婴”,即上帝之子。厄尔尼诺现象是指赤道中东太平洋每隔几年发生的一次大规模海水温度异常增高现象。

  “圣婴”的老家在南太平洋的东岸,即南美洲的厄瓜多尔、秘鲁等国的西部沿海。著名的秘鲁寒流由南向北流经这里,形成了世界著名的秘鲁渔场,这里生产的鱼类曾占世界海洋鱼类总产量的1/5左右。但是每隔2~7年,秘鲁渔场便发生一次由于海水温度异常升高而造成的海洋生物浩劫:鱼死鸟亡,海兽它迁,渔业大幅度减产。这种现象一般在圣诞节前后或稍后一二个月出现,因此秘鲁人称此为“厄尔尼诺”,即“圣婴”。除了秘鲁西海岸之外,厄尔尼诺现象还可能在美国加里福尼亚、西南非洲、西澳大利亚等地的沿海发生,只是影响程度比较小一些,没有引起人们的广泛注意。

  引起这一海洋生物灾难的是秘鲁寒流北部海区的一股自西向东流动的赤道逆流——厄尔尼诺暖流,它一般势力较弱,不会产生什么影响。在厄尔尼诺现象发生的年份,它的活力增强,在受南美大陆的阻挡之后,就会掉头流向南方秘鲁寒流所在的地区,使这里的海水温度骤然上升3℃~6℃。原来生活在这一海区的冷水性浮游生物和鱼类由于不适应这种温暖的环境而大量地死亡,以鱼类作食物的海鸟、海兽因找不到食物而相继饿死或另迁它处。灾难最严重的几天,秘鲁首都利马外港卡亚俄海面和滩地上到处是鱼类、海鸟及其它海洋动物的尸骸。死亡的动物尸体腐烂产生硫化氢,致使海水变色,臭气熏天,使泊港舰船的水下船壳变黑,并随着雾气或吹向大陆的海风泼向港口附近的建筑物和汽车,在它们表面也涂上了一层黑色,就像是有人用油漆漆过一样。当地人便把这件厄尔尼诺的“涂鸦”之作称为”卡亚俄漆匠”。

不祥的圣婴

  厄尔尼诺现象发生时,由于海温的异常增高,导致海洋上空大气层气温升高,破坏了大气环流原来正常的热量、水汽等分布的动态平衡。这一海气变化往往伴随着出现全球范围的灾害性天气:该冷不冷、该热不热,该天晴的地方洪涝成灾,该下雨的地方却烈日炎炎焦土遍地。一般来说,当厄尔尼诺现象出现时,赤道太平洋中东部地区降雨量会大大增加,造成洪涝灾害,而澳大利亚和印度尼西亚等太平洋西部地区则干旱无雨。

  据不完全,本世纪以来出现的厄尔尼诺现象已有17次(包括最新一轮1997~1998年的厄尔尼诺现象)。发生的季节并不固定,持续时间短的为半年,长的一两年。强度也不一样,1982~1983年那次较强,持续时间长达两年之久,使得灾害频发,造成大约1500人死亡和至少100亿美元的财产损失。

  同前几次一样,新一轮的厄尔尼诺现象也影响到了中国。最明显的表现是它能使来自东南部海洋上的夏季风强度减弱,造成夏季降雨带的位置偏南,出现南方暴雨成灾、北方旱象严重的异常现象。6~8月期间,北方大部分地区都出现异常高温,首都北京这一时期天气闷热异常,使得空调器的销售出现空前兴旺的景象。我国往年夏季高温所在地区长江中下游一带,重庆、武汉、南昌、南京四大“火炉”却有两个“熄火”。地处北方的山东等省份因持续高温,出现了罕见的旱灾,黄河山东利津水文站断流达222天,严重影响了工农业生产和人民的生活。与此同时,南方许多地区的雨量大大高于往年。据报道,澳门1997年全年前8个月的降雨量超过了过去40年的年平均降雨量;香港的降雨量也打破了有史以来的降水纪录,“七一”香港回归那天,持续不断的大雨自始至终伴随着隆重的交接仪式,令人印象深刻。总的来看,在厄尔尼诺现象的作用下,全国大部分地区冬季的温度比正常年份高,南涝北旱现象比较明显。

圣婴之后有“女婴”

  在深入探索厄尔尼诺与气候变化的关系的过程中,科学家又发现了与其性格相反的拉尼娜(LANINA)现象。有人称之为圣婴的邪恶妹妹“女婴”,虽然威力不及圣婴,但也会给人类造成相当伤害。拉尼娜现象也是每隔几年出现一次,是东太平洋沿着赤道酝酿出的不正常低温气流,导致气候异常。其发生频率比厄尔尼诺现象低,上一次较强的情况发生在1988~1989年间。1988年夏,北美的大干旱烤焦了从加里福尼亚到佐治亚的大片土地,使谷物收成减产了1/3。美国西部森林火灾不断,著名的黄石国家公园一度被大火所吞。随后飓风又从加勒比海上空呼啸而过,侵害多数的中美洲国家,仅尼加拉瓜一国的损失就达数百万美元,致使500多人死亡,成千上万的人无家可归。

  1998年5月厄尔尼诺现象才告结束,全球气候尚未恢复正常,拉尼娜现象又出来为患。令不少地方分别出现严寒、冬暖、风雪、干旱和暴雨等灾害。从世界范围来看,拉尼娜现象在南部非洲引起暴风雨和洪灾,在肯尼亚和坦桑尼亚引起干旱,在菲律宾和印度尼西亚酿成洪灾,在南美洲的南部地区则是异常的潮湿天气,与厄尔尼诺引起的现象正好相反。

  引起科学家高度关注的是“圣婴”与“女婴”之间的互动关系,他们到现在才开始对这对坏“兄妹”有了初步的了解。

扼住“厄魔”的咽喉

  自1997年以来,厄尔尼诺和拉尼娜现象把全球搞得“焦头烂额”。“厄尔尼诺”和“拉尼娜”已不再是只有气象学家和海洋学家才关注的名词,不同国家、不同地区、不同职业的人们似乎都在谈论这对邪恶的“兄妹”。

  为扼住“厄魔”的咽喉,科学家在密切监视的同时加强了对其成因的研究。

  究竟是什么造成了厄尔尼诺现象呢?科学家对此一直众说纷纭,难有定论。

  一般认为,厄尔尼诺现象是太平洋赤道带大范围内海洋与大气相互作用失去平衡而产生的一种气候现象。在东南信风的作用下,南半球太平洋大范围内海水被风吹起,向西北方向流动,致使澳大利亚附近洋面比南美洲西部洋面水位高出大约50厘米。当这种作用达到一定程度后,海水就会向相反方向流动,即由西北向东南方向流动。反方向流动的这一洋流是一股暖流,即厄尔尼诺暖流,其尽头为南美西海岸。受其影响,南美西海岸的冷水区变成了暖水区,该区域降水量也大大增加。厄尔尼诺现象的基本特征是:赤道太平洋中、东部海域大范围内海水温度异常升高,海水水位上涨。

  近年来,一些科学家对厄尔尼诺现象的成因提出了不同的看法。

  在探索厄尔尼诺现象形成机理的过程中,科学家们发现了这样的巧合:20年代到50年代,是火山活动的低潮期,也是世界大洋厄尔尼诺现象次数较少、强度较弱的时期;50年代以后,世界各地的火山活动进入了活跃期,与此同时,大洋上厄尔尼诺现象次数也相应增多,而且表现十分强烈。根据近百年的资料,75%左右的厄尔尼诺现象是在强火山爆发后一年半到两年间发生的。这种现象引起了科学家的特别关注,有科学家就提出,是海底火山爆发造成了厄尔尼诺暖流。

  近年来更多的研究发现,厄尔尼诺事件的发生与地球自转速度变化有关,自50年代以来,地球自转速度破坏了过去10年尺度的平均加速度分布,一反常态呈4~5年的波动变化,一些较强的厄尔尼诺年平均发生在地球自转速度发生重大转折年里,特别是自转变慢的年份。地转速率短期变化与赤道东太平洋海温变化呈反相关,即地转速率短期加速时,赤道东太平洋海温降低;反之,地转速率短期减慢时,赤道东太平洋海温升高。这表明,地球自转减慢可能是形成厄尔尼诺现象的主要原因。

  分析指出,当地球自西向东旋转加速时,赤道带附近自东向西流动的洋流和信风加强,把太平洋洋面暖水吹向西太平洋,东太平洋深层冷水势必上翻补充,海面温度自然下降而形成拉尼娜现象。当地球自转减速时,“刹车效应”使赤道带大气和海水获得一个向东惯性力,赤道洋流和信风减弱,西太平洋暖水向东流动,东太平洋冷水上翻受阻,因暖水堆积而发生海水增温、海面抬高的厄尔尼诺现象。

  这样,根据地球自转与热带海洋、大气相互作用的理论机理,就可以对厄尔尼诺现象进行预测。中国科学院上海天文台郑大伟课题组曾在80年代末,用该理论机理首次在国际上分析预测到1990年~1991年较强的厄尔尼诺事件,受到国际同行的关注和肯定。近年来,叶叔华院士领衔的国家攀登项目“现代地壳运动和地球动力学”课题组,又成功地预测了1993年、1994年~1995年厄尔尼诺事件的发生。1996年下半年召开的一次全国学术会议上,又在国内天文学界率先报告了1997年将会出现新的厄尔尼诺事件的预测研究结果。而后,还利用卫星海洋测高技术,成功地监测到1997年厄尔尼诺事件的形成和发展过程。

  历史记录显示,自1949年至1990年的40余年间共发生10次厄尔尼诺现象,平均3.5年一次,而90年代以来的最近几年里竟出现了4次(1991年~1992年、1993年、1994年~1995年、1997年~1998年),实属历史罕见。而且,90年代以来太平洋海温长期持续偏高,时起时伏的厄尔尼诺现象伴随着全球气温持续异常,自然灾害特别是气候巨灾频发。这表明,近年来厄尔尼诺现象的发生有加快、加剧的趋势。是谁在助长“圣婴”、“女婴”作恶?

  人们已经认识到,除了地震和火山爆发等人类无法阻止的纯粹自然灾害之外,许多灾害的发生多多少少同人类的活动有关。“天灾八九是人祸”这个道理已被越来越多的人所认识。那么肆虐全球的厄尔尼诺现象是否也受到人类活动的影响呢?近些年厄尔尼诺现象频频发生、程度加剧,是否也同人类生存环境的日益恶化有一定关系?有科学家从厄尔尼诺发生的周期逐渐缩短这一点推断,厄尔尼诺的猖獗同地球温室效应加剧引起的全球变暖有关,是人类用自己的双手,助长了“圣婴”作恶。当然,要证明全球变暖对厄尔尼诺现象是否起了作用还需大量科学佐证。但厄尔尼诺现象频繁发生的结果,也可能产生一个更温暖的世界,这样,是厄尔尼诺现象引起全球变暖,还是全球变暖加快厄尔尼诺现象的发生,就陷入了一个先有鸡还是先有蛋的怪圈。

  人类最终彻底走出“厄尔尼诺”怪圈,也许就取决于人类自己对自然的态度。1998年2月3日至5日,来自世界各国的100多名气象专家聚集曼谷,研讨对付“厄尔尼诺”的良策。科学家们认为,在预测厄尔尼诺现象方面,人类已取得了长足的进步。不少因“厄尔尼诺”造成的灾害得到了较为准确和及时的预测,使人类能够未雨绸缪。科学家发出了这样的呼吁:拯救大自然,也就是拯救人类自己。


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