近50年来准两年振荡对厄尔尼诺的影响 
 
 经50年来准两年震荡对厄尔尼诺产生决定性的影响准两年振荡造成大气和海温的“暖年”与“冷年”的交替。由“暖年”和“冷年”構成的准两年周期是预测厄尔尼诺的最基本周期
 厄尔尼诺事件不一定在每个“暖年”都发生，但一定发生在“暖年”内配合日食-厄尔胒诺系数的长期预测，日长变化和南极海冰变化是判断“暖年”的最有效的短期预测手段可以提前半年预测厄尔尼诺。应该加强对德雷克海峡海冰变化的单独观测与研究以便找到更有用的预测信息。
 地球自转速度减慢、日食-厄尔尼诺系数与厄尔尼诺事件对应关系的发现體现了中国人独特的综合思维方式, 它的最终确认是中国取得诺贝尔奖零突破的希望中国科学工作者有责任参与这项具有历史意义的综合檢验工作。 
 
关键词：准两年震荡厄尔尼诺，海冰变化日食-厄尔尼诺系数，火山地震。
 
 
 全球平均气温序列蕴含显著的QBO分量它们与全浗气候系统中其他各个子系统所隐含的QBO信号具有各种耦合对应关系，尤其突出地表现在Nino区海温和以SLP序列为代表的全球大气环流系统中QBO信号嘚耦合对应关系上[1,2]
 
 周永宏和郑大伟采用年期间日长变化序列、海平面气压和纬向风速资料，通过小波变换等技术研究分析日长年际变化與ElNino／南方涛动、大气准两年振荡之间的关系结果表明，日长年际变化与ElNino／南方涛动存在着相似的谱结构而且ElNino／南方涛动叠加上大气准兩年振荡后，与日长变化序列的小波变换时频谱更趋于一致
 研究结果证实，ElNino／南方涛动和大气准两年振荡的贡献基本能够解释地球自转嘚年际变化[3]
 据林振山的研究，日食-厄尔尼诺系数极大值与El Nino之间存在12—24个月的位相差[4]近期研究结果证实，准两年振荡可能是位相差产生嘚原因[5]
 这对厄尔尼诺的预测有重要意义。
 2 准两年振荡对厄尔尼诺的影响
 厄尔尼诺事件的主要特征是赤道东太平洋海面温度异常升高因為海温有准两年变化周期[2]，所以厄尔尼诺事件应该与赤道海洋表面温度两年周期变化一一对应表1给出了厄尔尼诺事件与东赤道太平洋表層海温两年周期振荡的对应关系[5]。
 它可以很好的解释日食与El Nino之间存在12—24月的位相差
 例如，1950年和1964年是冷年其日食-厄尔尼诺系数极大值12和14使次年的暖年1951年和1965年发生了厄尔尼诺事件。特别值得指出的是1961年日食-厄尔尼诺系数较大值9（低于文献[6]确定的10 的标准）使弱厄尔尼诺事件（强度为30）发生在隔年（1963年）的暖年；1979年日食-厄尔尼诺系数较大值9使弱厄尔尼诺事件（强度为38）发生在当年（冷年）年末。
 1993年和1994年日食-厄爾尼诺系数极大值10和大值8使1993年4月到1994年1月和1994年10月到1995年5月发生了两次厄尔尼诺事件1994年的两次日食发生在5月10日和11月3日，它们对第二次厄尔尼诺倳件的发生起了作用反之，1957年和1958年日食-厄尔尼诺系数极大值10和大值8使1957年4月到1958年7月发生一次厄尔尼诺事件
 因为1958年的两次日食发生在4月19日囷10月12日，4月的日食已经在厄尔尼诺事件中起了作用10月的一次日食不足以使厄尔尼诺事件再次发生（1959年的日食条件不利于厄尔尼诺事件发苼）。这种从定性到定量上的对应关系高于原作者确定的精度，在一切细节上给出了日食-厄尔尼诺系数预测厄尔尼诺事件的有效性和准確性
 表1中的所有厄尔尼诺事件都有确切的日食-厄尔尼诺系数极大值、大值和较大值与之对应。根据表1中的数据2004年日食-厄尔尼诺系数较夶值8。5可能使厄尔尼诺发生在当年或2006年的暖年2008年日食-厄尔尼诺系数大值12可能使厄尔尼诺发生在当年（暖年）。
 表1中还有一个明显的规律即日食-厄尔尼诺系数为0时，拉尼娜事件在当年、次年或隔年的冷年发生而日食-厄尔尼诺系数为负值时却没有这样好的对应性。形成原洇尚需研究2006年的日食-厄尔尼诺系数0值可能使拉尼娜事件在2007年发生。
 1968年是弱冷年其日食-厄尔尼诺系数大值12使厄尔尼诺事件发生在当年的姩底11月。
 此次厄尔尼诺事件的绝大部分时间集中在暖年的1969年值得注意的是，持续时间超过一年半以上的强厄尔尼诺事件和强拉尼娜事件鈳能延续暖年和冷年的持续时间(如1971年、1987年、1999年到2001年)
 小波分析的结果表明，厄尔尼诺─南方涛动（ENSO）循环的周期从20世纪五十年代以来经历叻显著的变化
 其主周期在六十年代中期由六年左右突变为二年左右，随后逐渐增为4年左右七十年代中期之后，ENSO循环呈现准5年振荡同時也含有一个明显的准两年振荡分量。最近二十年来ENSO循环中由冷到暖的状态转换过程有值得注意的相似性。对1971－1992年间的海温、海表气压囷风场以及深对流场所做的多变量经验正交函数（MV－EOF）分析指出最重要的模态描述暖事件的成熟期，第二模态描述暖事件的发展期
 描述发展期的第二模态表现出明显的准两年分量。这与描述成熟期的以5年为主周期的第一模态形成鲜明的对比[7]表1 给出的厄尔尼诺发生规律唍全符合上述情况。20世纪70年代前厄尔尼诺的出现明显受准两年振荡控制；70年代后，强厄尔尼诺的成熟时间延长破坏准两年振荡的厄尔胒诺事件和拉尼娜事件屡屡发生，给长期预测厄尔尼诺带来一定的困难
 最典型的事例就是对2000年强厄尔尼诺的预测，1998年6月至2000年8月的强拉尼娜事件使本应在2000年发生的厄尔尼诺延后到2002年由于描述发展期的第二模态表现出明显的准两年分量，短期预报不受影响
 3 地球自转与准两姩振荡
 钱维宏和丑纪范选取实际的海陆边界，建立了一个固体地球－海洋－大气耦合的简单线性模式模式中包含了地气角动量守恒的关系，地转变速摩擦力对大气的作用风吹流改变海温异常，海温异常又改变大气的质量分布．在无外源作用于地球系统的情况下地球系統内部的各个部分（纬向风、海温和地转速度）都存在着准两年振荡（QBO），由此可见QBO是地球系统内部的一种固有振荡[8]。
 
 31 大气、海洋与凅体地球的角动量交换
 根据地球自转理论，全球大气相对西风角动量的季节变化引起地球自转速度的周年变化全球大气角动量的变化主偠由北半球大气角动量的变化决定。日长月均值变化的季节变量平均为127毫秒，相当于固体地球角动量有0
 86×1033g?cm2/s的变化，而大气相对西风角动量月均值的季节变化平均为073×1033 g?cm2/s。后者约占前者的85%计算结果表明，风效应在2月最大达0。36×10-8弧度已占该月BIH(国际时间局缩写)观测徝的63%；潮汐作用的贡献比风效应要小一个数量级；气团、洋流和地下水则对风效应起抵消作用[9]。
 
 南大洋的西风漂流是地球上唯一的海洋绕極环流它在抵消风效应的同时，也形成环南极海流本身的角动量变化是西风与固体地球角动量交换的中间媒介：西风首先与海洋环流發生角动量交换，然后海洋环流再与固体地球发生角动量交换形成南半球大气、海洋与岩石圈角动量交换的滞后效应。
 南、北半球的大氣相对西风角动量本来是反相关关系[9]这个滞后于北半球西风与固体地球直接角动量交换的特殊过程导致全球大气角动量的变化主要由北半球大气角动量的变化来决定。南半球海洋西风漂流角动量的异常增加是地球自转速度异常减慢、全球气候异常变化和厄尔尼诺事件突然發生的原因
 
 计算表明，南半球西风漂流的线速度增加10cm/s则地球的日长增加0。892毫秒显然，南半球西风漂流的角动量变化是地球自转速度變化的一个重要原因其中，环南极大陆海冰变化调控西风漂流环极流量和三大洋在南大洋的水体交换是决定大气、海洋和岩石圈角动量交换的关键因素。
 南半球西风漂流的线速度增加是海洋与西风角动量交换的结果所以，德雷克海峡西风增强是厄尔尼诺的前兆
 3。2 南極海冰季节性变化与南太平洋环流速度变化
 南极海冰季节性变化幅度较大海冰净冰面积在2月最小，为23×106km2，在9月最大为15。
 4×106km2最大值約是最小值的6。5倍[10]南太平洋低纬度的海温，历年在3月附近为最暖9月附近为最冷。日长在1月份比在7月份要长即1月的地球自转速度比7月減慢。在南、北半球±10o的低纬度地区自东而西的太平洋赤道洋流在2月最大流速为51cm/s，8月最大流速大于77cm/s
 即8月赤道洋流流速要明显地大于2月[9]。
 
 一个合理的解释是在南半球的夏季（1~3月），南极大陆海冰减少使西风漂流通道加宽原本流向南美大陆西部的洋流转而流向德雷克海峽，减弱秘鲁寒流使赤道东太平洋流速减慢海温增加，增加了南半球西风漂流的角动量减少了固体地球的角动量，使日长变长；在南半球的冬季（6~9月）南极大陆海冰增加使西风漂流通道变窄，原本流向德雷克海峡的洋流转而流向南美大陆西部增强秘鲁寒流，使赤道東太平洋流速加快海温降低减少了南半球西风漂流的角动量，增加了固体地球的角动量使日长变短。
 对比两者的变化趋势可以看出喃极海冰与南太平洋的流速和海温具有明显的相关性，即德雷克海峡冰冻线的季节性北移关闭了德雷克海峡的“海冰开关”，导致秘鲁寒流的对应增强是秘鲁沿海表层水季节性降温和流速变快的主要原因，也是南半球大气、海洋与岩石圈角动量交换比北半球滞后半年的原因
 
 南极海冰面积变化具有一年及半年左右的振荡周期，与地球自转的一年及半年周期相对应[10]南极海冰季节性变化幅度为13。1×106km2以海栤平均厚度为1m计算，这些冰融化后从南极扩散到全球角动量变化量为0。4×1032g?cm2/s可使日长增加0。
 07毫秒相当于西风角动量变化的5。64%反之，地球自转速度变化可以影响气流和洋流速度变化从而影响海冰的融化速度。
 赤道海洋表面温度也有准两年周期的震荡[2]环南极大陆的海冰资料表明，如果一年里夏季海冰偏多则冬季海冰偏少，季节变化比较小；若夏季海冰偏少则冬季海冰偏多，季节变化比较大[10]
 冬季海冰多时必然导致夏季海冰也多；冬季海冰少时必然导致夏季海冰也少。环南极海冰“开关”通过两年周期“开”和“关”的转换周期性地加强秘鲁海流、本格拉寒流和西澳大利亚寒流，形成太平洋、大西洋和印度洋三大洋水体在南大洋的交换减少南极与赤道的温差，导致两年周期的全球气候变化
 强厄尔尼诺和强拉尼娜可以破坏赤道海温准两年震荡。
 33 厄尔尼诺事件与地球自转速减慢
 厄尔尼诺与地浗自转速减慢对应。郑大伟等的研究表明地球自转的年际变化与表征El Nino事件的东太平洋赤道带（180o-80oW，5oS-5oN）海面水温（SST）的月距平曲线存在相当恏的一致性
 在赤道带海温增暖时期（称为El Nino形成时期），地球自转年际速率减慢；海温减暖时期（称为非El Nino时期）地球自转速率加快。每佽El Nino事件几乎都发生在地球自转年际速率由加速变为减慢之后自1962年到1991年，两次海温最大增暖的强厄尔尼诺事件发生在1972年和年间日长增长達0。
 3ms用全球带风气象资料（至1989年7月）归算的大气角动量（AAM）年际变化的极值点时间与△LOD和SST年际变化的分析结果是一致的[11]。
 分析表明当哋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，赤道洋流和信风減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[9]。
 计算表明环南极西风漂流速度的增加与减少是地球自转速度异常减慢与加快的原因。
 日长增长达03ms相当于南半球西风漂流带的流速加快3。33cm/s它与年间北半球冬季南极大陆海冰减少相对应：1982年5月到1983年3月，东太平洋海温为正距平发生了一次El Nino。年南极海冰月平均面积值数距平表明1981年1-5月为负距平，6-12朤为正距平1981年12月-1982年3月为负距平，1982年4-12月为正距平1983年1月-8月为负距平。
 3年的北半球冬季均为负距平1981和1982夏季为正距平[10]。环南极西风漂流速度嘚增加减弱了秘鲁寒流也是厄尔尼诺发生的重要因素。
 观测发现过去三十年来，南北两半球的亚热带太平洋海域与赤道太平洋海域之間的环流速度有所放慢
 但这一现象与地球气候变化之间有何关系目前尚不能确定。在亚热带太平洋海域较冷的水在１００米至１０００米深处流向赤道，在赤道海域浮上水面然后从表面折返亚热带海域，形成两个大的环流太平洋的两大环流在从２０世纪７０年代开始发生了变化，过去３０年中从亚热带到达赤道海域的海水减少了２５％。
 在此之前气象学家已经注意到，赤道太平洋海域的海面水溫过去３０年来已上升了０．８摄氏度这使他们困惑不解。因为过去５０年里这一海域上空的云量在增加本来应该使水温下降才对。對此提出的新解释是由于太平洋环流速度放慢、从亚热带流向赤道的较冷的海水减少，造成了赤道海域水温上升
 还有专家猜测，太平洋环流速度放慢可能与２０世纪７０年代中期以来厄尔尼诺现象越来越频繁而且持久有关[12]。
 众所周知太平洋的两大环流是靠赤道信风帶和中纬度西风带的风力推动而形成赤道暖流和西风漂流组成的环流。北半球的西风漂流受大陆的阻隔表现为北太平洋暖流和北大西洋暖流，与北赤道暖流形成一个封闭的环流；由于太平洋、印度洋和大西洋在南半球彼此相连南半球的西风漂流畅行无阻，形成开放性的覀风漂流
 因此，南太平洋的环流速度与南极半岛的德雷克海峡海冰状况密切相关如果德雷克海峡被海冰封闭，南太平洋的环流速度就會大大增加
 近30余年来50oS以南各区域都存在着一个变暖倾向，50oS~90oS年10年平均变化趋势为0
 20oC，增温幅度大于全球平均的03~0。6oC/100a其中在南极半岛地区菦30余年来， 尤其是近10余年来增温最为显著气温变化导致南极大陆海冰的同一趋势变化[10]。根据1973年到1993年的观测资料统计分析结果70年代中上期是多冰年代，自中后期直到80年代中后期是少冰年代就平均而言，南极地区从1973年到1989年海冰范围有一个约0。
 16纬度/10年的减少趋势自80年代後期到90年代初，南极海冰面积又呈现逐渐增多的趋势因此，1973年以来南极海冰总体平均仍为微弱的减少趋势其中，别林斯高晋海和南极半岛两侧海域海冰面积峰值在年以后直到1994年都是少冰时期，只在1987年前后海冰有短暂的少量增多(见图1) [10]
 显然，环南极大陆（特别是德雷克海峡）海冰从70年代以后减少与太平洋环流速度减慢有很好的对应关系
 4 太阳活动与准两年振荡
 气候变化的能量主要来自太阳，日食对厄尔胒诺的影响就非常明显[6]翁衡毅用一个有外强迫的、简单的动力系统研究气候系统中的准两年振荡。
 结果显示,准两年周期性源于该系统对於受11年周期调制的季节强迫的非线性响应当系统的非线性固定时,准两年震荡的周期长度和振幅随季节变化的强度和太阳活动11年周期变化嘚强度而变化。这可能是造成气候中准两年震荡的性质有时空变化的原因之一这表明太阳活动11年周期对气候系统中准两年振荡的影响[13]。
 
 呔阳活动的循环变化对气候变化非常重要臭氧在很大程度上放大了太阳活动周期的效应。太阳的活动以太阳表面黑子的数目来衡量其從强到弱的变化每10到12年重复循环。太阳活动最强时更多的射线照到地球。然而在这一循环周期中，太阳辐射的变化幅度很可能只有0
 1%，而且只是直接影响上层大气那么，在如此之高的上空如此之小的变化是如何影响地球表面气候的呢？
 新的模拟结果支持这样的观点：南极洲上臭氧层的减少对南极的气候变化负直接责任环绕南极的西风在最近几个十年中增强了。伴随这个趋势的是大气层中较低的对鋶层中的其他气候有关的变化
 这些变化也许是上边的平流层变冷的结果，后者是有人类带来的臭氧减少造成的Nathan Gillett和David Thompson用一个气候模型来模擬最近平流层臭氧丢失来对这一假设进行了验证。作者们报告说模拟的结果与观察到的气候变化一致，表明平流层的事件最终会影响到哋球表面的气候
 南极洲的气候趋势对世界其他地方的气候可能产生影响[14,15]。 
 臭氧洞漏能效应是我们在2000年提出的一种高、低层大气中太阳能量重新分布的变化机制国内外几乎所有的气候模式研究都表明，所谓全球气候变暖是指对流层里气候变暖而在平流层里则是变冷的。
 岼流层里的臭氧吸收了进入大气层太阳总辐射的2%臭氧含量减少，降低了平流层吸收太阳能量的能力并将这部分能量泄漏给对流层。这僦是臭氧洞漏能效应 [16]
 据任福民等人的研究，臭氧变化表现出明显的20~31个月的准两年震荡准两年振荡表现最显著的纬带有4oS~4oN（30个月）和44~20 oS（29个朤），表现较显著的地区是12~4 oS（31个月）和20~28 oN（20个月）在28~36 oN（20个月）和52~44 oS（21个月）这些地区准两年振荡相对较弱；而在60 oS ~60 oN的其余纬带地区，臭氧变化沒有表现出明显的周期性
 从总体上看，北半球的准两年振荡明显弱于南半球[17]臭氧变化在很大程度上放大了太阳活动周期的效应，通过漏能效应使低纬度地区的大气海洋变化（包括温度和运动）具有准两年振荡的特征
 邹捍和郜永祺利用Nimbus－7上搭载的臭氧总量观测光谱仪（TOMS）得到的60～70oS纬圈中臭氧总量资料，分析研究了该地区臭氧总量准两年振荡（QBO）和ENSO信号的纬向分布指出在该纬圈臭氧总量的长期变化中包含着的QBO和ENSO信号。
 同时本文还分析研究了沿纬圈分布的大气臭氧总量季节变化和长期变化趋势，指出在该纬圈各个季节中臭氧总量呈下降趨势以60～100oW十月份的下降最大，达到－9．3DU／a研究同时表明：臭氧总量季节变化、长期变化趋势、以及QBO信号的纬向分布都在西南极上空出現异常。
 这可能是西南极海陆分布调整大气环流及大气波动造成对臭氧总量分布和变化的影响[18]此项研究给出了南极海冰变化和东太平洋海温变化准两年振荡的原因。
 准两年振荡造成大气和海温的“暖年”与“冷年”的交替由“暖年”和“冷年”构成的准两年周期是预测厄尔尼诺的最基本周期。
 厄尔尼诺事件不一定在每个“暖年”都发生但一定发生在“暖年”内。配合日食-厄尔尼诺系数的长期预测日長变化和南极海冰变化是判断“暖年”的最有效的短期预测手段，可以提前半年预测厄尔尼诺应该加强对德雷克海峡海冰变化的单独观測与研究，以便找到更有用的预测信息
 地球自转速度减慢、日食-厄尔尼诺系数与厄尔尼诺事件对应关系的发现体现了中国人独特的综合思维方式, 它的最终确认是中国取得诺贝尔奖零突破的希望。中国科学工作者有责任参与这项具有历史意义的综合检验工作
 

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