厄爾尼諾已成為當今婦孺皆知的“氣象怪物”，不少人對它頗有神秘之感。而厄爾尼諾一詞的原意也確實給人以神秘的想象，它是西班牙語“上帝之子”或“圣嬰”之意。但現(xiàn)在的氣象上的含意已完全沒有這些意思了。它表示一系列的海--氣反常現(xiàn)象，主要有以下幾方面，(1)東太平洋赤道以南海域冷水區(qū)的消失，(2)太平洋赤道地區(qū)東南信風的消失，(3)西太平洋赤道地區(qū)的熱水向東部擴散，(4)由上述三種現(xiàn)象引起的一系列氣候反常。從厄爾尼諾出現(xiàn)伴隨的三種現(xiàn)象可知，在非厄爾尼諾時期應出現(xiàn)與上述三種現(xiàn)象相反的現(xiàn)象，即(1)東太平洋赤道以南海域有一片冷水區(qū)，(2)太平洋赤道地區(qū)吹著東南風，(3)西太平洋赤道地區(qū)堆積著大范圍的熱水，如能搞清這三種現(xiàn)象的原因，對厄爾尼諾的起因也就不難了解了。
厄爾尼諾出現(xiàn)伴隨著的海--氣異常，只是在近30年來才逐漸清楚的，最早的厄爾尼諾僅僅是與東太平洋冷水區(qū)的消失相聯(lián)系。在一般年份東太平洋赤道以南海域有一大片冷水區(qū)，這些冷水是從海洋深處翻出來的，為什么這里能上翻冷水，我們下面討論。這些上翻的冷水帶有大量的營養(yǎng)物，引來大量的魚蝦來這里覓食和產(chǎn)卵，無疑，這對當?shù)貪O民而言是豐年。冷水區(qū)一旦消失，魚蝦不來了，既使來了因水溫偏高，造成魚蝦的大量死亡，這對當?shù)氐臐O民來講，無疑是災年。冷水區(qū)的消失都開始于圣誕節(jié)前后，當?shù)厝苏J為，這是上帝讓他的兒子給人間制造的不幸，所以把這一現(xiàn)象稱“上帝之子”或簡稱“圣嬰”。現(xiàn)在的人誰也不認為厄爾尼諾現(xiàn)象與上帝有什么聯(lián)系，僅僅反映氣象中的一些現(xiàn)象，或者認為是氣象學中的一個具有特定含量新名詞?，F(xiàn)在人們關注的已遠不是厄爾尼諾出現(xiàn)導致的某些現(xiàn)象，而是它對氣候、生態(tài)可能造成的影響，更多的人在研究厄爾尼諾的起因問題。
一、厄爾尼諾的起因及形成過程
我們先把厄爾尼諾形成的主要原因告訴大家，然后再逐一地加以解釋，(1)全球氣溫的上升，（2）春季西風帶的加強，(3)沃克環(huán)流回歸點的東移，（4）安第斯山對回歸的沃克環(huán)流的阻擋。以上四個原因，前兩個屬于全球性的，后兩個屬于區(qū)域性的。而造成厄爾尼諾的關鍵是沃克環(huán)流的變化，所以在解釋這四個原因之前，應當知道有關大氣環(huán)流方面的有關知識。
大氣環(huán)流這個詞在氣象預報中經(jīng)常出現(xiàn)，因為大氣環(huán)流是支配大氣活動的主要動力之一，而大氣環(huán)流的變化也是氣候變化的主要原因之一，厄爾尼諾的出現(xiàn)與消失就是一個名為“沃克環(huán)流”變化的結(jié)果。大氣環(huán)流主要在10千米高度以下的對流層內(nèi)活動，大氣環(huán)流有許許多多，方向也各異，可以說，世界沒有一個地方的氣候不是受某一個特定的大氣環(huán)流的變化所影響。那么又是什么原因能夠引起大氣環(huán)流的變化?從根本上講，這就是全球大氣能量的收支變化所決定的。大氣能量包括大氣熱能和大氣動能的總和。大氣能量的99％以上來自太陽輻射，近一百多年來的太陽常數(shù)測量結(jié)果表明，太陽輻射量的變化引起大氣平均溫度變化不超過0.0l℃，但實際上大氣年際之間的溫度變化可達0.2℃左右，可見引起大氣能量變化的主要原因來自大氣內(nèi)部。大氣把吸收到的太陽輻射能的50％左右轉(zhuǎn)化為動能與熱能，這就是大氣能量的收入部分。另外的50%左右反射進入字宙空間，這就是大氣能量的支出部分?大氣能嵌的收入與支出并不是固定不變的，年際間的變化幅度在+0.05以內(nèi)。引起這種變化的因素很復雜，有物理因素，有化學因素，也有動力學等因素，目前對這方面了解還不很消楚，但有一點是明確的，這就是對大氣、海洋和陸地的污染是導致大氣能量收支變化的主要因素之一。由于大氣能量收支的不穩(wěn)定，也是造成大氣環(huán)流變化的根本原因，同時也是氣候變化的根本原因。
我們僅討論影響厄爾尼諾出沒的大氣
環(huán)流是怎樣構(gòu)成和怎樣變化的，該環(huán)流名叫沃克環(huán)流，是1969年由英國人沃克最初發(fā)現(xiàn)的。沃克環(huán)流屬海--氣能量交換的環(huán)流，它發(fā)源于西太平洋赤道地區(qū)，陸地部分主要屬印度尼西亞和馬來西亞等國。這是一股上升的熱氣流，從這里升程到達6-7千米高度后向東偏南方向運動，到達東太平洋南回歸線附近下降。它在這里下降的原因有(1)受安第斯山的阻擋。這里安第斯山高6000米上下，對沃克環(huán)流的東進，無疑是一巨大的阻力，(2)受南美大陸上升氣流的阻擋，這里屬于熱帶和亞熱帶地區(qū)，有較強的上升氣流。沃克環(huán)流在下降的過程受科里奧利力的作用使氣流問西偏移，氣流的中心位置降落在東太平洋的復活節(jié)島附近。因氣流在下降的過程帶有很大的沖擊力、把東太平洋赤道以南大片表面洋水吹向西去。同時又把這里深部的冷水上翻，于是在這里出現(xiàn)一片冷水區(qū)。沃克環(huán)流下降后要回到它的發(fā)源地，這就在太平洋赤道地區(qū)形成一股東南風，人們稱之為“東南信風”。這股東南信風又把太平洋赤道上的表面洋水吹向西去。（3）而西太平洋赤道地區(qū)是由成千上萬個島嶼和半島組成的弧形構(gòu)造，西部基本上是封閉的，從東部吹來的洋水在這里堆積，在一般年份這里的海平面比東太平洋冷水區(qū)高60厘米左右。堆積的水可達1萬億立方米。又因這里的水不能流動，有較強的蓄熱作用，所以這里成為太平洋最熱的水域。在一般年份這里比中太平洋高2℃左右，比東太平樣冷水區(qū)高6℃左右。這就是非厄爾尼諾時期太平洋出現(xiàn)的三種現(xiàn)象的原因。(1)東太平洋赤道附近的冷水區(qū)，(2)太平洋赤道上的東南信風，(3)西太平洋赤道地區(qū)堆積的熱水。
上述三種現(xiàn)象的消失就是厄爾尼諾的出現(xiàn)，我們看看厄爾尼諾是怎樣形成的。現(xiàn)在大家都公認的現(xiàn)象是，厄爾尼諾年一定是氣溫偏高年，這是為什么?氣溫上升，大氣必然向外膨脹，這是熱力學基本法則，大氣向外膨脹，所有的大氣環(huán)流的高度也將上升。大氣平均溫度升高0.1℃可使大氣平均向外膨脹20-30米。對于赤道附近的大氣向外膨脹值要比平均值高數(shù)倍。沃克環(huán)流的高度升高后將超過安第斯山，已具備跨越安第斯山繼續(xù)東進的條件，但在南美大陸上升氣流的阻擋下。又難以東進。全球大氣每年冬春季節(jié)西風帶強盛，在強盛的西風帶的推動下，使得已具備跨越安第斯山的沃克環(huán)流得以東進。但已是強弩之末，很快地在南美大陸上空下降，下降后再返回它的發(fā)源地時，立即受到安第斯山的阻擋，這時的沃克環(huán)流全部降落在南美大陸。因沃克環(huán)流帶有大量的水汽，使得這里經(jīng)常出現(xiàn)暴雨成災狂風大作的反常天氣。這是“上帝之子”下凡后給人間帶來的第一個災害。與此同時，在安第斯山西側(cè)的東太平洋海域的冷水區(qū)消失，太平洋赤道地區(qū)的東南信風也消失，堆積在西太平洋赤道的熱水向東部回流，這就是厄爾尼諾的出現(xiàn)，上面已經(jīng)講過，這種現(xiàn)象一定開始于春季。經(jīng)過四個月左右，這股熱水流到東太平洋，于是整個太平洋赤道地區(qū)都熱了起來，厄爾尼諾達到高峰期，這時的季節(jié)必然是夏季，此時，東西太平洋的海平面也趨于一致。
當厄爾尼諾達到高峰時，堆積在西太平洋赤道地區(qū)的多余的熱水也所剩無幾，沃克環(huán)流的源動力也大為減弱，進入南美大陸上空的沃克環(huán)流開始西退，厄爾尼諾開始減弱。如果沃克環(huán)流退回的路程與原東進的路程相等，于是在東太平洋赤道海域又恢復了原來同-海域的冷水區(qū)，但由于沃克環(huán)流源頭的熱量比原來減少很多，所以沃克環(huán)流退回的路程往往是比原東進的路程還遠，這樣，冷水區(qū)將問西擴大，這就是拉尼娜現(xiàn)象。一次厄爾尼諾消失后必然出現(xiàn)拉尼娜，可以說，拉尼娜是厄爾尼諾的“副產(chǎn)物”。圖1d表示的就是拉尼娜出現(xiàn)的原因。拉尼娜一般發(fā)生在夏秋之交，因為這時全球大氣東風加強、西風帶減弱。這也為沃克環(huán)流的西退提供了一些動力。
在厄爾尼娜形成的四個條件中，安第斯山起著-種獨特的作用。在氣溫不高的年份，它擋住了沃克環(huán)流的東進。在氣溫偏高的年份，它擋住了沃克環(huán)流的回歸，這是地理因素對氣候影響的典型事例之一。安第斯山北起北緯10附近，南至南緯50附近。全長約9000千米、一般高度在3000米上下，最高處處在6000米左右，主要位于南回歸線附近，這里正是沃克環(huán)流經(jīng)過之處?？梢哉f，厄爾尼諾現(xiàn)象的形成也是大自然多種因素的巧合。
1997年的厄爾尼諾是有記錄以來最強的一次，持續(xù)的時間長，受害的區(qū)域廣，危害的區(qū)域廣，危害的程度大，其原因除全球性氣溫持續(xù)偏高外，地方性因素起的作用也不能忽視。東南亞地區(qū)自80年代以后，工業(yè)高速發(fā)展，海、陸、空也遭受全面的空前的污染，使該地區(qū)的溫室效應不斷增強，這也為沃克環(huán)流提供了更多動力，使它長時間東進不歸，持續(xù)一年之久，從1997年春直到1998年夏。1998年7、8月份出現(xiàn)拉尼娜，也是預料之中的，因為持續(xù)一年之久的厄爾尼諾使得沃克環(huán)流的源頭失去太多熱量。1998年盡管是一個高溫年，但仍然出現(xiàn)了拉尼娜。可見拉尼娜的出現(xiàn)與全球性氣溫關系不大，更多的取決于沃克環(huán)流源頭的熱能的提供情況，如果在印度尼西亞發(fā)生較強的火山活動，一定會出現(xiàn)拉尼娜。拉尼娜的出現(xiàn)原因，給我們提供一個有益的啟示，如果能人為地降低西太平洋的溫度，也有可能避免厄爾尼諾的出現(xiàn)。
二、厄爾尼諾對氣接的影響及厄爾尼諾預防的可能
上面談到的厄爾尼諾出現(xiàn)的三個主要現(xiàn)象：東太平洋冷水區(qū)消失，太平洋赤道地區(qū)東南信風消失和西太平洋堆積的熱水向東回流，這三種現(xiàn)象的出現(xiàn)都是使占全球面積1／3的太平洋熱了起來，本來厄爾尼諾出現(xiàn)的首要條件就是全球氣溫的上升，這樣一來，全球更熱了。所以厄爾尼諾年給人最深的印象就是熱浪襲人。厄爾尼諾年氣候異常的主要原因也是氣溫上升引出的一系列結(jié)果。受害最重的地區(qū)就是太平洋和環(huán)太平洋地區(qū)，由于太平洋東南信風的消失和西太平洋熱水東流、使得太平洋赤道地區(qū)變得不僅風平浪靜、而且炎熱、干旱，雨林枯萎，1997年的印尼森林大火，與此有密切關系。由于太平洋的高溫、使得太平洋和環(huán)太平洋地區(qū)的副熱帶高壓向南緯推進，原來副熱帶高壓在緯度30度附近，厄爾尼諾年可向北推進到35-40度的地區(qū)、像我國的黃河流域和華北地區(qū)正位于這樣的緯度上，所以在厄爾尼諾年這里降水減少悶熱天氣明顯增多，尤其是在夏季，而春季降水會有所增加，因為春季我國華北地區(qū)冷空氣南下頻繁、與副熱帶高壓交匯的機會增加，所以降水較多。
此外，受厄爾尼諾之害的另一個地區(qū)是南美大陸的中緯和低緯地區(qū)，因沃克環(huán)流在安第斯山東側(cè)的南美大陸下降，給這里帶來大量的狂風暴雨。因沃克環(huán)流帶有大量的水汽。這是形成暴雨的有利條件、又因沃克環(huán)流的下降，形成強烈的地區(qū)性溫度梯度，這是形成狂風的有利條件。
厄爾尼諾消失后拉尼娜的出現(xiàn)對氣候的影響是否像有些人認為的那樣強烈，值得探討。例如，有人把我國去年夏秋季節(jié)長江中上游和嫩江流域出現(xiàn)的洪水歸于拉尼娜的影響，這未免夸大了拉尼娜的作用，拉尼娜的主要表現(xiàn)是東太平洋冷水區(qū)擴大。在浩瀚的太平洋邊緣增加一點冷水，影響到萬里以外的我國嫩江地區(qū)，這是難以令人置信的。拉尼娜對氣候如果說有影響，應主要表現(xiàn)在“冷”的方面，而1998年的氣候主要表現(xiàn)在“熱”的方面。像我國黑龍江省降水增多，都出現(xiàn)與“熱年”。1998年的氣候與1997年的氣候差不多，均屬“熱年”。按統(tǒng)計資料表明，在同樣的季節(jié)，溫度偏低的年份，我國華北地區(qū)降水增多，但在1998年夏秋之交，正當拉尼娜出現(xiàn)時，我國華北地區(qū)氣溫明顯偏高、降水明顯減少，這顯然不像是受拉尼娜影響的表現(xiàn)。1997年的厄爾尼諾是有記錄以來最強的，首先是持續(xù)的時間長，從1997年春到1998年夏，在夏秋之交出現(xiàn)拉尼娜。這對太平洋西岸的氣候產(chǎn)生不了多大影響，1998年的氣候異常，主要是厄爾尼諾起的作用。
下面順便介紹一個較有興趣的問題，1998年夏美國宇航局宣布，由于厄爾尼諾的出現(xiàn)，使得地球自轉(zhuǎn)在過去一年來減慢了千分之一秒。對于不了解真相的人以為這是厄爾尼諾本身的原因使地球自轉(zhuǎn)變慢了。其實這是氣溫上升使地球自轉(zhuǎn)變慢了。上面我們談過，尼諾出現(xiàn)的首要原因是氣溫上升，氣溫上升則大氣向外膨脹；氣溫下降則大氣向內(nèi)收縮，這是熱力學的基本法則。大氣膨脹則轉(zhuǎn)動慣量增大，轉(zhuǎn)動慣量增大則自轉(zhuǎn)體自轉(zhuǎn)速度減慢，這是動力學的基本法則?；踊\動員很懂得這個法則，當他們伸開雙臂時，在冰上的旋轉(zhuǎn)速度就減慢，當他們抱緊雙臂時，在冰上的旋轉(zhuǎn)速度就加快，就是這個道理。大氣活動可以使地球自轉(zhuǎn)變慢，也可以使地球自轉(zhuǎn)加快。地球自轉(zhuǎn)速度的變化，是地學研究的重要問題之一，地球自轉(zhuǎn)的變化對大氣活動有哪些影響，目前還不了解。
現(xiàn)在厄爾尼諾出現(xiàn)的頻次是3-5年一次，隨著全球氣溫的升降，厄爾尼諾出現(xiàn)的頻次也在變化，例如：在50-60年代，那時的平均氣溫比現(xiàn)在低0.4℃左右，厄爾尼諾出現(xiàn)的頻次是5-7年一次，到2020年以前，平均氣溫至少將比現(xiàn)在上升0.4℃，那時厄爾尼諾出現(xiàn)頻次將增至2-3年一次。若氣溫還持續(xù)上升，比現(xiàn)在升高0.8℃，厄爾尼諾將每年出現(xiàn)一次，即每年春季都要出現(xiàn)厄爾尼諾，夏秋之季消失，接著出現(xiàn)拉尼娜。從大氣能量的角度看，厄爾尼諾的出現(xiàn)不過是大氣為維持其能量收支平衡的一種自我調(diào)整過程，當大氣的能量收入大于支出時就要發(fā)生大氣向外膨脹，厄爾尼諾隨之出現(xiàn)。大氣通過向外膨脹釋放出多余的能量，以達到新的平衡。大氣中二氧化碳濃度的增加或減少，是大氣能量收支變化的主要原因。近30年來，大氣中二氧化碳的濃度以加速度的形式增加著，所以氣溫也以加速度的形式上升，在過去的30年，平均氣溫上升0.4℃，在未來的20年就可上升0.4℃。只要人類不把二氧化碳排放量降下來，氣溫的上升就不可逆轉(zhuǎn)。在人類沒有取得比石油、天然氣、煤炭等更廉價和更容易使用的能源之前，二氧化碳的排放量不會降下降，這是人們追求最大利潤的需要，也是生存和發(fā)展的需要。那些有關環(huán)境的宣言、號召和呼吁等在現(xiàn)實生活中顯得太有氣無力了?，F(xiàn)在看來，在未來40年內(nèi)，不排放二氧化碳的新能源取代現(xiàn)在的碳氫能源的可能性甚微；人類應當做好氣候變得更壞的準備。
可以確切地說，隨著全球氣溫的上升，在未來40年內(nèi)，厄爾尼諾出現(xiàn)的頻次將越來越快，全球生態(tài)，尤其是環(huán)太平洋地區(qū)的生態(tài)受厄爾尼諾之苦，將苦不堪言。那么人類有沒有可能讓厄爾尼諾不出現(xiàn)呢?從理論上和實踐上看，有這個可能性，下面我們就來談談這個問題。
厄爾尼諾的出現(xiàn)主要是一個大氣環(huán)流在做怪的結(jié)果；大氣環(huán)流是一個極為脆弱的天氣系統(tǒng)極易受到周圍環(huán)境變化的影響，這也是各地氣候變化萬千的重要原因之一。拉尼娜的出現(xiàn)，給我們一個極有益的啟示，如果能用人工方法。把西太平洋赤道地區(qū)的水溫降下來，就可以使東進的沃克環(huán)流退回來。這就可以避免厄爾尼諾的出現(xiàn)；西太平洋赤道地區(qū)面積約一千萬平方公里，這里水面溫度約30℃，比中太平洋高2℃左右，如果能將西太平洋赤道地區(qū)近一千萬平方公里的水面溫度平均下降2℃，就可以制止任何程度的厄爾尼諾現(xiàn)象出現(xiàn)。降溫的辦法也不難實現(xiàn)，只要把深部的海水提取出來，噴灑在海面上就可以達到此目的。海洋100米深處水溫約為16℃，1000米深處水溫約4℃。以1000米深處的水為例，1毫升1000米深處的海洋水，至少可使10毫升30℃的水，溫度下降2℃，每秒取水106立方米，連續(xù)三個月，就可以使西太平洋赤道地區(qū)1千萬平方公里水面溫度至少平均下降2℃，這就完全可以把這個即將問世的“上帝之子”窒息在胎內(nèi)。從海洋深處取水，并不需要太多的能量，把一個下端開口的輸水管伸入海洋深處，用水泵從上面提水，在提水量相等的條件下，從1米深處提出水和從1000米深處提出水，所需要的能量相等，這個道理不難理解。另外，在提水量相等的條件下，輸水管越粗越節(jié)省能量，但輸水管太粗，會增加投資費用。用口徑12米的輸水管，用1000千瓦的水泵，每秒至少可提水100立方米，管中水位僅比海面下降1米。具體提水措施可以這樣：把1萬艘排水量1000噸的貨船，分布在西太平洋的海面上，船上有水泵，船下安有輸水用的軟管，伸入海洋深處。從年初啟動水泵至3月底結(jié)束，這就可以完全確保厄爾尼諾不再出現(xiàn)。估計一艘船連同有關設備在內(nèi)，需資金1000萬美元，1萬艘需1000億美元。這筆資金看起來很龐大，但和厄爾尼諾造成的損失和災害相比，并不算大。據(jù)有關部門估計，1997-1998年的厄爾尼諾造成的直接經(jīng)濟損失，可達近千億美元，更不用說對生態(tài)造成的損害，用金錢是無法衡量的。一次性投入1000億美元，可長期解除厄爾尼諾之害，這是值得的。這筆錢由誰來出？首先應考慮由受厄爾尼諾之害最重的國家和地區(qū)共同擔負，其次是那些制造溫室效應最重的國家和地區(qū)擔負。全人類也都應該關注這個改造氣候、造福全人類的宏偉工程。人類給生態(tài)制造的災難太多了，應當為拯救生態(tài)做出有益的投入了。
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