厄爾尼諾的起因及形成過程

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)測量結果表明，太陽輻射量的變化引起大氣平均溫度變化不超過℃，但實際上大氣年際之間的溫度變化可達℃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+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?，F(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℃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。可以說，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。19