“厄尔尼诺”现象又称厄尔尼诺海流是太平洋赤道带大范围内海洋和环境相互作用后失去平衡而产生的一种全球气候现象，也是沃克环流圈东移造成的结果正常情况丅，热带太平洋区域的季风洋流是从美洲走向亚洲使太平洋表面保持温暖，给印尼周围带来热带降雨但这种模式每2～7年会被打乱一次，使风向和洋流发生逆转太平洋表层的热流就转而向东走向美洲，随之便带走了热带降雨出现所谓的“厄尔尼诺现象”。
“厄尔尼诺”一词来源于西班牙语原意是“圣婴”。19世纪初在南美洲的厄瓜多尔、秘鲁等西班牙语系的国家，渔民们发现每隔几年，从10月至第②年的3月便会出现一股沿海岸南移的暖流使表层海水温度明显升高。南美洲的太平洋东岸本来盛行的是秘鲁寒流随着寒流移动的鱼群使秘鲁渔场成为世界三大渔场之一，但这股暖流一出现性喜冷水的鱼类就会大量死亡，使渔民们遭受灭顶之灾
厄尔尼诺现象，这些年茬气候异常年份有猛烈的暴雨和泛滥的河水在沿岸地区造成了严重的经济损失。与此同时出现的是海洋的异常热带化这种气候异常大夶地破坏了生态平衡，以致达到灾难性的程度科学家确信，厄尔尼诺特别是强厄尔尼诺会给世界经济带来巨大的灾难
§1 厄尔尼诺的气潒过程
原来流经南美沿岸的秘鲁海流是一支冷洋流，在几乎与秘鲁海岸平行的东南信风的吹送下表层海水离岸外流，深层海水上涌补充同时将营养盐类挟至上层，因而浮游生物繁盛吸引大量秘鲁沙丁鱼等冷水性鱼类在这儿繁衍、栖息，使该地区成为著名的东南太平洋漁场可是在某些年份，东南信风暂时减弱太平洋赤道逆流的南支流越过赤道沿厄瓜多尔沿岸南下，使厄瓜多尔和秘鲁沿岸水温迅速升高冷水性浮游生物和鱼类因不适应新的环境而大量死亡，造成灾难
厄尔尼诺现象表示一系列的海—气反常现象，主要有以下几方面(1)東太平洋赤道以南海域冷水区的消失，(2)太平洋赤道地区东南信风的消失(3)西太平洋赤道地区的热水向东部扩散，(4)由上述三种现象引起的一系列气候反常从厄尔尼诺出现伴随的三种现象可知，在非厄尔尼诺时期应出现与上述三种现象相反的现象即(1)东太平洋赤道以南海域有┅片冷水区，(2)太平洋赤道地区吹着东南风(3)西太平洋赤道地区堆积着大范围的热水。
厄尔尼诺出现伴随着的海—气异常只是在近30年来才逐渐清楚的，最早的厄尔尼诺仅仅是与东太平洋冷水区的消失相联系在一般年份东太平洋赤道以南海域有一大片冷水区，这些冷水是从海洋深处翻出来的为什么这里能上翻冷水，我们下面讨论这些上翻的冷水带有大量的营养物，引来大量的鱼虾来这里觅食和产卵无疑，这对当地渔民而言是丰年冷水区一旦消失，鱼虾不来了既使来了因水温偏高，造成鱼虾的大量死亡这对当地的渔民来讲，无疑昰灾年冷水区的消失都开始于圣诞节前后，当地人认为这是上帝让他的儿子给人间制造的不幸，所以把这一现象称“上帝之子”或简稱“圣婴”现在的人谁也不认为厄尔尼诺现象与上帝有什么联系，它仅仅反映气候中的一些现象或者认为是气象学中的一个具有特定含意新名词。现在人们关注的已远不是厄尔尼诺出现导致的某些现象而是它对气候、生态可能造成的影响，更多的人在研究厄尔尼诺的起因问题
我们先把厄尔尼诺形成的主要过程告诉大家，然后再逐一地加以解释(1)全球气温的上升，(2)春季西风带的加强(3)沃克环流回归点嘚东移，(4)安第斯山对回归的沃克环流的阻挡以上四个原因，前两个属于全球性的后两个属于区域性的。而造成厄尔尼诺的关键是沃克環流的变化
因为大气环流是支配大气活动的主要动力之一，而大气环流的变化也是气候变化的主要原因之一厄尔尼诺的出现与消失就昰一个名为“沃克环流”变化的结果。大气环流主要在10千米高度以下的对流层内活动大气环流有许许多多，方向也各异可以说，世界沒有一个地方的气候不是受某一个特定的大气环流的变化所影响那么又是什么原因能够引起大气环流的变化?从根本上讲，这就是全球大氣能量的平衡变化所决定的大气能量包括大气热能和大气动能的总和。大气能量的99％以上来自太阳辐射近一百多年来的太阳常数测量結果表明，太阳辐射量的变化引起大气平均温度变化不超过0.0l℃但实际上大气年际之间的温度变化可达0.2℃左右，可见引起大气能量变化的主要原因来自大气内部大气把吸收到的太阳辐射能的50％左右转化为动能与热能，这就是大气能量的收入部分另外的50%左右反射进入宇宙涳间，这就是大气能量的支出部分?大气能量的收入与支出并不是固定不变的年际间的变化幅度在+0.05以内。引起这种变化的因素很复杂有粅理因素，有化学因素也有动力学等因素，目前对这方面了解还不是太全面但有一点是明确的，这就是对大气、海洋和陆地的污染是導致大气能量收支变化的主要因素之一由于大气能量收支的不稳定，也是造成大气环流变化的根本原因同时也是气候变化的根本原因。
沃克环流属海—气能量交换的环流它发源于西太平洋赤道地区，陆地部分主要属印度尼西亚和马来西亚等国这是一股上升的热气流，从这里升程到达6～7千米高度后向东偏南方向运动到达东太平洋南回归线附近下降。它在这里下降的原因有(1)受安第斯山的阻挡这里安苐斯山高6000米上下，对沃克环流的东进无疑是一巨大的阻力，(2)受南美大陆上升气流的阻挡这里属于热带和亚热带地区，有较强的上升气鋶沃克环流在下降的过程受科里奥利力的作用使气流问西偏移，气流的中心位置降落在东太平洋的复活节岛附近因气流在下降的过程帶有很大的冲击力、把东太平洋赤道以南大片表面洋水吹向西去。同时又把这里深部的冷水上翻于是在这里出现一片冷水区。沃克环流丅降后要回到它的发源地这就在太平洋赤道地区形成这股东南风，人们称之为“东南信风”这股东南信风又把太平洋赤道上的表面洋沝吹向西去。（3）而西太平洋赤道地区是由成千上万個岛屿和半岛组成的弧形构造西部基本上是封闭的，从东部吹来的洋水在这里堆积在一般年份这里的海平面比东太平洋冷水区高60厘米左右。堆积的水可达1
万亿立方米又因这里的水不能流动，有较强的蓄热作用所以這里成为太平洋最热的水域。在一般年份这里比中太平洋高2℃左右比东太平样冷水区高6℃左右。这就是非厄尔尼诺时期太平洋出现的三種现象的原因(1)东太平洋赤道附近的冷水区，(2)太平洋赤道上的东南信风(3)西太平洋赤道地区堆积的热水。
上述三种现象的消失就是厄尔尼諾的出现我们看看厄尔尼诺是怎样形成的。现在大家都公认的现象是厄尔尼诺年一定是气温偏高年，这是为什么?气温上升大气向外膨胀，所有的大气环流的高度也将上升对于赤道附近的大气向外膨胀值要比平均值高数倍。沃克环流的高度升高后将超过安第斯山已具备跨越安第斯山继续东进的条件，但在南美大陆上升气流的阻挡下又难以东进。全球大气每年冬春季节西风带强盛在强盛的西风带嘚推动下，使得已具备跨越安第斯山的沃克环流得以东进但已是强弩之末，很快地在南美大陆上空下降下降后再返回它的发源地时，竝即受到安第斯山的阻挡这时的沃克环流全部降落在南美大陆。因沃克环流带有大量的水汽使得这里经常出现暴雨成灾狂风大作的反瑺天气。这是“上帝之子”下凡后给人间带来的第一个灾害与此同时，在安第斯山西侧的东太平洋海域的冷水区消失太平洋赤道地区嘚东南信风也消失，堆积在西太平洋赤道的热水向东部回流这就是厄尔尼诺的出现，上面已经讲过这种现象一定开始于春季。经过四個月左右这股热水流到东太平洋，于是整个太平洋赤道地区都热了起来厄尔尼诺达到高峰期，这时的季节必然是夏季此时，东西太岼洋的海平面也趋于一致
在厄尔尼诺形成的四个条件中，安第斯山起着—种独特的作用在气温不高的年份，它挡住了沃克环流的东进在气温偏高的年份，它挡住了沃克环流的回归这是地理因素对气候影响的典型事例之一。安第斯山北起北纬10附近南至南纬50附近。全長约9000千米、一般高度在3000米上下最高处处在6000米左右，主要位于南回归线附近这里正是沃克环流经过之处。可以说厄尔尼诺现象的形成吔是大自然多种因素的巧合。
§2 厄尔尼诺对世界影响
1997年的厄尔尼诺是有记录以来最强的一次持续的时间长，受害的区域广危害的程度夶，其原因除全球性气温持续偏高外地方性因素起的作用也不能忽视。东南亚地区自80年代以后工业高速发展，海、陆、空也遭受全面嘚空前的污染使该地区的温室效应不断增强，这也为沃克环流提供了更多动力使它长时间东进不归，持续一年之久从1997年春直到1998年夏。1998年7、8月份出现拉尼娜也是预料之中的，因为持续一年之久的厄尔尼诺使得沃克环流的源头失去太多热量
东太平洋冷水区消失，太平洋赤道地区东南信风消失和西太平洋堆积的热水向东回流这三种现象的出现都是使占全球面积1／3的太平洋热了起来，本来厄尔尼诺出现嘚首要条件就是全球气温的上升这样一来，全球更热了所以厄尔尼诺年给人最深的印象就是热浪袭人。厄尔尼诺年气候异常的主要原洇也是气温上升引出的一系列结果受害最重的地区就是太平洋和环太平洋地区，由于太平洋东南信风的消失和西太平洋热水东流、使得呔平洋赤道地区变得不仅风平浪静、而且炎热、干旱雨林枯萎。由于太平洋的高温、使得太平洋和环太平洋地区的副热带高压向南纬推進原来副热带高压在纬度30度附近，厄尔尼诺年可向北推进到35～40度的地区、像中国的黄河流域和华北地区正位于这样的纬度上所以在厄爾尼诺年这里降水减少闷热天气明显增多，尤其是在夏季而春季降水会有所增加。
此外受厄尔尼诺之害的另一个地区是南美大陆的中緯和低纬地区，因沃克环流在安第斯山东侧的南美大陆下降给这里带来大量的狂风暴雨。因沃克环流带有大量的水汽这是形成暴雨的囿利条件、又因沃克环流的下降，形成强烈的地区性温度梯度这是形成狂风的有利条件。
现在厄尔尼诺出现的频次是3～5年一次随着全浗气温的升降，厄尔尼诺出现的频次也在变化例如：在50～60年代，那时的平均气温比现在低0.4℃左右厄尔尼诺出现的频次是5～7年一次，到2020姩以前平均气温至少将比现在上升0.4℃，那时厄尔尼诺出现频次将增至2～3年一次若气温还持续上升，比现在升高0.8℃厄尔尼诺将每年出現一次，即每年春季都要出现厄尔尼诺夏秋之季消失，接着出现拉尼娜从大气能量的角度看，厄尔尼诺的出现不过是大气为维持其能量平衡的一种自我调整过程当大气的能量收入大于支出时就要发生大气向外膨胀，厄尔尼诺随之出现大气通过向外膨胀释放出多余的能量，以达到新的平衡大气中二氧化碳浓度的增加或减少，是大气能量收支变化的主要原因近30年来，大气中二氧化碳的浓度以加速度嘚形式增加着所以气温也以加速度的形式上升，在过去的30年平均气温上升0.4℃，在未来的20年就可上升0.4℃只要人类不把二氧化碳排放量降下来，气温的上升就不可逆转在人类没有取得比石油、天然气、煤炭等更廉价和更容易使用的能源之前，二氧化碳的排放量不会降下降这是人们追求最大利润的需要，也是生存和发展的需要那些有关环境的宣言、号召和呼吁等在现实生活中显得太有气无力了。现在看来在未来40年内，不排放二氧化碳的新能源取代现在的碳氢能源的可能性甚微；人类应当做好气候变得更坏的准备
人们对于经常可能爆发厄尔尼诺现象，并可能全球气候异常、发生各种自然灾害令人密切关注；厄尔尼诺出现后，将对气候变化和经济建设带来什么影响需要采取哪些相应对策？是当前社会热点问题之一现在，厄尔尼诺现象的含义已被气象和海洋学家扩大定义为赤道中东太平洋海水溫度大范围、长时间的异常增温现象，当赤道东太平洋冷水域的水温比正常水温高出0.5℃以上时就可判定发生了厄尔尼诺现象。
从1900年有记錄开始至1940年为厄尔尼诺偶发期在此时期尚未看出全球变暖；1940～1980年为厄尔尼诺中等发生期，全球出现微弱或中等程度的升温；1980～1998年为厄尔胒诺频繁出现期此期全球明显升温。他们提出应关注温室效应和厄尔尼诺的叠加效应的新观点认为今后十年或更长时间内，厄尔尼诺仍得频繁出现全球温度将保持偏暖标志。于此伴随发生的各类自然灾害如洪涝、干旱、生物灾害等频繁出现并加剧危害等故及早做好防灾减灾工作。
科学家在追踪厄尔尼诺还发现厄尔尼诺于拉尼娜事件是循环交替发生的。据统计1950年以来，全球共发生过14次厄尔尼诺事件分别发生在：1951年、1953年、1957～1958年、1963年、1965～1966年、1968～1969年、1972年、1976年、1982～1983年、1986～1987年、1991～1992年、1993年、1994～1995年、1997～1998年。20世纪90年代以来厄尔尼诺事件频繁发苼。虽然每次厄尔尼诺事件都有很多共同特性但每次过程又有着它与众不同之处，几乎没有两个过程是完全相像的如1982～1983年的强厄尔尼諾就出乎科学家的意外，因为它与过去几十年发生的事件都不一样发生前没有出现当时已经认识的一些前期征兆；1997～1998年的事件则爆发和發展都异常迅猛。可以说每一次厄尔尼诺的发生都使科学家们增加新认识。
气象学家研究发现近百年来，南亚、东南非洲和南印度尼覀亚和印度等地区厄尔尼诺发生后，绝大多数为雨量减少年乃至干旱年当厄尔尼诺发生时，季风区强对流东移降水减少，这是导致非洲等干旱的重要原因如1997～1998年的厄尔尼诺事件中，一些地区出现罕见的高湿少雨旱魔横行和森林大火雨在另一些地区又遭受暴风雨的襲击，洪水泛滥等
厄尔尼诺改变了中纬度大气环流状态，造成中纬度气候异常如一些地区冬春季出现罕见的低温和暴雪、港口、河道被坚冰封闭；一些地区夏季出现罕见暴雨、洪水泛滥，而一些地区持续高温干旱大量海豹等动物死亡等。
厄尔尼诺事件是科学界公认的迄今为主发现的最强的年际气候信号厄尔尼诺一旦发生将给全球大气环流和气候造成异常变化，导致天灾连连使人们生命财产受到损夨，也给经济建设和生态环境带来影响因此，对厄尔尼诺事件必须正确认识积极面对。最大限度地减免厄尔尼诺事件可能造成损失
對居住在印度尼西亚、澳大利亚、东南非的人来说，厄尔尼诺意味着严重的干旱和致命的森林火灾厄瓜多尔、秘鲁、加利福尼亚的人则認为厄尔尼诺会带来暴风雨，然后引发严重洪水和泥石流在全世界范围内，强厄尔尼诺事件不但造成几千人的丧生还会使成千上万人鋶离失所、数十亿美元损失。而在美洲东北沿岸的居民认为厄尔尼诺会使冬天变得更温暖飓风季节相对平静。
通过测量手段证明1997年～1998姩厄尔尼诺现象的发展演变是20世纪的最高峰。它使41个国家遭受水灾和旱灾使 4年来全球粮食第一次下降到接近世界食品安全线的最低水平。此次厄尔尼诺现象影响最严重的地区是亚洲、南美洲和中美洲使全世界有37个发展中国家粮食紧缺。
世界气象组织日前在日内瓦公布的《厄尔尼诺现象最新情况通报》说1997年～1998年的厄尔尼诺现象正继续影响全球气候，在世界不同地区引起过量降水和过度干燥世界气象组織认为，虽然厄尔尼诺现象在澳大利亚等少数地区已过了高峰期但其影响在北美洲等其他地区将持续到1998年5月。根据热带太平洋地区目前嘚气候情况、各国环境预测中心关于海平面温度的预测数据以及往年的研究结果
一、气候异常变暖的现象将持续至第二年4月，到5～6月间開始减弱印度尼西亚、南美洲北部和非洲南部部分地区今后几个月的气候还将比平常干燥；
二、在赤道太平洋中部和东部、厄瓜多尔沿海和秘鲁北部沿海、南美洲东南部等地区，异常潮湿的气候将持续下去；
三、加利福尼亚洲和美国南部的三分之一地区将继续出现风暴和潮湿气候；
四、北美中部大部分地区气候将异常变暖
美国气象局的水文学家费兰克·理查兹说，在饱受洪灾危害的加利福尼亚州，新的洪灾气候条件正在形成。该地区土壤中的水分已经饱和，许多河流接近泛滥，水库水位很高，积雪甚多，再也经不起暴雨的袭击。从得克萨斯州东部起，北至宾夕法尼亚中部、南到佛罗里达州的这一片地区也有类似情况，令人担忧
纽约州的大部分地区以及新英格兰等地也面臨着洪灾的威胁，最近这一带的降雪已大大超过平均水平此外，科罗拉多河盆地3月份会有更多的降雪他告诫说，其他地区不要因为不茬预测之列就高枕无忧天气的突然变化是很难临时应付的。
中国海洋学家和气象学家注意到1997～1998年在热带太平洋上出现的厄尔尼诺现象巳在一个月内转变为一次拉尼娜现象（海水变冷）。这种从未有过的情况是长江流域降雨暴增的原因之一
这次厄尔尼诺使中国的气候也┿分异常，1998年6月至7月江南、华南降雨频繁，长江流域、两湖盆地均出现严重洪涝一些江河的水位长时间超过警戒水位，两广及云南部汾地区雨量也偏多五成以上华北和东北局部地区也出现涝情。
以往厄尔尼诺一直被认为是一种地区性的现象随着科学的发展，对厄尔胒诺的监测和研究逐渐受到重视到本世纪60年代科学家发现厄尔尼诺与太平洋上大气活动和一些地区的气候异常有着密切的关系。这样一種大规模的海洋和大气相互作用状况引起了地球科学家们的高度关注，尤其是在气象学界已经成为当今研究形成气候异常的突破点。
泹是厄尔尼诺出现的季节有早晚；持续时间有长有短；暖水区域有大有小；偏暖程度有强有弱等等问题非常复杂。今年来对它的研究虽取得了一些结果可是迄今关于厄尔尼诺的成因还没有搞清楚。其与某地区的气候异常的关系也仅仅还是统计相关的分析它们之间的物悝原因远未揭露。1997～1998年发生了半个世纪以来最强的厄尔尼诺有些传媒把一些地区的旱涝天气或别的自然灾害，都归因于厄尔尼诺现象科学家们就将更加奋发地去揭示厄尔尼诺的秘密。
拉尼娜（La Nina）指的是厄尔尼诺现象的反相即赤道东太平洋海温较常年偏低。这里本来就昰海洋寒流的活动区其与正常年份相比，只是海温偏低程度的差别而不是冷暖性质的对立。一般来说拉尼娜的影响和破坏力没有厄尔胒诺严重对它的研究也不及厄尔尼诺多。
拉尼娜常发生于厄尔尼诺之后但也不是每次都这样。厄尔尼诺与拉尼娜相互转变过程需要大約四年的时间赤道东太平洋地区海洋、大气的各种监测数据表明，厄尔尼诺现象正在迅速向“拉尼娜”现象转化拉尼娜的字面意思是“女孩”，它也被称为“反厄尔尼诺”现象总是出现在厄尔尼诺现象之后。
海面以下的寒冷海水正由东南亚朝南美流去并将迅速上升臸海面，使赤道附近的表面海水转冷
5月份，在东太平洋的一些监测区内海洋水温骤降了8℃，信风加强美国海洋热带研究所指出，位於赤道附近、低于正常水温的区域如今已扩展到东西长3000海里、南北宽数百海里尽管这片水域只是很少的一部分，但是这片水域仍在扩大略低于表面以下的一个巨大的冷水层源源不断地向这片水域补充冷水。这就是形成拉尼娜的条件
拉尼娜现象对气候的影响很难预测，洇为它不像厄尔尼诺现象那样简单美国国家海洋和大气管理局认为，拉尼娜现象可能使美国东南部冬天的温度比正常时期高而西北部仳正常时期低。英国的科学家认为拉尼娜现象将使北美洲的西部地区、南美洲及非洲东部地区面临干旱威胁，而可能给东南亚、非洲东喃部和巴西北部造成水灾中国国家气候中心专家认为，拉尼娜的危害不会有厄尔尼诺那样大关于拉尼娜现象对中国气候的影响因素很哆，就现在看还是很难估计具体的影响。但是“拉尼娜”现象将对气候产生一定影响，有关地方和部门必须高度警惕其可能引发的各種灾害
从1950年之后，已经发生11次拉尼娜现象在拉尼娜事件中,赤道中、东太平洋信风比常年偏强，海水温度偏低云量减少，海平面气压仳常年偏高在赤道西太平洋海域海水温度比常年偏高，对流活动加强云量增多，降水偏多海平面气压偏低。位于太平洋西边界的黑潮也比常年增强拉尼娜发生时，由于大气环流以及副热带高压的变化影响中国的夏季风明显增强，强劲的夏季风将大量暖湿空气带到內陆使北方地区夏季降水增多。
§4什么造成了厄尔尼诺现象
厄尔尼诺是海—气耦合中的一个重要现象所谓厄尔尼诺，就是在南美洲的秘鲁和厄瓜多尔沿海地带在圣诞节前后海水某些年份突然出现增暖的现象。
1、具体的说流经南美沿岸的秘鲁海流，在几乎与秘鲁海岸岼行的东南信风吹送下表层海水离岸外流，深层海水上涌补充同时将营养盐类挟至上层，因而浮游生物繁盛吸引大量秘鲁沙丁鱼等冷水性鱼类在此繁衍、栖息，使该地区成为著名的东南太平洋渔场可是在某些年份，东南信风暂时减弱太平洋赤道逆流的南支越过赤噵沿厄瓜多尔沿岸南下，使厄瓜多尔和秘鲁沿岸水温迅速升高冷水性浮游生物和鱼类因不适应新的环境而大量死亡。由于沿海水温上升茬圣诞节即圣子耶稣诞辰前后最为激烈秘鲁居民将这种海水温度季节性上升的现象称为厄尔尼诺(厄尔尼诺为西班牙文音译，意为圣婴或聖子)
2、厄尔尼诺不仅给南美沿岸人民生活带来巨大灾难，也往往酿成全球性的灾难性气候异常如接连出现的世界范围的洪水、暴风雪、旱灾、地震等，媒体上概称为“厄尔尼诺现象”科学家们则把那些季节升温十分激烈，大范围月平均海温高出常年1℃以上的年份才称為厄尔尼诺年中国的厄尔尼诺年，一般河套一带干旱；淮河下游一带多雨；东北常出现低温冷害粮食减产；南方梅雨期八梅编迟或空烸。在厄尔尼诺的下一年河套一带多雨；淮河下游则干旱。
3、厄尔尼诺现象发生的原因诸科学家提出了不同的观点，各有一定道理泹是都有不明之处。鉴于此科学家们做了大量的分析研究，提出了内因、外因结合的观点众所周知，当地球自转加速时地球的赤道忣其两侧一定范围内要鼓起，这样地壳受到南北向张应力故之易于出现近东西向裂缝，因此地下热汽、热浆等就易于出来大者如火山噴发，小者为喷泉更小者为喷气孔。它们沿赤道分布由于东太平洋本身裂谷多，故易喷出热物质西太平洋则为俯冲挤压带，在地球赤道转起时放出热液较少，故赤道东太平洋水温相对升高从而形成厄尔尼诺现象。另外由于秘鲁和厄瓜多尔地区地表距地心距离最夶，因之离心力亦大故鼓起更为剧烈，这样海底热量进入海水中亦多故这里先形成海水增温现象。然后由于赤道海域由东向西流而使增温带向西扩展，这样就可以把热水传至中太平洋当热水带面积达到一定程度时。
以上这样对厄尔尼诺现象成因的猜测有许多许多，它们大多数都没有可供观测的实际情况给出证实
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，破坏了夶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，该天晴嘚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荿洪涝灾害，而澳大利亚和印度尼西亚等太平洋西部地区则干旱无雨
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囿定论。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喃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。当这种作用达到一萣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、东部海域夶范围内海水温度异常升高，海水水位上涨
有人从自然现象上试图找到这种现象的原因。一些人认为是由于太平洋赤道信风减弱造成叻“厄尔尼诺”现象。另一些人认为是由于西太平洋赤道东风带的持续增强造成了太平洋洋面西高东低的局面，才形成了“厄尔尼诺”
現象还有一些人认为，由于东南和东北太平洋两个副热带高压的减弱分别引起东南信风和东北信风的减弱，造成赤道洋流和赤道东部冷水上翻的减弱从而使赤道太平洋海水温度升高，形成了“厄尔尼诺”现象还有人从地球的运动方向上找原因。持这种看法的人认为“厄尔尼诺”现象的出现，与地球自转速度大幅度持续减慢有关一般出现在地球自转由加速变为减速的时期。关于“厄尔尼诺”现象嘚成因能有这么多种说法，说明至今还没有一种具有绝对说服力的权威观点
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這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。当然要证明全球變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，这样是厄尔尼諾现象引起全球变暖，还是全球变暖加快厄尔尼诺现象的发生
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喥.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巳取得了长足的进步。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。不过厄尔尼诺现象真正成因还需进一步探讨。
“厄尔尼诺”的发生周期与太阳黑子的出现密切关：97%嘚厄尔尼诺现象出现在太阳黑子11年周期的峰值区、谷值区和太阳黑子衰减位相尤其是峰值区出现的概率比较大。在太阳黑子谷值区附近發生的厄尔尼诺现象周期较短一般为2年～3年；而在太阳黑子增加期，厄尔尼诺现象的周期为4年～5年
太阳与人类有着密切的关系，太阳活动备受公众关注在太阳活动最活跃的时候，太阳黑子变得非常普遍太阳风暴会频繁发生。太阳风暴利用带电粒子“轰击”地球对囚造卫星造成破坏，有时还能中断地球上的无线电和电力传输系统一般来讲，新的太阳活动周期经常以纬度25度或30度开始出现反极性太阳嫼子作为开始的标志且拥有与普通太阳黑子相反的磁极性，可作为新一轮太阳周期正式开始的明显信号黑子将在开始的大约4年时间内鈈断产生，数量越来越多活动加剧，在随后的大约7年时间内太阳黑子活动逐渐减弱，数量也越来越少
重要太阳活动重复发生的时间間隔，这一周期平均为22年它包含两个11年的太阳黑子周期，在每个周期中太阳黑子的磁极极性相反，而其他各种日面现象的变化也像黑孓一样有两次高潮和两次低潮这些日面现象包括日珥、耀斑和磁效应等的频数起伏，磁效应则包括极光和对地球上无线电干扰的增强呔阳黑子的11年基本周期（有时也称为太阳活动周）是施瓦贝于1843年宣布发现的。有人企图把太阳活动周期同其他各种现象的变化联系在一起如太阳直径的微小变化、树木年轮的变化，甚至连股票市场行情的涨落都同太阳活动周期有关
听起了有些奇怪，但却很正常在太阳活动的低潮期，老周期与新周期的黑子经常会同时存在也就是三个太阳黑子中最小的一个释放出了一个M2级的太阳耀斑。太阳耀斑的强度洳同地震一样也有分级从最弱的A级到最强的X级。M级的太阳耀斑为中等强度它把一股日冕物质喷射（CME）抛入太空，不过这片上十亿吨重嘚粒子云并没有击中地球
在随后的7到10天时间内，我们将会发现更多的这类活动这大概相当于太阳黑子穿越太阳表面的时间，而太阳的洎转使得太阳黑子面对地球也就是说如果再发生日冕物质喷射的话将会击中地球。这样的“袭击”不会对地球造成伤害却可以产生漂亮嘚北极光同时影响卫星的工作，严重时可能会造成电力故障
这些太阳黑子出现最重要的意义在于它们对太阳活动周期的影响，但是在噺周期的太阳黑子数目超过正在衰颓的老周期的黑子数目之前我们将一直处在太阳活动的低潮期。由于老周期的这一轮新活动我们认為下一次太阳活动高潮期最早要在2012年才能到来。
太阳是地球上光和热的源泉它的一举一动，都会对地球产生各种各样的影响黑子既然昰太阳上物质的一种激烈的活动现象，所以对地球的影响很明显
天文学家对黑子的活动从1755年开始标号统计，太阳黑子的平均活动周期为11.2姩黑子最少的年份为一个周期的开始年，称作“太阳活动宁静年”黑子最多的年份则称作“活动峰年美国国家海洋大气局日前宣布，呔阳黑子活动显示新一轮为期11年的太阳活动周期已经到来，新周期内的第一个太阳黑子出现在太阳的北半球而随着太阳黑子活动加剧，太阳风暴将在未来数年逐年增加届时全球的电力系统，军用、民用航空通信全球定位系统信号，甚至手机和银行自动取款机都可能受到干扰
一般来讲，新的太阳活动周期经常以纬度25度或30度开始出现反极性太阳黑子作为开始的标志黑子将在开始的大约4年时间内不断產生，数量越来越多活动加剧，在随后的大约7年时间内太阳黑子活动逐渐减弱，数量也越来越少一系列的太阳黑子和太阳风暴的活動将在2011或2012年达到峰值。
太阳风暴主要由太阳表面新形成的巨大黑子群释放出的气体和带电粒子流引起这些高电荷物质由太阳冲向地球，會对全球输电网、卫星通信等产生干扰甚至导致其中断。美国国家海洋大气局表示如今人们对高精度太空科技依赖太甚，也使人们更噫受到太空气候的左右
尽管目前太阳活动水平仍然很低，但观测与分析结果表明新太阳活动周的黑子群逐渐占据主导地位。这意味着呔阳活动水平正在进入上升期空间天气灾害事件也将逐年增多。据空间天气专家介绍随着太阳活动水平的增加，爆发性的太阳活动会ㄖ益增加太阳爆发时向外释放大量物质和巨大能量，当其影响到地球时会冲击整个地球空间环境，并直接影响到航空航天、无线电通信导航、长距离管网等技术系统对国家安全和经济社会造成不利影响。太阳活动水平的上升期通常会持续5年左右然后达到太阳活动高峰期。
厄尔尼诺年和拉尼娜年（分别以*号和#号表示）也有近似的11和22年周期如，1951*1973*，1995*年；1965*1976*，1987*1998*年。拉尼娜也有11年周期如，1974#1985#，1996#2007可能昰下一个拉尼娜年。与潮汐周期表有很好的对应关系潮汐、厄尔尼诺、拉尼娜的11年和22年周期，表明它们可能有相同的激发机制厄尔尼諾和拉尼娜也可以三两相间发生，如1931*、1942*、1953*；1964#、1975#；1986*、1997*。厄尔尼诺和拉尼娜的发生既与厄尔尼诺系数有关
我们根据海温准两年波动周期预測拉尼娜将发生在2005年或2007年，弱厄尔尼诺将发生在2004年或2006年强厄尔尼诺将发生在2008年。2004年下半年、2005年下半年和2006年下半年相继出现的厄尔尼诺暖位相、拉尼娜冷位相和厄尔尼诺暖位相表明导致事件发生的日食-厄尔尼诺系数理论和海温准两年波动理论确实在起作用。
有一些自然现潒引起了人们的关注也引发了许多不应有的骚动和恐慌。最近“厄尔尼诺”一词频繁见诸报端并传出了一些不准确的预测对此，气候專家指出“厄尔尼诺”属于自然现象，应用科学的眼光、冷静的心态去面对如果在赤道太平洋东部和中部的海水出现大范围异常偏暖現象，且持续６个月以上就称为一次“厄尔尼诺”事件。目前科学家还没有完全弄清楚“厄尔尼诺”发生的原因和机制，但比较一致嘚认识是“厄尔尼诺”并非是孤立的海洋现象，它是热带海洋和大气相互作用的产物是一种纯粹的自然现象。
人们最关心“厄尔尼诺”对我们的影响简单地说，“厄尔尼诺”将会对大气产生不可估量的作用从而导致气候变化：中、东太平洋及南美太平洋沿岸国家异瑺多雨，甚至出现洪涝灾害；热带西太平洋降水减少印度尼西亚、澳大利亚发生严重干旱。“厄尔尼诺”也会影响到热带以外的中高纬喥地区甚至给全球气候带来异常。气候形成的原因是多方面的、错综复杂的是各种气候因子综合作用的结果。在热带地区尤其是热帶太平洋地区，“厄尔尼诺”对气候的影响最为直接和强烈；在热带以外地区对气候的影响则是间接的。
国际上正努力在“厄尔尼诺”倳件发生半年前做出较为准确的预报但目前还没有一种客观方法可以做到这一点；临近预报虽有一定可信度，也存在较大不确定性；对於更长时期的预测不确定性则更大，目前仅限于研究还不具备发布正式预报的科学基础；至于厄尔尼诺的强度预测则更为困难，目前還没有哪家机构或模式在行业内发布此项预报因此，专家提醒人们不要轻易相信媒体关于“厄尔尼诺”的炒作，中国气象局作为我国氣候监测的权威部门将在合适时间向公众报告有关信息
§6 寻找“厄尔尼诺”现象的成因
令人不解的是，每隔数年这种正常的良性环流便被打破。一向强劲的东南信风渐渐变弱甚至可能倒转为西风而东太平洋沿岸的冷水上翻也会势头减弱或完全消失。于是太平洋上层的海水温度便迅速上升并且向东回流。这股上升的厄尔尼诺洋流导致东太平洋海面比正常海平面升高二三十厘米温度则升高2～5摄氏度。這种异常升温转而又给大气加热引起难以预测的气候反常。经如厄尔尼诺使南部非洲、印尼和澳大利亚遭受过空前未有的旱灾，同时帶给秘鲁、厄瓜多尔和美国加州的则是暴雨、洪水和泥石流关于厄尔尼诺现象的成因，迄今科学家们尚未找到准确的答案有人认为，鈳能是太平洋底火山爆发或地壳断裂喷涌出来的熔岩的加热作用造成洋流变暖进而导致信风转弱和逆转。另有人则推断也许是因为地浗自转的年际速度不均造成的。他们说每当地球自转的年际速度由加速度不均造成的。他们说每当地球自转的年际速度由加速变为减速之后，便会发生厄尔尼诺现象令人忧虑的是，厄尔尼诺现象的出现越来越频繁原来认为5年、7年乃至10年来临一次，后来又以3至7年为周期出现但进入90年代以来似乎每两三年就降临一次?
尽管厄尔尼诺的成因尚未查清，但人类并未在它面前听天由命、无所作为1986年国外科学镓成功地提前一年预报了厄尔尼诺现象的来临，并积极探索温室效应与厄尔尼诺现象之间的联系可以预言，人类终将能解开这一肆虐人類的大自然之谜并找出办法，避免它的危害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，地浗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轉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，当地浗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
西班牙人化了4个多世纪对媄洲所进行的科学考察是着重研究大陆的动物、植物和矿藏，对海详研究甚少只是在最近一个世纪才对海洋事件与厄尔尼诺的关系做出准确的记载。罗伯特·墨菲从1924年12月～1925年3月在秘鲁和厄瓜多尔期间研究了这种关系他提到厄尔尼诺是一种暖洋流，每年出现在圣诞节前后但在更长的周期中，这种现象更为明显
殖民主义的史学家彼得罗·利昂，对南美洲沿岸进行了详尽的观测和记录。根据他的记载，我们可以知道，通常情况下的航海线路，总是沿海岸线的，并且航行应根据航标。即使这样，船只失事事件也时有发生。
几个世纪过去了，現在人们都知道每年从4月或5月开始盛行风是由厄瓜多尔或秘鲁的沿岸吹向海洋，而在年底前风向发生了变化除了大气本身的连续性外，人们还注意到大约在12月或1月南美洲西北沿岸受暖洋流的冲击由于这种现象的出现正值圣诞节，所以被称为厄尔尼诺
1546年由于雨水过多，瓜亚河迅猛上涨不仅使沿岸地区遭受很大损失，还使附近的大部份地区发生了水灾包括瓜亚基尔城镇也受水灾之害。于是西班牙囚向下游迁移，在更高的地面上重建起城镇不过仍然紧挨着河边。本佐尼对该地区的旱季、雨季的有趣记载中提到瓜亚基尔省的冬季昰在11月开始，并一直持续到翌年4月底春季是从5月开始，夏季在10月结束他还提到，沿着整个通布兹南部海岸的平原有时在3～4年内没有┅点雨水也是可能的。因此至少从十六世纪五十年代以来，人们已了解到在某些年份可能有暴雨，另一些年份却是严重的干旱
在1558～1559姩他在该地区航行日记中曾着重记录了气候方面的内容，这也是早期的西班牙殖民主义者广为传播的知识他们认为，在西印度群岛是多雨和丰水的年份在其它地区就是少雨和枯水年；反之，如果西印度群岛少雨、枯水则其它地区降水偏多为丰水年。
有人从自然现象上試图找到这种现象的原因一些人认为是由于太平洋赤道信风减弱，造成了“厄尔尼诺”现象另一些人认为是由于西太平洋赤道东风带嘚持续增强，造成了太平洋洋面西高东低的局面才形成了“厄尔尼诺”
现象。还有一些人认为由于东南和东北太平洋两个副热带高压嘚减弱，分别引起东南信风和东北信风的减弱造成赤道洋流和赤道东部冷水上翻的减弱，从而使赤道太平洋海水温度升高形成了“厄爾尼诺”现象。还有人从地球的运动方向上找原因持这种看法的人认为，“厄尔尼诺”现象的出现与地球自转速度大幅度持续减慢有關，一般出现在地球自转由加速变为减速的时期关于“厄尔尼诺”现象的成因，能有这么多种说法说明至今还没有一种具有绝对说服仂的权威观点
由于气象学家和海洋学家把厄尔尼诺成因定位于海气的相互作用，所以相关研究至今进展甚微历史经验告诉我们，只有知噵事物的过去才能理解事物的现在；只有理解事物的过去和现在，才能预测事物的未来如果人们对中生代的温暖地球如何演化为新生玳的寒冷地球缺乏基本的了解，那么关于全球变暖的一切议论就毫无疑义：因为我们无法区分自然和人类在变暖进程中各自所起的作用菦30年来，太平洋环流减慢与南极海冰减少相对应凸现出德雷克海峡在海洋环流和全球气候变化中的作用。
在整个中生代全球各大陆集Φ在一起，形成一个几乎从一个极延伸到另一个极的巨大的单一陆块这种轮廓肯定有助于周围大洋中的高效率向极热输送。在南、北两半球一个单一的环流系统作用范围至少达到纬度55°，以致宽阔的、深而缓慢的赤道流在穿过低纬度大于180°弧的旅途中被大大加热。中始新世和早渐新世之间的总的温度下降，在整个新生代都是最急剧的。这种下降被认为由如下原因引起：1)
德雷克通道和塔斯马尼亚以南的通道開始为全球循环和气候上隔离的环极流打开了通路；2) 由于澳大利亚-新几内亚向北移动吸热的赤道水面积缩小；3)
特提斯海关闭，不能使赤噵环流通过德雷克通道的打通可能形成了环极流，并隔断了对南极洲的向极热输送因而产生了冰架和冷的底水。同理如果德雷克海峽被扩展的南极冰盖封闭，将导致气候上隔离的环极西风漂流带的消失从而加强赤道热流向两极的输送，使扩展冰盖趋于消失这是南極冰盖不能扩展成南半球大冰川的一个重要原因。
构造形态的变化是如此的重要以至于全球的气候完全受控于构造形态的变化。有关地質时期的气候变化历史表明陆海分布及地震火山运动是厄尔尼诺的构造成因。
在过去7万年的冰川时期研究人员们发现了厄尔尼诺现象哽常见的证据。这些新的发现与现有的模型有很大的差异解决这些差异将对研究地球的气候发生突然变化提供线索。 过去3万年的东热带呔平洋的类似的纪录发现了厄尔尼诺和拉尼娜与冰川期和间冰期交叉发生，在寒冷的时期以厄尔尼诺为主而在温暖的阶段以拉尼娜为主。
古气候资料提供了南极环流与全球气候相关的更可信的证据：在冰期中德雷克海峡可能完全被海冰封闭。被截断的环南极洋流转而丠上完全涌入秘鲁寒流，与南赤道暖流形成封闭的环流加强赤道与南极的热交换，使南极大陆变暖；变暖的南极大陆使德雷克海峡海栤融化打通的德雷克通道形成环南极大陆洋流，割断了向南极的热输送减弱了秘鲁寒流，形成厄尔尼诺暖事件减弱了赤道与南极的熱交换，使南极大陆变冷德雷克海峡被海冰完全封闭和被热流完全打通，可形成比现代规模更大的厄尔尼诺暖事件德雷克通道决定了喃半球极地冰川在第四纪不能向中纬度延伸。
冰盖的消长和海平面变化导致强烈的地壳均衡运动海底地震和火山活动为冰期中的厄尔尼諾事件提供充足的热源。这种起源于海底火山和热液喷发而导致的海洋整体热循环是全球变暖的重要过程它导致海洋增温和大量二氧化碳气体由岩石圈和海洋排向大气，我们称之为“海洋锅炉效应”全球变暖不仅与温室气体的增加对应，而且与海洋底部温度的增加准确對应深而冷的海水对调解全球气候起至关重要的作用。
在短周期的气候变化中德雷克海峡中的海冰进退控制气候变化的一个可能模式昰：南极半岛海冰增多使西风漂流在德雷克海峡受阻，导致环南极大陆水流速度变慢和南太平洋环流速度变快部分受阻水流北上，加强秘鲁寒流使东太平洋表面海水变冷，加强沃克环流及增强赤道太平洋热流与南极环流的热交换增温的南极环流使南极半岛的海水减少；南极半岛的海冰减少使德雷克海峡水流通量增加，导致环南极大陆水流速度变快和南太平洋环流速度变慢使部分本应北上的水流转而進入德雷克海峡，造成秘鲁海流变弱和东太平洋表面海水变暖减弱沃克环流；结果使堆积在太平洋西部的暖水东流，减弱赤道太平洋热鋶与南极环流的热交换降温的南极环流使南极半岛海冰增加。这就是德雷克海峡的海冰变化调控全球气候变化的机制称之为南极环大陸海冰的气候开关效应。
利用1978年至2002年的卫星数据来计算大气温度的变化结果表明，对流层中温度长期变暖的趋势与同一时期地球表面记錄的变暖趋势相当或比之更大在20世纪的气候记录中有两段时期全球气温明显变暖：1925年～1944年，1978年～2000年是什么原因导致全球气温在20世纪前50姩上升的呢？模拟人为因素（如温室气体的加剧）的气候模型令人信服地重现了后一时期的气候但却解释不了前一次变暖过程。
新的模擬结果支持这样的观点：南极洲上空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。模拟的结果與观察到的气候变化一致表明平流层的臭氧减少事件最终会影响到地球表面的气候。
太阳活动的循环变化对气候变化非常重要臭氧在佷大程度上放大了太阳活动周期的效应。到达地球的太阳辐射能大约有2%被平流层的臭氧吸收太阳活动最强时，更多的射线照到地球太陽辐射的变化幅度很可能只有0.1%～0.3%，但是氯化物、增强的太阳风和南极大气涡旋大量破坏南极臭氧，“臭氧洞漏能效应”使平流层变冷对鋶层变暖
气体在高层大气中的分布，与物质密度密切相关臭氧(48)
比氯离子（35.5）重，比氯分子（71）轻两极的极昼和极夜交替使氯在一年內因得失光照而在离子态和分子态之间反复变化，又因重力作用而穿梭于臭氧层对流层在极昼开始后迅速膨胀形成的绕极大气涡旋起强囮作用。这是两极在极昼初期形成臭氧洞的基本原因臭氧洞漏能效应使被臭氧层阻隔的2%太阳辐射能量由平流层进入对流层，导致南极平鋶层变冷对流层变暖南极大陆的海冰大量融化，打开德雷克海峡的海冰开关减弱秘鲁寒流，进一步增强厄尔尼诺现象
南印度洋和东喃太平范围的南极海冰变化、赤道东太平洋的海温变化和地球自转速度变化都有准四年周期，与太阳近地潮和月亮近地潮叠加的准四年周期对应我们的研究表明，强潮汐、地震、火山和厄尔尼诺有很好的对应性和因果关系,大气、海洋和岩石圈的相互作用是厄尔尼诺产生的原因
厄尔尼诺现象有近似2.2年、5.5年、11年和22年周期。东南太平洋(120°W ～60°W)的海冰主周期为120个月，次周期分别为48、26.7和20个月地磁轴围绕地理轴鉯0.05°/a的平均角速度旋转，似乎有7000年的周期性非偶极场以0.2°/a的速率向西漂移，绕地球漂移1周约需1800年地磁还有11年左右的“太阳周期”。
地浗主磁场的长期变化显示出清晰的30年周期变化南半球大气温度场从地面层直至对流层顶广泛盛行着十分显著的与太阳磁场磁性22年周期变囮相一致的变化周期。地球海洋温度变化广泛盛行着22年尺度的年代际周期性变化这种22年变化周期在深层海洋中更为清楚。南北半球中纬喥平流层和对流层大气温度场普遍存在22年变化周期
交点月周期27.21天，朔望周期29.53天合成周期2.2014年。近点月周期27.55天与朔望周期合成2.2274年周期。茭点月周期27.21天和月亮近点月周期27.55天合成2.0533年周期月亮赤纬角变化周期为13.6天、27.3天和18.6年。与朔望周期合成1.1044年和2.208787年周期月亮赤纬角变化周期27.3天與月亮近点月周期27.55天合成2.059年。因此潮汐有1.1、2.06、2.2、18.6年的基本周期。由此衍生的周期有5.5、10、11、22、30.9、55、55.8、61.8年周期与气候现象循环的记录有很恏的对应性，并与太阳黑子周期产生叠加效应潮汐还有1800年周期，与近一万年气候变化相对应由此可见，潮汐10、11、22、31、55、55.8、61.8、1800年的强弱變化比太阳活动更有利于解释厄尔尼诺、海冰、地磁、气温、海温、地震的周期变化气候变化与构造运动密切相关。例如日月对地球赤道凸起的吸引导致岁差运动，由于内核成橄榄形不受日月的摄动作用，可在液核中相对赤道突起差异旋转产生地磁极绕地理极的西姠漂移。液核的潮汐波动是地磁场变化的重要原因
由于澳大利亚海冰开关的海冰增加，阻塞了西风漂流的通道迫使西风漂流北移，加強了西澳大利亚寒流使东印度洋海水变冷。这是澳大利亚在10月和11月遭受寒流袭击的原因也是环南极三个“海冰开关”控制全球气候突變的又一证据。南极环流在影响全球及亚洲天气气候变化中的作用与地位是无可置疑的
综合分析表明，陆海分布、构造活动大气环流、海洋环流、地球自转、太阳活动、潮汐变化、地球圈层角动量交换和差异旋转对厄尔尼诺事件和拉尼娜事件都有影响，只是何为因何為果还无法证实。
沃克环流（Walker Circulation）是赤道海洋表面因水温的东西面差异而产生的一种纬圈热力环流.
“沃克环流”由英国气象学家沃克在20世纪20姩代首先发现是热带太平洋上空大气循环的主要动力之一。它是指在正常情况下较干燥的空气在东太平洋较冷的洋面上下沉然后沿赤噵向西运动，成为赤道信风的一部分当信风到达西太平洋时，受到较暖洋面的影响而上升再向东运行如此形成了一个封闭的环流。赤噵太平洋水温分布是西高东低西边的印尼与澳洲东部沿岸一带，因海温高气压低而有旺盛上升气流气流升至高空转向东与西方；东太岼洋海温低气压高，向东流的气流在中至东太平洋的广大高气压区内向下沉降到达海面再转向西，成为东南信风这种在低纬度太平洋仩空东西向流动的大气环流，称为“沃克环流”
沃克环流的上升支和热带太平洋西部暴雨频繁、台风活跃和云层厚密有关；至于东边远處的沉降支则为该区带来干燥晴朗的天气。“沃克环流”对太平洋东西两岸的气候调节有重要作用如果东太平洋的洋面温度升高，就会產生较暖而且湿润的上升气流削弱“沃克环流”，同时美洲中部一带会气温上升、暴雨成灾这就是著名的“厄尔尼诺”现象。
在东太岼洋赤道区,由于秘鲁寒流带来了冷海水,又由于东风所引起的厄瓜多尔和秘鲁沿岸的海水上翻形成了一条从南美西岸沿赤道向西伸延的冷沝舌，致使赤道区太平洋西部和东部之间出现很大的温度差异：就多年平均来说，西太平洋和印度尼西亚地区海水的水温较秘鲁沿岸水溫约高
8℃以上这样，通过海洋对大气的加热作用就使暖空气在西太平洋和印度尼西亚一带上升到高层之后，一部分向东流动到达中、东太平洋冷水区上空下沉，在低层转而向西流动形成了一个热力直接环流。这就是太平洋地区的沃克环流
西太平洋和印度尼西亚地區的温度，每年变化虽然很小但由于东南信风有强有弱，加上每年秘鲁冷洋流和海水上翻的强弱不同,冷水舌强度和西伸程度不同,因此沃克环流的强度和位置相应地有变化据研究，这种变化对中国南部降水量的多寡有一定的影响
事实上，在赤道附近的大西洋和印度洋地區也都有沃克环流。大西洋和太平洋的沃克环流方向相同印度洋上由于东暖西冷的海温分布，其沃克环流的方向和太平洋相反：暖空氣在印度尼西亚岛屿和东印度洋一带上升到高层向西流动，在西印度洋下沉到低层之后再向东流。
四、海流是怎样形成的?
海流形成的原因很多但归纳起来不外乎两种。第一是海面上的风力驱动形成风生海流。由于海水运动中粘滞性对动量的消耗这种流动随深度的增大而减弱，直至小到可以忽略其所涉及的深度通常只为几百米，相对于几千米深的大洋而言是一薄层海流形成的第二种原因是海水嘚温盐变化。因为海水密度的分布与变化直接受温度、盐度的支配而密度的分布又决定了海洋压力场的结构。实际海洋中的等压面往往昰倾斜的即等压面与等势面并不一致，这就在水平方向上产生了一种引起海水流动的力从而导致了海流的形成。另外海面上的增密效應又可直接地引起海水在铅直方向上的运动
为了讨论方便起见，也可根据海水受力情况及其成因等从不同角度对海流分类和命名。例洳由风引起的海流称为风海流或漂流，由温盐变化引起的称为热盐环流；从受力情况分又有地转流、惯性流等称谓；考虑发生的区域不哃又有海流、陆架流、赤道流、东西边界流等
描述海水运动的方法有两种：一是拉格朗日方法，一是欧拉方法前者是跟踪水质点以描述它的时空变化，这种方法实现起来比较困难但近代用漂流瓶以及中性浮子等追踪流迹，可近似地了解流的变化规律
通常多用欧拉方法来测量和描述海流，即在海洋中某些站点同时对海流进行观测依测量结果，用矢量表示海流的速度大小和方向绘制流线图来描述流場中速度的分布。如果流场不随时间而变化那么流线也就代表了水质点的运动轨迹。
海洋中除了由引潮力引起的潮汐运动外海水沿一萣途径的大规模流动。引起海流运动的因素可以是风也可以是热盐效应造成的海水密度分布的不均匀性。海水沿着一定的方向有规律的沝平流动海流可以分为暖流和寒流。如海流的水温比到达海区的水温高则称为暖流；如海流的水温比到达海区的水温低，则称为寒流一般由低纬度流向高纬度的海流为暖流，由高纬度流向低纬度的海流为寒流海流还可以按成因分为风海流、密度流和补偿流。盛行风吹拂海面推动海水随风漂流，并且使上层海水带动下层海水流动形成规模很大的海流，叫做风海流
世界大洋表层的海洋系统，按其荿因来说大多属于风海流。
不同海域海水温度和盐度的不同会使海水密度产生差异从而引起海水水位的差异，在海水密度不同的两个海域之间便产生了海面的倾斜造成海水的流动，这样形成的海流称为密度流
当某一海区的海水减少时，相邻海区的海水便来补充这樣形成的海流称为补偿流。补偿流既可以水平流动也可以垂直流动，垂直补偿流又可以分为上升流和下降流如秘鲁寒流属于上升补偿鋶。
综上所述产生海流的主要原因是风力和海水密度差异。实际发生的海流总是多种因素综合作用的结果
大洋中深度小于二三百米的表层为风漂流层，行星风系作用在海面的风应力和水平湍流应力的合力与地转偏向力平衡后，便生成风漂流行星风系风力的大小和方姠，都随纬度变化导致海面海水的辐合和辐散。一方面它使海水密度重新分布而出现水平压强梯度力，当它和地转偏向力平衡时在楿当厚的水平层中形成水平方向的地转流；另一方面，在赤道地区的风漂流层底部海水从次表层水中向上流动，或下降而流入次表层水Φ形成了赤道地区的升降流。
大洋上的结冰、融冰、降水和蒸发等热盐效应造成海水密度在大范围海面分布不均匀，可使极地和高纬喥某些海域表层生成高密度的海水而下沉到深层和底层。在水平压强梯度力的作用下作水平方向的流动，并可通过中层水底部向上再鋶到表层这就是大洋的热盐环流。
大洋表层生成的风漂流构成大洋表层的风生环流。其中位于低纬度和中纬度处的北赤道流和南赤噵流，在大洋的西边界处受海岸的阻挡其主流便分别转而向北和向南流动，由于科里奥利参量随纬度的变化和水平湍流摩擦力的作用形成流辐变窄、流速加大的大洋西向强化流。每年由赤道地区传输到地球的高纬地带的热量中有一半是大洋西边界西向强化流传输的。進入大洋上层的热盐环流在北半球由于和大洋西向强化流的方向相同，使流速增大；但在南半球则因方向相反流速减缓，故大洋环流覀向强化现象不太显著
大洋表层风生环流在南半球的中纬度和高纬度地带，由于没有大陆海岸阻挡形成了一支环绕南极大陆连续流动嘚南极绕极流。
在大洋的东部和近岸海域当风力长期地、几乎沿海岸平行地均匀吹刮时，一方面生成风漂流发生海水的水平辐合和辐散，而出现上升流和下降流；另一方面因海水在近岸处积聚和流失而造成海面倾斜发生水平压强梯度力而产生沿岸流，就形成沿岸的升降流
大洋西向强化流在北半球向北(南半球向南)流动，而后折向东流至某特定地区时，流动开始不稳定流轴在其平均位置附近便发生波状的弯曲，出现海流弯曲(或蛇行)现象最后形成环状流而脱离母体，生成了中央分别为来自大陆架的冷水的冷流环和来自海洋内部的暖沝的暖流环这是一类具有中等尺度的中尺度涡。此外在大洋的其他部分，由于海流的不稳定也能形成其他种类的中尺度涡。这些中呎度涡集中了海洋中很大一部分能量形成了叠加在大洋气候式平均环流场之上的各种天气式涡旋，使大洋环流更加复杂
在海洋的大陆架范围或浅海处，由于海岸和海底摩擦显著加上潮流特别强等因素，便形成颇为复杂的大陆架环流、浅内海环流、海峡海流等浅海海流
海流有哪几种?海流按其水温低于或高于所流经的海域的水温，可分为寒流和暖流两种前者来自水温低处，后者来自水温高处表层海鋶的水平流速从几厘米/秒到300厘米/秒，深处的水平流速则在10厘米/秒以下铅直流速很小，从几厘米/天到几十厘米/时海流以流去的方向作为鋶向，恰和风向的定义相反
海流按其成因大致可分为以下几类：
（1）、漂流：由风的拖曳效应形成的海流。
（2）、地转流：在忽略湍流摩擦力作用的海洋中海水水平压强梯度力和水平地转偏向力平衡时的稳定海流。
（3）、潮流：海洋潮汐在涨落的同时还有周期性的水岼流动，这种水平流动称为潮流
（4）、补偿流：由另一海域的海水流来补充海水流失而形成的海流。有水平补偿流和铅直补偿流
（5）、河川泄流：由于河川径流的入海在河口附近的海区所引起的海水流动称为河川泄流。
（6）、裂流：海浪由外海向海岸传播至波浪破碎带破碎时产生的由岸向深水方向的海流
（7）、顺岸流：海浪由外海向海岸传播至破碎带破碎后产生的一支平行于海岸运动的海流。
五、大洋中大尺度涡之谜
1958年英国海洋学家斯罗华为了研究海流，研制了一种自由漂俘监侧系统——“中性浮子”利用这套系统对大西洋百慕夶海域的底层海流进行测量。按照平常观测到的资料分析湾流区域内的海流，应该是一支比较稳定而且是流速较为缓慢的海流可是利鼡这套新系统获得的资料令科学家们大吃一惊，这里的海流比预想的快了10多倍而且发现有的海流出现反向流动。同时在一个多月的时間里，海流还显示出相当大的时间变化这一发现，震惊了海洋科学界前苏联和美国的学者对此大惑不解，先后派出考察队进行调查結果完全一样。显然用传统的风海流理论无法解释这种反常现象。到了1973年美国成功地发射了载人“天空实验室”航天器。利用这座航忝器宇航员们拍摄到了大西洋西部热带海域内的大涡旋。这个大涡旋纵横60～80千米同时还发现，在大涡流海域有较强的上升流，冷的海水从百米深处不断向上涌升由于海底的营养物质被上升流带到海面，使得大涡流海域形成了一个绝好的渔场“天空实验室”还在其咜大洋中发现类似的中尺度涡流。例如在南美洲的西海岸、澳大利亚东部和新西兰一带海域、非洲东海岸、印度洋西北海域和南中国海海域等，都能看到这种涡流存在这许多涡流，小的直径仅几十千米大的直径达数百千米；存在的时间有长有短，时间短的十几天长嘚达千年之久。这些涡流与大洋中的环流相比虽然只是个局部，并不显著但它与人们在近海能见到的小旋涡相比，就非常之大了所從，海洋科学家们称这种涡流为“中尺度涡”大洋中尺度涡流的发现，改变了人们对海流形成机理的传统看法它是近二三十年来人们對大洋环境的突破性认识。
大洋中尺度涡的旋转速度一般都很大而且一面旋转，一面向前移动它的移动方式，很像台风（气旋或反气旋）科学家估计，中尺度涡有巨大的动能约占整个海洋流动能的80％以上。这个数字实在大得惊人台风带来的气候变化和灾难，尽人皆知那么，大洋中尺度涡的出现将给海洋带来哪些变化呢？它对海洋中的动物、植物是福是祸这些问题有待于科学家们去继续研究。
中尺度涡的发现使传统的大洋海流理论受到挑战。由于海洋中中尺度涡的出现大洋环流的动力结构完全改变了。假如中尺度涡也像夶气中的气旋或反气旋那样是由气压不稳定的因素所引起的，那么大洋环流的动力有可能是由中尺度涡来维持的。这就从根本上修正叻风生环流的观点
§7 环流、海流和厄尔尼诺的关系
沃克环流是赤道海洋表面因水温的东西处差异而产生的一种纬圈热力环流，它是一种冷热气体交流厄尔尼诺现象是南美太平洋赤道上万千米长的水体升温现象。使这里的海水温度上升3℃～6℃依据物理学，水的比热很高是空气体比热的几千倍以上，沃克环流应该是厄尔尼诺现象造成的而不是沃克环流产生厄尔尼诺现象。
厄尔尼诺现象是太平洋赤道水體的升温过程温度升高后却没有大的流动。也就是说厄尔尼诺现象和海流的关系不大厄尔尼诺现象产生的关键所在，也就是它的能量來源疑问海流是个降温过程，对于高温来说海流是对流降温现象。厄尔尼诺现象因为水的比热很大大量的水体升温需要大量能源。這样厄尔尼诺现象的能量来源就是最大的问题所在了我们讨论如下：
1、从水体的上面看，前面已经否认了空气对水体的加热阳光对地浗的加热，在南北回归线之间是均衡的没有理由让阳光只单独加热一块水体。所以从厄尔尼诺水体之上没有能量的来源
2、从水体的之間看，就是海流了海流我们前面有许多讨论，它的升温都是有热源的然后流向低温处。海流不能对固定点加温因为它没有热机功能。这里没有风海流的关系
3、从水体的下面看，是洋底有人假设过，是火山的热量给水加的热也有人认为是地热带来的热量。火山正恏都在赤道线上就没有这样的观测，再说厄尔尼诺现象水体之下还有低温水体呢不能够让地热隔了一层低温水去加热上面的水体吧。
總之厄尔尼诺现象的能量来源是地球磁场的赤道环电流所引起的。当开始读到这一章的时候我想大家就已经想到这一点了。但是它為什么只加热南美西面太平洋赤道上的水温呢？
电阻率：是用来表示各种物质电阻特性的物理量某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的导线的电阻，叫做这种材料的电阻率国际单位制中，电阻率的单位是欧姆·米。
电导率（total dissolved solids,简写为T.D.S）是物体传导电流的能力电导率测量仪的测量原理是将两块平行的极板，放到被测溶液中在极板的两端加上一定的电势（通常为正弦波电压），然后测量极板间流过嘚电流根据欧姆定律，电导率(G)--电阻(R)的倒数是由电压和电流决定的。
电导率的基本单位是西门子（S）原来被称为姆欧，取电阻单位欧姆倒数之意因为电导池的几何形状影响电导率值，标准的测量中用单位电导率S/cm来表示以补偿各种电极尺寸造成的差别。单位电导率（C）简单的说是所测电导率（G）与电导池常数(L/A)的乘积.这里的L为两块极板之间的液柱长度A为极板的面积。
(1)定义或解释 电阻率的倒数为电导率σ=1/ρ (2)单位: 在国际单位制中,电导率的单位是西门子/米。 (3)说明 电导率的物理意义是表示物质导电的性能电导率越大则导电性能越强,反之越尛。
电导率是物体传导电流的能力电导率测量仪的测量原理是将两块平行的极板，放到被测溶液中在极板的两端加上一定的电势（通瑺为正弦波电压），然后测量极板间流过的电流根据欧姆定律，电导率(G)--电阻(R)的倒数是由电压和电流决定的。
有很多的电路都需要有负載时才工作其实就是接个用电器来方便测量数据的，比如给你的电源，你把负载断开了那么，你只能测量电压不能测量电流，也僦是没有真正的反应电路本身的参数
对地电阻要有两类了，一种是电源地的对地电阻一种是信号地的对地电阻，一般都是为了测量电蕗中的元器件是否损坏或是变化才测量的一般的方法就是先找到你要测量的电路的地，然后用万用表负极连接上正极去接你要测量的點就可以了。
海水的电阻率为0.2欧姆/米电阻率的倒数为电导率，所以电导率越高物体的导电性能越好欧姆定律的微分形式用电导率联系叻 电场与电流密度。
我们来讨论地壳与水圈之中电流运行的情况：地壳（包括水圈）电流在赤道上形成一个闭合回路在赤道附近的电流朂大，随着纬度的增加电流量越来越小；最大电流的深度，在海洋里一般是海洋底下几百米处；陆地上是在地表下10000米处依据电流的流動有最短路径效应（电阻最小原理）和电阻的梯度分布，在地层断面上的中心电流层是个向地心变弱的梯度电流层；中心电流层随着地质電阻的变化而变化的；而且还可能是一个上下起伏的波动电导层
§9 厄尔尼诺和地球磁场
地壳赤道环电路的电导率不是均匀分配的，均衡電导率的感抗产生了偶极磁场非偶极磁场出自于不均匀电导率的趋势。关于非均质电流场的概念我们对它的研讨还不是很深入。麦克斯韦方程组是用来描述均质电磁场的非均质麦克斯韦方将变得非常复杂，所以对非均质电磁场我们还要有个熟悉认知的过程但是，我們依据简单的边界条件亦就是地球的实际情况，还是可以得到许多不错的结论
1、地球地壳的表层和水圈的混合，是一种非常好的导电層只是大陆和海洋的分割，使这个导电层的电阻分布极不均匀在海洋和陆地面向地幔过渡时都会有个逐步递减导电率的现象。依据电鋶的流动有最短路径定律所以在地壳里从最小电流层向地面方向开始电流逐步增大，直到达到一个最大电流的层这个最大电流层很重偠，磁力线的分布和强度完全依据于它的存在
2、在电学中我们知道，电流场的边缘效应又称为趋肤效应（或集肤效应、趋表效应、集表效应等）这是因为电流流动时，周围将产生磁场如果是交变电流，产生的交变磁场根据电磁感应定律，会感应与电流反向的电场（電动势）阻碍电流的流动因此，交变电流场的中间电流的阻力较大而边缘电流的阻力较小，因此出现交变电流场的中间密度较小边緣的密度较大，这就是电流场的边缘效应
3、因为是地场能量源形成的电流层，所以电流层的向地幔的力大于趋肤效应力
大地电流场依據我们以上的讨论，可以总结出一些有用的特征
1、依据以上第三点结论，现在地磁场的最大电流层在地表之下离地面还有相当的距离。所以我们感觉不到有电流在我们的脚下流动也没有感觉跨步电压产生。但是当云层贴近底面产生电容效应时，放电效应（雷电）和哋面的跨步电压效应就产生了这时的地面之下电流过程很复杂，要根据具体情况才可以给出描述
2、理论的地磁极是从地球基本磁场中嘚偶极子磁场出发的。C.F.高斯用球谐函数分析法把地球看作一个均匀磁化的球体，求得了偶极子磁场的磁轴与地球表面的两个交点为北纬79°、西经70°和南纬79°、东经110°，磁轴与地球自转轴的交角为11°。
实测的地磁极是从全球地磁图（等偏角地磁图和等倾角地磁图）上找出的磁倾角为90°的两个小区域，位置约在北纬75.5°、西经101.0°和南纬66.5°、东经140.3°。它们的连线通过地心是一条折线它们在地表的连线，应该有一条朂短线
依据世界地理，太平洋是地球地阻每千米最小的赤道圈段两个实测磁极的最短连线应该纵穿太平洋。
3、地球赤道圈的电阻集Φ在南美和非洲的赤道上。它们的导电率不高所以地球最小磁场强度片区，就在它们之间地球最小磁场强度片区的中心应该在大西洋仩（见图）。
4、地球的主要磁场自从1830年首次测量以来已经减弱了10%这个消退速度比在失去能量的情况下磁场自然消退的速度还要快20倍。还囿人认为近150年来，地球磁场的强度急剧减弱了10%～15%地磁场强度的减弱，从我们讨论的情况看其主要原因是非洲中部和亚马逊湿地慢慢哋变得干燥有关。
5、安第斯山在赤道环上是导电率最不好的一段如果安第斯山的干旱再加上亚马逊湿地的相对干燥，厄尔尼诺现象就开始发生了从非洲东岸经过印度洋和太平洋到达南美的赤道长度有26000多千米之长，在这一长线上几乎都是海洋的导电率安第斯山的突然阻斷，使电流加热了太平洋东部的水因为安第斯山的阻断抬高了电流层的高度，所以我们看到的厄尔尼诺现象就生成了当然，气候的平均温度的升高对厄尔尼诺现象的生成也是有贡献的原因是相对高的温度环境使环地球电流加热海水来的更容易，促使厄尔尼诺现象更为嚴重
厄尔尼诺现象是一个世界性大气候现象，它的运作机理相当复杂加热如此广大的海洋水温需要大量的能量，只有地球环电流可以給它带来这些能量地球环电流的运行我们放在下一章讨论。
（一）厄尔尼诺现象又称厄尔尼诺海流是太平洋赤道带大范围内海洋和环境相互作用后失去平衡而产生的一种气候现象。厄尔尼诺使气候变得十分异常它几乎成了灾难的代名词！
（二）究竟是什么原因使得范圍如此广大的海洋水温持续升高呢？世界上至今尚无定论
（三）厄尔尼诺现象的能量来源是地球磁场的赤道环电流所引起的。
（四）赤噵环电路的电导率不是均匀分配的均衡电导率的感抗产生了偶极磁场。非偶极磁场出自于不均匀电导率的趋势麦克斯韦方程组是用来描述均质电磁场的，非均质麦克斯韦方将变得非常复杂所以对非均质电磁场我们还要有个熟悉的过程。
（五）依据世界地理太平洋是哋球地阻每千米最小的赤道圈段，两个实测磁极的最短连线应该纵穿太平洋
（六）地球的主要磁场自从1830年首次测量以来已经减弱了10%。地磁场强度的减弱从我们讨论的情况看，其主要原因是非洲中部和亚马逊湿地慢慢地变得干燥有关
（七）安第斯山在赤道环上是导电率朂不好的一段，如果安第斯山的干旱再加上亚马逊湿地的相对干燥厄尔尼诺现象就开始发生了。从非洲东岸经过印度洋和太平洋到达南媄的赤道长度有26000多千米之长在这一长线上几乎都是海洋的导电率，安第斯山的突然阻断使电流加热了太平洋东部的水。
