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ENSO对中国的影响资料讲解
ENSO对中国的影响
ENSO对中国的影响研究报告
2010年7月
ENSO对中国的影响研究报告
1、前言
最新的研究表明，ENSO是大洋尺度海气相互作用的产物，它不仅仅是一种事件，而且是一种循环。
厄尔尼诺与拉尼娜事件是ENSO循环处于冷位相和暖位相识在海温变化过程中的异常。
2、研究目的及意义
ENSO是年际气候变化的最强信号，对全球气候产生着重要影响。
ENSO也是我国短期气候预测的一个重要因子，事实上ENSO预测本身既是短期气候预测的重要内容之一。
近十年来，ENSO的周期变短，振幅加强。
虽然不同ENSO过程大体上有相同的特征，但每一个ENSO事件各有各自的特点。
20世纪80年代，国内外在ENSO研究方面已近取得了十分重要的进展，但我们仍无法确切解释ENSO地形成机制，研究表明，ENSO对我国气候的影响取决于时间的强度，发生的时间及其演变特征。
因此，研究ENSO对我国有十分重要的意义。
对ENSO对研究，能提高我们海洋大气相互作用的认识，提高自身的知识含量，对今后的学习有十分重要的意义。
3、主要内容
3．1什么是厄尔尼诺现象？
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。
具体的说,流经南美沿岸的秘鲁海流,在几乎与秘鲁海岸平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。
由于沿海水温上升在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”。
厄尔尼诺现象发生的频率越来越多,从原来7、8年发生一次到现在的每3、4年发生一次。
厄尔尼诺现象的出现将会给全球气候带来灾难性的影响。
例如，1997年智利大洪水和印尼森林大火与1998年我国发生的洪涝灾害都与厄尔尼诺现象有关。
由于厄尔尼诺导致全球台风活动异常,我国的台风也比往年同期偏少,致使西太平洋副热带高压长时间停留在我国境内,由于西太平洋副热带高压带来大量暖湿气流,从而导致我国南方及北方部分地区降水比往年同期偏多。
3.2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,但是都有不明之处。
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,地球的赤道及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,大者如火山喷发,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大,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,即为厄尔尼诺现象的盛期。
厄尔尼诺事件的成因机制是地球自转、日月引力和地热活动的综合结果。
1厄尔尼诺现象的构造基础与激发因素
A厄尔尼诺发生在南美洲西部的构造基础
在北半球,由于大陆的阻隔,北太平洋与北极之间处于半封闭状态,海洋寒流由北冰洋通过狭窄的白令海峡进入太平洋时流入量受到限制;印度洋北部是欧亚大陆,因此太平洋和印度洋的北部完全在海洋暖流的控制之下.与此相反,大西洋、太平洋和印度洋对南极是完全开放的.特别是环南极大陆强烈的海洋西风漂流在经过南美洲的德雷克海峡时严重受阻;部分寒流沿南美洲西海岸北上,加强了秘鲁寒流,其规模远大于非洲西海岸的本格拉寒流,形成太平洋北暖南冷、西暖东冷的格局.南半球西风飘流是海洋寒流,北半球西风飘流是北太平洋暖流和北大西洋暖流,这个重大差别是由陆海分布差异造成的.西澳大利亚寒流是南半球最弱的海洋寒流.因为太平洋南赤道暖流能够通过阿拉弗拉海进入印度洋,加强印度洋南赤道暖流,减弱西澳大利亚寒流.所形成的印度洋和西太平洋的高温低压区,与东南太平洋由秘鲁寒流形成的低温高压区组成一个沃克环流.环流路径是:
太平洋和印度洋的南赤道暖流→马达加斯加暖流→南中纬度的西风漂流→秘鲁寒流.这进一步减弱西澳大利亚寒流,加强了西风漂流和秘鲁寒流.北太平洋通过白令海峡向北极输出的热量为10TW（1TW=1012W）;南太平洋向南极输出的热量为1190TW,是前者的119倍.印度洋向南极输出的热量为490TW.而北大西洋输出的热量起源于太平洋,数量超过1000TW,其中向北极输出的热量为260TW[1].海洋输送的热量为北太平洋向南太平洋的热输出提供了证据.地质资料表明,对第三纪早期的普遍变冷起明显作用的构造事件是巴拿马地峡的封闭,迅速变暖和较长的变冷由轨道参数的周期性所决定.阻挡大西洋赤道暖流进入东太平洋,加强秘鲁寒流,是气候变化的原因.南美洲与南极大陆的分离造成环绕南极大陆强烈的海洋西风漂流带,阻挡赤道暖流南移,生成南极冰盖并维持其稳定的存在,为全球构造运动影响气候变化提供了证据[2～4].这表明,北太平洋向南太平洋输送热量的波动性是厄尔尼诺事件和拉尼娜事件发生的本质原因,相应的海洋环流在温差积累到一定程度时必然发生.厄尔尼诺发生时,太平洋暖水由东向西;或由西向东;或由中部分别向东向西运动,其实质是北部暖水向南运动.如果有某种原因使南半球的西风漂流减弱,或使东南太平洋表面海水增温,就会减弱这一地区的活克环流,出现南太平洋高压和印度尼西亚—澳大利亚低压同时减弱,甚至相反的情况.这是南方涛动和厄尔尼诺同时出现的原因.当南极出现臭氧洞或太阳活动增强时,过量紫外线（约增大2%）穿过平流层进入对流层,使南极相对变暖,降低南极与南中纬度的温差,减弱大气南北对流和信风,这是西风漂流变弱的原因.自20世纪80年代全球迅速变暖以来,厄尔尼诺事件发生更为频繁,其强度也明显增大.1982～1983年和1997～1998年厄尔尼诺又为本世纪最强,与南极臭氧洞异常扩大相对应.公元1800年是冷暖时期和太阳活动高低值的分界线,其前后200年分别发生51和81次厄尔尼诺事件,这表明,暖期、臭氧洞扩大和太阳活动高值时期有利于厄尔尼诺事件发生。
B 潮汐振荡产生的季节性增暖
要解释厄尔尼诺事件发生的原因,首先必须说明为什么在南美厄瓜多尔和秘鲁沿岸每年圣诞节前后海水都会出现季节性增暖现象.太阳光在冬至点（每年12月21～23日）直射南纬23.5度,即南回归线.南回归线上的海面在白天正午处于潮汐高潮位,而此时北回归线上的海面正处于低潮位;地球自转半周后,南回归线上的海面在半夜子时处于潮汐低潮位,北回归线上的海面此时处于高潮位.即高潮位与低潮位在南、北回归线之间往复振荡.这种现象也发生在夏至点（每年6月21或22日）.同时太阳辐射、太阳风和太阳引潮力在近日点（1月3～4日）达到最大值,分别比在远日点（每年7月2日或3日）增大6%和9%,这使近日点时南北潮汐振荡达到最大值,南回归线附近太阳辐射量也达到最大值,变暖趋势明显.特别是从秋分到冬至,日地距离变为最小,太阳引潮力变为最大.半日潮产生的强烈振荡高值区由赤道向南北回归线偏移,形成低纬大洋南升西移、北降东移的顺时针昼环流和南降东移北升西移的逆时针夜环流,昼夜反向环流和最大幅度南北振荡加强了冷暖水的混合[3].南北回归线之间的东太平洋海面有北半球的温暖的赤道逆流和南半球的秘鲁寒流.最大幅度的南北潮汐振荡使太平洋东部低纬度北半球暖流南移,南半球秘鲁寒流北移,振荡混合后使厄瓜多尔和秘鲁沿岸海水变暖,加强了北太平洋向南太平洋的热输送.这不仅说明了在南美厄瓜多尔和秘鲁沿岸每年圣诞节前后海水都会出现季节性增暖现象的原因,而且给出了暖水从北边涌入的原因.而以往许多关于厄尔尼诺事件发生机制的假说不能解释这种季节性增温现象.
C 强潮汐振荡与厄尔尼诺现象的关系
对潮汐的计算结果表明,月亮在赤道时产生的半日潮使气圈、水圈和液核分别有54181864km3、43275km3和3103km3的体积绕固体地球向西运动,形成赤道高空风、西向海潮和液核表层西向漂移.由于地形的阻挡,形成大气、海洋和液核的涡旋、湍流、环陆运动和异常大潮以及冷暖海水的上下和东西方向振荡与混合.岩石圈和下地幔分别有2754km3和10599km3的体积胀缩,是其中熔融部分流动、上涌和喷发的动力[3].太阳相对地球在南北回归线之间的摆动,使流体相对固体南北振荡与混合.地球在春分和秋分扁率变为最大,形成赤道大潮.两极高纬地区分别有6605998km3、5251km3和368km3体积的大气、海水和液核流体通过临界纬度（35o）流向赤道,并在科里奥利力和西向引潮力作用下加速向西漂移,使各圈层自转速度变小,差异旋转速度增大,高纬地区地壳地幔排气排液活动强烈.其中大气对流层日长增加最为显著,为97秒,是岩石圈日长增加值（0.00027s）的359259倍,形成流体与固体圈层强烈的差异旋转.地磁活动在两分点（春分和秋分）达到最大值是其证据[3].这是两极冷水入侵赤道并使大洋西部暖水变冷的主要原因.1997年发生在春分和秋分附近的
4次交食和行星冲日,加大了两极冷水入侵赤道西太平洋,使暖水东移的强度,形成了1997年
的强厄尔尼诺事件.月球的引潮力是太阳的2.17倍,月球在赤道南北的摆动加强这一效应,形成混合冷暖海水的强烈振荡.行星冲日、日月大潮和近地潮的叠加形成最大值效应———厄尔尼诺.从1980年到1990年,凡是在12月朔、望日的日月大潮和月球的近地潮同时发生后,均发生了厄尔尼诺事件.1982～1983年强厄尔尼诺事件中,海温增温的峰值首先出现在中太平洋赤道的Nino4区（1982年4～5月）,然后是Nino3区（1982年底）,最后是美洲西
岸的Nino1～2区（1983年年中）[6].它对应着1982年4～8月和11～12月、1983年13月和6～9月的近地潮和大潮的叠加,以及1982年4月26日的木星冲日.引潮力和地球自转都有9天的周期变化,在北极海域曾观测到很强的9天周期的水位振动.在大西洋中
远离海岸的地方观测50m深处水温在一年中的变化,发现有9天周期的温度变化,其幅度可达0.20°C[7].最新研究成果也表明强潮汐将引起海温变化和气候波动[8].强引潮力下的太平洋海水南北震荡,是均衡南北海水温度、加快北部暖水向南部输送的重要机制.
D 液核潮汐对厄尔尼诺的影响
流体和固体的潮汐差异造成强烈的相互摩擦,潮汐摩擦热集中在流体与固体的边界上,如陆海边界和核幔边界.核幔边界在潮汐力下的周期变形强迫液核表层隆起部分西向运动,形成液核潮汐.它加强核幔角动量交换,在核幔边界积累大量热能,是地球排气、地磁活动和热幔柱活动的不竭能源[4].地磁活动在地球扁率变为最大的两分点（春分和秋分）达到最大值是其证据[3].地球自转速率的十年际变化的振幅可达几个毫秒量级.这种变化也许只能用核幔之间的角动量交换来解释,与太阳黑子活动11年周期、太阳磁性活动22年周期相对应
[9].太阳活动产生的太阳风强度和磁性的变
化,使向阳面的地球磁层受到周期性的增强压缩,加强核幔角动量交换和液核潮汐,影响地壳地幔的旋转速度和热幔柱喷发.潮汐滞后效应是地球自转减慢的一个原因.据估计,平均每年至少有100km3的岩浆溢出海底[4].白垩纪时,万有引力常数增加5%;日地距离、月地距离减少5%;太阳辐射增大10%;日月引潮力增加20%.强烈的潮汐摩擦在核幔边界积累大量热能,这是白垩纪强烈火山活动的基本原因.侯章栓等对近百年全球气候变化与外强迫因子信号检测的结果表明,火山活动是影响ENSO（厄尔尼诺和南方涛动）的最重要的外强迫因子[10].它不但揭示了地球流体、构造活动与气候变化的关系,而且使厄尔尼诺的海底火山说[11]、引潮力说[7]和地球扁率变化说[3]得到有力的支持.地球自转速率变化有0.5、1、11、12、18.6、22、30、60年周期,其中后四项振幅较大[6].它们分别对应着太阳在南北回归线振荡、日地距离变化、太阳黑子、木星公转、月亮交点进动、太阳磁周、土星公转等周期及其公倍数.潮汐引起的地球形变和太阳活动加强液核潮汐是其本质原因.这也是通过地球自转异常减速可以预测厄尔尼诺事件的本质原因[7,12,13].日长变化周年项的激发函数观测值为-0.45量级.其中,风为-0.31,潮汐为-0.03,气团为0.02,地下水为0.02,海洋为0.01,洋流为0.02[6].在由风形成的日长季节性变化的背景上,液核潮、大气潮和海潮的激发是日长异常变化的主要原因.这是行星冲日、日月大潮和近地潮的叠加形成最大值效应———厄尔尼诺的根本原因[4].
E 构造运动影响气候变化的其它证据
从15至17世纪的200余年内,世界上强震很多,其它自然灾害也很集中,这也正是蒙德极小期[15].这个时期太阳活动处于极小值,人们往往把它当作小冰期气候产生的原因.实际上,单凭太阳辐射能量变化不足以解释气候的巨大波动.对宇宙飞船测量数据的分析确定,太阳的辐射输出变化于0.1%～0.3%的水平上.Eddy等人[16]估计,气候响应与正常发生的变化相比是很小的———太阳常数的变化至多使地球表面的温度受到零点几度的扰动,问题的关键是能够激发低层大气发生变化的机制.郭增建最近提出的海震调温假说就是一个很有说服力的机制[17].太阳活动低值使气温降低,极地冰盖开始向中低纬度扩展.由于一部分赤道区域的海水通过雨雪转变为高纬度大陆的冰川,从而产生地表物质从赤道向两极的大规模迁移.根据地壳均衡和水均衡原理,两极冰盖增加的地壳加载下沉,赤道海洋海水减少的地壳卸载上升[18].这是多强震与小冰期对应的原因.海洋及其周边地区的强震可使海洋深处冷水迁到海面,使水面降温,冷水吸收较多的二氧化碳,从而使地球降温[17].这个机制放大了太阳活动低值的降温效果,使更多赤道地区的海水转变为两极地区的冰盖.在第四纪最末一次冰期与间冰期交替中,海洋有130m厚的水层曾转变为两极的冰盖,海洋地壳相应有43m的升降运动[18].综合分析表明,气候变化与构造运动是相互影响的.离开了构造运动,我们就无法理解气候的巨大变化.
3.3厄尔尼诺现象的影响
在正常年份,秘鲁沿海表层海水是深层海水上升形成的冷水,由于上升流把下层营养盐类源源不断带至表层,因而这里浮游生物非常繁茂,形成世界四大渔场之一鱼为主。
但在厄尔尼诺年,冷水性的鱼迁离沿海,渔业资源消失,而且以鱼资源为食的沿海鸟群大量死亡,通过一系列的连锁反应引起世界农产品和粮食市场价格的波动。
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（事件）”。
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℃以上的年份才称为厄尔尼诺年。
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梅。
在厄尔尼诺的下一年,河套一带多雨;淮河下游则干旱。
3.4厄尔尼诺现象对我国夏季降水的影响
一些研究都表明,厄尔尼诺现象与我国降水存在着一定的相关关系。
夏季（6～8月）是我国雨量特别集中的季节,这时西太平洋副热带高压北跳,江南、长江中下游和黄淮流域相继进入雨季。
由于我国大部分地区夏季降水集中强度较大,而且年际变化也较大,旱涝现象比较常见,对农业影响也最大。
而且每年夏季,我国南海到辽东半岛的沿海和东部内陆地区都有受到台风侵袭的可能。
强台风来临时,往往带来狂风、暴雨天气,引起巨浪和风暴潮,尤其是当台风移近大陆或登陆后,更易带来巨大的灾害。
因此夏季降水分布与我国旱涝灾害和农业生产密切相关,研究我国夏季降水和厄尔尼诺的关系对预测洪涝灾害具有重要的意义。
通过对厄尔尼诺不同位相时我国夏季降水分布情况的分析,得到我国夏季降水和厄尔尼诺现象的相关关系。
但是厄尔尼诺事件与我国降水的关系是很复杂的,由于厄尔尼诺发生的月份或最暖海温出现的地理位置不同,对我国降水有不同影响。
同时由于我国幅员辽阔,地形复杂,所以受厄尔尼诺影响的敏感区在各时段中有所变化,在同一时段内,各区域的对应关系也不完全相同,因此厄尔尼诺与我国降水的相关关系不能简单地一概而论。
在对我国夏季降水分析中,有些降水分布情况并不能完全由厄尔尼诺来解释,这说明厄尔尼诺事件并不是决定我国降水的惟一因素。
我国地处欧亚大陆的东南部,影响我国天气气候的因素比较复杂,考虑
厄尔尼诺现象及大气环流、冰雪和其他物理过程的综合影响,对解释一些复杂的气候情况是十分重要的。
3.5什么是南方涛动现象？
及其产生的原因？
南方涛动（SouthernOscillation）,是热带环流年际变化最突出、最重要的一个现象。
主要指发生在东南太平洋与印度洋及印尼地区之间的反相气压振动。
即东南太平洋气压偏高时印度洋及印尼地区气压偏低,反之亦然。
详细解释为：
太平洋与印度洋间存在的一种大尺度的气压升降振荡。
当太平洋上气压变高（低）时，印度洋上从非洲到澳大利亚气压变低（高），即两地气压的距平有反向的变化。
其最大正相关中心位于澳大利亚北部至印度尼西亚的低压区；最大负相关中心位于东南太平洋高压区，在东北太平洋亦有一较大的负相关区。
因此塔希提（148°05＇W，17°53＇S）或复活节岛（109°30＇W，29°00＇S）与达尔文（130°59＇E，12°20＇S）两地的海平面气压差的距平值被普遍地用以表示南方涛动的特征指数，称为SOI。
当出现低SOI时，赤道东太平洋海面水温伴随出现异常增暖。
由于低SOI与高ENI（厄尔尼诺指数）相互联系，故称为厄尔尼诺—南方涛动事件。
通常情况下，太平洋沿南美大陆西侧有一股北上的秘鲁寒流，其中一部分变成赤道海流向西移动，此时，沿赤道附近海域向西吹的季风使暖流向太平洋西侧积聚，而下层冷海水则在东侧涌升，使得太平洋西段菲律宾以南、新几内亚以北的海水温度升高，这一段海域被称为“赤道暖池”，同纬度东段海温则相对较低。
对应这两个海域上空的大气也存在温差，东边的温度低、气压高，冷空气下沉后向西流动；西边的温度高、气压低，热空气上升后转向东流，这样，在太平洋中部就形成了一个海平面冷空气向西流，高空热空气向东流的大气环流（沃克环流），这个环流在海平面附近就形成了东南信风。
但有些时候，这个气压差会低于多年平均值，有时又会增大，这种大气变动现象被称为“南方涛动”。
SO是热带印度洋到东南太平洋区域在日界线东西两侧海平面气压反相关的年际振荡，伴随着SO，热带太平洋东西方向的气压梯度距平与纬向风距平做相应振荡。
3.6ENSO与中国几类自然灾害的关系
ENSO对中国的影响：
一、东北夏季低温我国东北地区的夏季低温是
一种重要的气候灾害。
在灾害严重的低温年,东北粮食平均可减产左右。
有意思的是,严重的东北夏季低温几乎都发生在爆发的年份,而在它的下一个夏季,温度均较前一年有回升。
二、我国东部的夏季异常降水,即洪涝灾害。
在爆发年,我国大部分地区降水偏少,尤其是北方的早情严重,而在次年,出现多雨天气的可能性大,一些明显的涝年恰恰发生在爆发后的次年,例如年我国三江流域的百年一遇的大洪水就是一个很好的例证。
三、东海气旋发生的频率增加,即东海海区坏天气—对船舶航行影响较大的大风,大雨或雾等天气现象—的次数增多。
发生在东海气旋后部常出现偏北大风,愈靠近中心风力愈强,可达7一8级,台湾海峡由于地形影响风力更大。
在气旋加深过程中,常常造成长江口以南沿海大风天气,而且这种大风的发生往往比较突然,强度大,持续时间长,对于在我国近海航行的船舶影响很大。
四、西太平洋的台风活动减少,这对于海上航行而言可是个好消息,可对于我国南方沿海城市来讲,却意味着酷暑和干早。
我国东部夏季降水及异常降水事件变化的统计
站点数
异常多雨事件的线性趋势（次/10a）
1954-761977-98
异常少雨事件的线性趋势（次/10a）
1954-761977-98
降水量变化的线性趋势（%/10a）
1954-761977-98
A区
31
+1.0
+8.3***
-2.4*
-1.2
+3.1
+14.6**
B区
48
-9.0***
+7.8**
1.9
-2.3
-9.1**
+9.5**
C区
44
-3.7
+2.8
3.9
-0.3
-6.8
+2.2
D区
21
-2.7**
+2.2*
0.5
-2.1
-6.7*
+6.8*
所有4个区
144
-14.4***
+20.3***
3.9
-5.4
-5.4**
+7.5***
***显著水平达99%,**显著水平达95%,*显著水平达90%.
我国东部地区夏季异常降水事件及其趋势。
（左侧为异常多雨事件，右侧为异常少雨事件；虚线分别为1954-76和1977-98年的线性趋势；阴影标出1976-78年.）
1951年以来的ENSO事件（根据Nin～oZ区）[11-12]
暖事件
1951-07至1951-1260.8极弱1986-09至1988-01171.4强
1957-04至1958-04131.2中等1991-05至1992-06141.3中等
1963-07至1963-1260.6极弱1994-10至1995-0251.0极弱
1965-06至1966-0291.2中等1997-04至1998-05142.6极强
1968-11至1970-01150.9中等2002-05至2003-02101.4弱
1972-04至1973-02111.8中等2006-08至2007-0161.2弱
1982-05至1983-08162.3极强
冷事件
1954-04至1957-0134-1.9极强1974-09至1976-0319-1.7中等
1962-09至1963-026-0.7极弱1984-10至1985-1013-1.1弱
1964-03至1965-0111-1.2弱1988-04至1989-
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