厄爾尼諾的起因

　　厄爾尼諾已成爲當今婦孺皆知的“氣象怪物”，不少人對它頗有神祕之感。而厄爾尼諾一詞的原意也確實給人以神祕的想象，它是西班牙語“上帝之子”或“聖嬰”之意。但現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--氣反常現象，主要有以下幾方面，(1)東太平洋赤道以南海域冷水區的消失，(2)太平洋赤道地區東南信風的消失，(3)西太平洋赤道地區的熱水向東部擴散，(4)由上述三種現象引起的一系列氣候反常。從厄爾尼諾出現伴隨的三種現象可知，在非厄爾尼諾時期應出現與上述三種現象相反的現象，即(1)東太平洋赤道以南海域有一片冷水區，(2)太平洋赤道地區吹着東南風，(3)西太平洋赤道地區堆積着大範圍的熱水，如能搞清這三種現象的原因，對厄爾尼諾的起因也就不難了解了。

　　厄爾尼諾出現伴隨着的海--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的消失相聯繫。在一般年份東太平洋赤道以南海域有一大片冷水區，這些冷水是從海洋深處翻出來的，爲什麼這裏能上翻冷水，我們下面討論。這些上翻的冷水帶有大量的營養物，引來大量的魚蝦來這裏覓食和產卵，無疑，這對當地漁民而言是豐年。冷水區一旦消失，魚蝦不來了，既使來了因水溫偏高，造成魚蝦的大量死亡，這對當地的漁民來講，無疑是災年。冷水區的消失都開始於聖誕節前後，當地人認爲，這是上帝讓他的兒子給人間製造的不幸，所以把這一現象稱“上帝之子”或簡稱“聖嬰”。現在的人誰也不認爲厄爾尼諾現象與上帝有什麼聯繫，僅僅反映氣象中的一些現象，或者認爲是氣象學中的一個具有特定含量新名詞。現在人們關注的已遠不是厄爾尼諾出現導致的某些現象，而是它對氣候、生態可能造成的影響，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，然後再逐一地加以解釋，(1)全球氣溫的上升，(2)春季西風帶的加強，(3)沃克環流回歸點的東移，(4)安第斯山對迴歸的沃克環流的阻擋。以上四個原因，前兩個屬於全球性的，後兩個屬於區域性的。而造成厄爾尼諾的關鍵是沃克環流的變化，所以在解釋這四個原因之前，應當知道有關大氣環流方面的有關知識。

　　大氣環流這個詞在氣象預報中經常出現，因爲大氣環流是支配大氣活動的主要動力之一，而大氣環流的變化也是氣候變化的主要原因之一，厄爾尼諾的出現與消失就是一個名爲“沃克環流”變化的結果。大氣環流主要在10千米高度以下的對流層內活動，大氣環流有許許多多，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流的變化所影響。那麼又是什麼原因能夠引起大氣環流的變化?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部。大氣把吸收到的太陽輻射能的50%左右轉化爲動能與熱能，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並不是固定不變的，年際間的變化幅度在+0.05以內。引起這種變化的因素很複雜，有物理因素，有化學因素，也有動力學等因素，目前對這方面瞭解還不很消楚，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。由於大氣能量收支的不穩定，也是造成大氣環流變化的根本原因，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

　　環流是怎樣構成和怎樣變化的，該環流名叫沃克環流，是1969年由英國人沃克最初發現的。沃克環流屬海--氣能量交換的環流，它發源於西太平洋赤道地區，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，從這裏升程到達6-7千米高度後向東偏南方向運動，到達東太平洋南迴歸線附近下降。它在這裏下降的原因有(1)受安第斯山的阻擋。這裏安第斯山高6000米上下，對沃克環流的東進，無疑是一巨大的阻力，(2)受南美大陸上升氣流的阻擋，這裏屬於熱帶和亞熱帶地區，有較強的上升氣流。沃克環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島附近。因氣流在下降的過程帶有很大的衝擊力、把東太平洋赤道以南大片表面洋水吹向西去。同時又把這裏深部的冷水上翻，於是在這裏出現一片冷水區。沃克環流下降後要回到它的發源地，這就在太平洋赤道地區形成一股東南風，人們稱之爲“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裏堆積，在一般年份這裏的海平面比東太平洋冷水區高60釐米左右。堆積的水可達1萬億立方米。又因這裏的水不能流動，有較強的蓄熱作用，所以這裏成爲太平洋最熱的水域。在一般年份這裏比中太平洋高2℃左右，比東太平樣冷水區高6℃左右。這就是非厄爾尼諾時期太平洋出現的三種現象的原因。(1)東太平洋赤道附近的冷水區，(2)太平洋赤道上的東南信風，(3)西太平洋赤道地區堆積的熱水。

　　上述三種現象的消失就是厄爾尼諾的出現，我們看看厄爾尼諾是怎樣形成的。現在大家都公認的現象是，厄爾尼諾年一定是氣溫偏高年，這是爲什麼?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。對於赤道附近的大氣向外膨脹值要比平均值高數倍。沃克環流的高度升高後將超過安第斯山，已具備跨越安第斯山繼續東進的條件，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，下降後再返回它的發源地時，立即受到安第斯山的阻擋，這時的沃克環流全部降落在南美大陸。因沃克環流帶有大量的水汽，使得這裏經常出現暴雨成災狂風大作的反常天氣。這是“上帝之子”下凡後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消失，太平洋赤道地區的東南信風也消失，堆積在西太平洋赤道的熱水向東部迴流，這就是厄爾尼諾的出現，上面已經講過，這種現象一定開始於春季。經過四個月左右，這股熱水流到東太平洋，於是整個太平洋赤道地區都熱了起來，厄爾尼諾達到高峯期，這時的季節必然是夏季，此時，東西太平洋的海平面也趨於一致。

　　當厄爾尼諾達到高峯時，堆積在西太平洋赤道地區的多餘的熱水也所剩無幾，沃克環流的源動力也大爲減弱，進入南美大陸上空的沃克環流開始西退，厄爾尼諾開始減弱。如果沃克環流退回的路程與原東進的路程相等，於是在東太平洋赤道海域又恢復了原來同-海域的冷水區，但由於沃克環流源頭的熱量比原來減少很多，所以沃克環流退回的路程往往是比原東進的路程還遠，這樣，冷水區將問西擴大，這就是拉尼娜現象。一次厄爾尼諾消失後必然出現拉尼娜，可以說，拉尼娜是厄爾尼諾的“副產物”。圖1d表示的就是拉尼娜出現的原因。拉尼娜一般發生在夏秋之交，因爲這時全球大氣東風加強、西風帶減弱。這也爲沃克環流的西退提供了一些動力。

　　在厄爾尼娜形成的四個條件中，安第斯山起着-種獨特的作用。在氣溫不高的年份，它擋住了沃克環流的東進。在氣溫偏高的年份，它擋住了沃克環流的迴歸，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，主要位於南迴歸線附近，這裏正是沃克環流經過之處。可以說，厄爾尼諾現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，持續的時間長，受害的區域廣，危害的區域廣，危害的程度大，其原因除全球性氣溫持續偏高外，地方性因素起的作用也不能忽視。東南亞地區自80年代以後，工業高速發展，海、陸、空也遭受全面的空前的污染，使該地區的溫室效應不斷增強，這也爲沃克環流提供了更多動力，使它長時間東進不歸，持續一年之久，從1997年春直到1998年夏。1998年7、8月份出現拉尼娜，也是預料之中的，因爲持續一年之久的厄爾尼諾使得沃克環流的源頭失去太多熱量。1998年儘管是一個高溫年，但仍然出現了拉尼娜。可見拉尼娜的出現與全球性氣溫關係不大，更多的取決於沃克環流源頭的熱能的提供情況，如果在印度尼西亞發生較強的火山活動，一定會出現拉尼娜。拉尼娜的出現原因，給我們提供一個有益的啓示，如果能人爲地降低西太平洋的溫度，也有可能避免厄爾尼諾的出現。

　　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的三個主要現象：東太平洋冷水區消失，太平洋赤道地區東南信風消失和西太平洋堆積的熱水向東迴流，這三種現象的出現都是使佔全球面積1／3的太平洋熱了起來，本來厄爾尼諾出現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果。受害最重的地區就是太平洋和環太平洋地區，由於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變得不僅風平浪靜、而且炎熱、乾旱，雨林枯萎，1997年的印尼森林大火，與此有密切關係。由於太平洋的高溫、使得太平洋和環太平洋地區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、像我國的黃河流域和華北地區正位於這樣的緯度上，所以在厄爾尼諾年這裏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，因爲春季我國華北地區冷空氣南下頻繁、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是南美大陸的中緯和低緯地區，因沃克環流在安第斯山東側的南美大陸下降，給這裏帶來大量的狂風暴雨。因沃克環流帶有大量的水汽。這是形成暴雨的有利條件、又因沃克環流的下降，形成強烈的地區性溫度梯度，這是形成狂風的有利條件。

　　厄爾尼諾消失後拉尼娜的出現對氣候的影響是否像有些人認爲的那樣強烈，值得探討。例如，有人把我國去年夏秋季節長江中上游和嫩江流域出現的洪水歸於拉尼娜的影響，這未免誇大了拉尼娜的作用，拉尼娜的主要表現是東太平洋冷水區擴大。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，這是難以令人置信的。拉尼娜對氣候如果說有影響，應主要表現在“冷”的方面，而1998年的氣候主要表現在“熱”的方面。像我國黑龍江省降水增多，都出現與“熱年”。1998年的氣候與1997年的氣候差不多，均屬“熱年”。按統計資料表明，在同樣的季節，溫度偏低的年份，我國華北地區降水增多，但在1998年夏秋之交，正當拉尼娜出現時，我國華北地區氣溫明顯偏高、降水明顯減少，這顯然不像是受拉尼娜影響的表現。1997年的厄爾尼諾是有記錄以來最強的，首先是持續的時間長，從1997年春到1998年夏，在夏秋之交出現拉尼娜。這對太平洋西岸的氣候產生不了多大影響，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年夏美國宇航局宣佈，由於厄爾尼諾的出現，使得地球自轉在過去一年來減慢了千分之一秒。對於不瞭解真相的人以爲這是厄爾尼諾本身的原因使地球自轉變慢了。其實這是氣溫上升使地球自轉變慢了。上面我們談過，尼諾出現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收縮，這是熱力學的基本法則。大氣膨脹則轉動慣量增大，轉動慣量增大則自轉體自轉速度減慢，這是動力學的基本法則。花樣滑冰運動員很懂得這個法則，當他們伸開雙臂時，在冰上的旋轉速度就減慢，當他們抱緊雙臂時，在冰上的旋轉速度就加快，就是這個道理。大氣活動可以使地球自轉變慢，也可以使地球自轉加快。地球自轉速度的變化，是地學研究的重要問題之一，地球自轉的變化對大氣活動有哪些影響，目前還不瞭解。

　　現在厄爾尼諾出現的頻次是3-5年一次，隨着全球氣溫的升降，厄爾尼諾出現的頻次也在變化，例如：在50-60年代，那時的平均氣溫比現在低0.4℃左右，厄爾尼諾出現的頻次是5-7年一次，到2020年以前，平均氣溫至少將比現在上升0.4℃，那時厄爾尼諾出現頻次將增至2-3年一次。若氣溫還持續上升，比現在升高0.8℃，厄爾尼諾將每年出現一次，即每年春季都要出現厄爾尼諾，夏秋之季消失，接着出現拉尼娜。從大氣能量的角度看，厄爾尼諾的出現不過是大氣爲維持其能量收支平衡的一種自我調整過程，當大氣的能量收入大於支出時就要發生大氣向外膨脹，厄爾尼諾隨之出現。大氣通過向外膨脹釋放出多餘的能量，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着，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。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，也是生存和發展的需要。那些有關環境的宣言、號召和呼籲等在現實生活中顯得太有氣無力了。現在看來，在未來40年內，不排放二氧化碳的新能源取代現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，隨着全球氣溫的上升，在未來40年內，厄爾尼諾出現的頻次將越來越快，全球生態，尤其是環太平洋地區的生態受厄爾尼諾之苦，將苦不堪言。那麼人類有沒有可能讓厄爾尼諾不出現呢?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。

　　厄爾尼諾的出現主要是一個大氣環流在做怪的結果；大氣環流是一個極爲脆弱的天氣系統極易受到周圍環境變化的影響，這也是各地氣候變化萬千的重要原因之一。拉尼娜的出現，給我們一個極有益的啓示，如果能用人工方法。把西太平洋赤道地區的水溫降下來，就可以使東進的沃克環流退回來。這就可以避免厄爾尼諾的出現；西太平洋赤道地區面積約一千萬平方公里，這裏水面溫度約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象出現。降溫的辦法也不難實現，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米深處水溫約爲16℃，1000米深處水溫約4℃。以1000米深處的水爲例，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，連續三個月，就可以使西太平洋赤道地區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。從海洋深處取水，並不需要太多的能量，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，分佈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。從年初啓動水泵至3月底結束，這就可以完全確保厄爾尼諾不再出現。估計一艘船連同有關設備在內，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，並不算大。據有關部門估計，1997-1998年的厄爾尼諾造成的直接經濟損失，可達近千億美元，更不用說對生態造成的損害，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共同擔負，其次是那些製造溫室效應最重的國家和地區擔負。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。人類給生態製造的災難太多了，應當爲拯救生態做出有益的投入了。