与长期天气预报

第七节　ENSO与长期天气预报

由于各种时间尺度运动的相互作用和各种气候形成因子的存在以及随机过程的影响，观测到的气候要素场总是包含着我们所需要的那部分信息和我们不需要的那部分“噪音”。往往由于气候噪音背景很强，掩盖了气候信息，这正是长期天气及气候预报的困难所在。只有那些足够强的信息才能从观测资料上直接反映出来。厄尔尼诺和南方波动现象是迄今为止所发现的高于噪音水平的最强的海洋和大气年际变化的信息，是分别发生在热带海洋和大气中能影响全球气候的异常现象。在本世纪60年代末，Bjerknes就指出了两者之间存在内在的联系，是热带太平洋大尺度海气相互作用的表现，近年来把厄尔尼诺（El Nino）和南方波动（Southern Oscilladon）合起来称为ENSO。ENSO事件一旦发生，作为一种热带地区的热源强迫会对热带和中高纬的天气和气候产生深刻的影响，这在世界许多地区的大气环流和气候的年际变化中也有较清楚的反映，因而通过ENSO等问题的研究有可能了解某一地区天气和气候异常的原因。目前这已成为长期天气预报和气候预测的种重要途径。

一、ENSO事件

在海洋研究中，1795年直接记录到第一次厄尔尼诺现象，它是一种海洋现象，一般是指南美沿岸圣诞节前后开始的海洋水温的异常增暖。通常在秘鲁和智利沿岸地区同时有暴雨出现，并由此影响南美沿岸的渔业和鸟粪尘工业，长期以来引起人们的关注。

赤道东太平洋冷水地区适宜于藻类和鱼的繁殖，并吸引了大量以鱼为食的鸟类也在此栖息。但有的年份，在圣诞节前后有一股暖洋流移到厄瓜多尔、秘鲁沿岸，且逐渐扩展，使这一地区的水温异常升高，水温可比常年高出几度。冷水上翻减弱，冷水中的大量浮游生物不能到达表层，因此大量的藻类死亡，生态平衡被破坏，鱼类和鸟类大量死亡，特别是在秘鲁卡拉俄海港成千上万条死鱼在海面上积成厚厚的一层，其腐烂气体能使船身变黑。这种现象，当地称之为厄尔尼诺（西班牙语，意为圣婴）。

1982～1983年间，赤道太平洋出现了本世纪以来最强的一次ENSO事件，南方波动指数达到了有记录以来的最低值，这一事件的出现带来了严重的气候灾害和社会经济影响。在南美，ENSO的发生不仅使厄瓜多尔、秘鲁等国的渔业生产受到严重损失，同时在哥伦比亚、厄瓜多尔、秘鲁等地出现了持续大雨，秘鲁北部的降雨量竟达到多年平均的340倍，这样巨大的降水使河水流量猛增，洪水灾害给南美一些国家造成重大损失。1982—1983年的ENSO事件还造成印度、菲律宾、印度尼西亚和澳大利亚一带持续干旱。澳大利亚出现了200年间最严重的干旱，除20亿美元的农牧产品损失外，还有强烈尘暴和丛林大火造成的损失，使人们难以忘怀。

二、ENSO的发展演变过程

海面温度的改变对大气过程有重要影响。大气运动的能量是由太阳供给的，但太阳辐射通过大气时，由于干空气本身不吸收太阳短波辐射，仅仅其中很少的一部分被大气中所含的少量杂质和水分吸收，因此射入地球的太阳短波辐射，主要是被大气的下垫面——陆地和水面吸引。然后，下垫面又以长波辐射，热对流和扰动等方式将热量送入大气。所以，太阳供给大气的热能，虽然是来自大气的顶部，但实际上，却主要是由底部在为大气“添薪”。而大气的下垫面中，海洋的面积远比陆地大，约占地球总面积的71%。广阔而深邃的海洋，就像地球上一个巨大的贮热池，因此可以想像，世界海洋活动层热量的初始分布将在相当长的时间内影响大气过程的发展。

这次引起气象学家在研究大气异常的根源时，强调海温的重要性。70年代以来在这方面做了大量工作。如发现太平洋东部水温高时，大气被增温，因此气压下降，在这种影响下北美西岸出现气压脊，东岸出现气压槽，美国芝加哥和纽约出现寒冷天气。有人用大气环流模式计算出当太平洋西部的水温比常年低2～4℃而东部比常年高2～4℃时，在暖水区上低压活动频繁，冷水区上高压活动频繁，从而解释了上述事实。

但是，很自然地要问，海面温度的异常又是如何引起的呢？比如上述的厄尔尼诺现象是因何产生的？为什么它隔几年（大约7年）突然出现一次？近年来人们对此进行了大量地研究，各种各样的设想被提出来了。尽管彼此有很大的差异，但有一点却是共同的，这就是把它归因于大气的异常。原来从海洋学的观点看，洋流主要是由风力驱动的，只在较小程度上是由于大气热量和水分交换所引起的密度变化驱动的。此外，由大气运动制约的云量影响进入海洋表面层的太阳热通量。若云量比正常气候情况偏小，它就让更多的太阳辐射通过使海洋表面更强烈地增暖。

把以上说法合起来，大气异常的根源就找到了海洋上，海洋异常的根源又回到了大气中。上述情况都有相当的理论依据和观测事实。实际上，海洋和大气地相互作用着的，大气环流一方面受海洋状况的影响，又反过来影响海洋。海洋对大气的影响主要是热力的，大气对海洋的影响主要是动力的。在长期预报理论中需要同时混合研究这两种环流，把海洋和大气当成一个整体。海洋与大气的相互作用，是一门新兴的边缘科学，其中还有许多新的未知的奥秘在等待着人们去发现。这方面的研究，目前特别是围绕着厄尔尼诺现象，正方兴未艾。不少人认为这一研究的进展会提高长期预报的水平。