全球变化- 杨学祥工作室分享 http://blog.sciencenet.cn/u/杨学祥 吉林大学地球探测科学与技术学院退休教授,从事全球变化研究。

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[转载]太平洋的十年涛动:拉马德雷周期

已有 390 次阅读 2021-5-12 13:20 |个人分类:科普文章|系统分类:科研笔记|文章来源:转载

太平洋的十年涛动:拉马德雷周期

中信建投农产品 扑克百家研究院 2020-11-29

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正文


“拉马德雷”现象是美国海洋学家斯蒂文.黑尔于1996年发现的,在气象和海洋学上被称为“太平洋十年涛动”,甚至可以说是厄尔尼诺和拉尼娜之母。“拉马德雷”是一种高空气压流,分别以“暖位相”和“冷位相”两种形式交替在太平洋上空出现,每种现象持续20年至30年(持续时间未必准确)。

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“最新的政府间气候变化专门委员会在第五次评估报告第一工作组报告中指出,1998年2012年,全球地表温度每十年上升0.05摄氏度,远低于1951年以来每十年上升0.12摄氏度的增温速率。科学界的有关研究认为导致近15年气候变暖减缓的因素包括:中东太平洋地区拉尼娜事件增多,表层温度降低冷却大气环流;2000年以来,太阳活动处于宁静期;过去20年北极涛动和北大西洋涛动转向负位相,极地冷空气极易南下。”


PDO的特征为太平洋北纬20度以北区域表层海水温度异常偏暖或偏冷。在太平洋十年涛动暖相位(或正相位)期间西太平洋偏冷而东太平洋偏暖,在冷相位(或负相位)期间西太平洋偏暖而东太平洋偏冷。

两个月亮赤纬角极大值时期和一个月亮赤纬角极小值时期组成拉马德雷冷相位时期,强潮汐导致灾害多发;两个月亮赤纬角极小值时期和一个月亮赤纬角极大值时期组成拉马德雷暖相位时期,潮汐强度变小导致全球变暖。月亮赤纬角大约18.6年一个周期,一个拉马德雷循环56年。

1拉马德雷气象周期   

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 数据来源:公开信息整理,CFC研究

100多年来,“拉马德雷”已出现了两个完整的周期:大致为1889-1924年冷相位,1925-1945年暖相位;1946-1976年冷相位,1977-1999年暖相位。2000-至今为冷相位。当“拉马德雷”现象以“暖位相”形式出现时,北美大陆附近海面的水温就会异常升高,而北太平洋洋面温度却异常下降。太平洋高空气流由美洲和亚洲两大陆向太平洋中央移动,低空气流正好相反,使中太平洋海面降低。当“拉马德雷”以“冷位相”形式出现时,情况正好相反。1816(嘉庆)年是应该可以跟1587(万历)年都同样是我国历史上朝代由盛转衰的拐点,都处于太阳黑子极小延长期,随后农作物普遍歉收,爆发大规模的农民起义。

 

嘉庆十七年秋,大旱,禾尽枯。十八年正月朔,黄风三日。三月,麦遍生细虫,数日枯死。大旱至七月十三日始雨,尽种荞麦。九月二十日大霜,荞麦又尽枯   ——《郏县志》卷十《杂事志·灾异》


万历十四年“久旱,夏,赈直隶,河南、陕西及广西潯、柳、平乐,广东琼山等十二县饥”

万历十五年“七月,江北蝗,京师旱,大疫,秋,江南大水,山西,陕西,山东旱,河决开封”    ——《明史》


  当拉马德雷处于冷相位时,全球气温趋冷、并发现地震频率增加、地球自转加速与此相吻合。太平洋中央高空气压流流向美洲和亚洲大陆,地面低空气流则由高纬度美洲、亚洲大陆流向低纬度中央太平洋(赤道)。按笔者简单归纳表述,当气候处于冷周期时,地面低空气流由两极流向赤道气流会增强,高空气流由赤道流向两极气流增强。而气候暖周期时气流方向正好与冷周期相反。

拉马德雷冷相位时气候冷周期来临,大气气流循环为什么会改变呢?气流之所以流动,是因为高压流向低压结果。气流循环改变无非是两地气压发生了相反方向改变,而决定两极地面低空气压大小则是由气温决定的,如冬季极地气温低,决定了两极冬季气压高,于是也就决定了冬季极地地面低空气流流向赤道方向,之所以冬季极地气压大于赤道,是因为冬季低温下水汽蒸发小导致了赤道上升气流气压小于极地下沉气流气压的结果;故极地与赤道气压大小归根结底是由气流上升与下沉双方气压高低来决定的。当全球下沉气流主导气候的时候,两极地面下沉气流气压显著上升,于是由两极流向赤道低空气流自然就增强了,大气循环就这样打破改变了。

1拉马德雷气象周期成因   

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数据来源:公开信息整理,CFC研究


  又是什么因素主导了下沉气流的增强呢?笔者认为:其一、当大气水汽、尘埃自然积累量大于大气负荷量时,大气产生气流下沉相对增加。其二、大级别火山突然喷发会增加大气尘埃,尘埃的降落及其形成水汽凝结核增多,无疑会增加雨水降落及其冷气流的下沉。其三、天体碰撞会突然大幅度增加大气尘埃,因而会瞬间增加气流下沉,立即产生气温突然下降,但此现象发生几率很小,与拉马德雷短周期性冷相位发生无关。其四、太阳黑子及其太阳风粒子与大气物质撞击,降低了高空大气环流速度。如果高空大气环流速度越快,那么漂浮于大气物质的重量可以越高,如果环流速度降低、意味着原来同等质量大气漂浮物产生坠落,而正是太阳黑子活动高峰期形成的强大太阳风粒子冲击大气环流,导致了环流速度降低,从而导致了漂浮于大气尘埃、水汽更加容易坠落,使得水汽分子漂浮空间压缩、聚集密度增加成为饱和水汽。其次太阳风粒子电离,使得带极性物质更容易成为水汽凝结核,形成雨滴。另外太阳风粒子撞击、紫外线辐射量增加提高了高空大气层温度、大气物质分子获得更多自由运动能量,增加环绕气流阻力,从而共同推动了气流下沉。凡是气候冷周期降临,都可以让我们直观感受到大气透明度增加、天空逐渐变蓝、光辐射增强、温差增加和我国南方夏收作物、小麦产量显著增产现象。---发生这一现象背后直接原因就是大气水汽减少的结果。而推动水汽减少的动力就是促使气流下沉因素。

  太阳黑子高峰期说明太阳光辐射能量增加,地球接受到的热量应该增加,应该是气候暖周期,而自然界往往是以人们意想不到方式假象出现的,它是以气流下沉方式,以高空冷气流与地面热量加快交换方式导致了地表气温下降,而并非是整个地球接受光辐射能量减少,所以气候冷周期背后隐含着、一旦气流下沉减少,气候暖化迅速到来,露出它的本来面目、并延续上一轮暖化。真正气候冷期应该是拉马德雷暖相位下的太阳黑子长期低值,暖相位下才能使得大气水汽含量逐渐上升,云系覆盖、厚度才能增加,辐射到地面的光辐射强度才能降低,产生地面低温。例如1645-1715年期间蒙德极小期、70年间太阳很少有黑子,被称之为“小冰河期”。黑子低值期降雨量反而减少,因为水汽漂浮于大气时间延长、云层覆盖、厚度增加。

  由于拉马德雷现象发现于1996年,至今也是仅仅是靠推测确定100多年来发生两个完整周期,有限周期次数,无疑给理论分析验证带来困难,但即便是如此,仍然还是可以窥见到太阳黑子对拉马德雷冷相位的高正相关蛛丝马迹。

  拉马德雷冷相位1947-1976年期间产生黑子总数2289,平均每年黑子数76.3个;与此相对应暖相位1977-1999年发生黑子总数1065.5,平均每年黑子46.3个。1925-1945年暖相位,平均每年发生黑子49.3个。可见正常冷相位期间发生每年黑子数显著高于暖相位平均数(47.8)、多出28.5个。但1889-1924年冷相位期间发生黑子数、平均每年只有36个,比暖相位还低,但为什么还是产生了理论上的拉马德雷冷相位气温下降呢?原来18838月,印尼喀拉喀托火山发生了等级为6级的大爆发,产生的能量是规模最大的氢弹试验的26倍。喷发是如此的剧烈,连3500公里外的澳大利亚和4800公里外的罗德里格斯岛都能听到声响。这次火山喷发直接导致13公里外的塞贝西岛没有任何生还者。如同以往大级别的火山爆发一样,喀拉喀托火山喷发也对全球气候造成了巨大影响,鲜艳的红色日落被全球各地的人们所见证(大气弥漫火山灰结果),全球气温下降,其对气候的干扰达5年之久(1888年日本的盘梯山发生火山喷发)。由此可见,火山喷发立即导致了气流下沉,推动了气候降温提前到来;即便不考虑火山喷发,如果采用两个冷相位发生黑子数平均数与两个暖相位平均数相对比,那么冷相位平均每年黑子活动数56.2个,仍然比两个暖相位黑子平均数47.8个,多出8.4个。由此不难看出,决定大气循环改变的拉马德雷冷相位驱动力是气流下沉主导的结果,而气流下沉周期开始则是由太阳黑子活动平均数和火山喷发、大气尘埃量与大气水汽相对湿度决定的水蒸气上升气流气压较量结果。

  拉马德雷冷相位(气候冷周期)为什么火山地震频率上升呢?因为冷相位期间大气透明度增加、大气漂浮物降低,增加了太阳、月球对地球引力穿透力。其二、大气、洋流循环改变,破坏了地球原来重力平衡。其三、地球自转加快,增强了地球离心力。其四、地球地表气温降低导致低空西风带扩展和西风速度加快(冬季西风带速度大于夏季),离心力增加减轻了地壳重力。也正是得益于这一点,使得地球自转加快(增加西风向东的摩擦力)。其五、干旱增加、水汽量减少降低地表低空热量扩散,更加容易形成相对封闭气团;大气湿度低提高水汽蒸发,造成台风旋转涡流、海洋涡流增多,旋转涡流形成的上升真空动能减轻了海洋、地表对地壳压力。

  由于拉马德雷冷相位,形成的低空气流由两极向赤道方向的增强,故阻挡了赤道、低纬度海洋暖湿气流向北流动驱动力,导致了我国南方降雨量增加,而北方则相反,所以我国南方降雨量与太阳活动黑子数成正相关,北方黄河流域呈负相关(我国著名科学家竺可桢研究发现)。极端气候发生也与活动黑子数呈正相关。

“拉马德雷”现象以“暖位相”形式出现时,北美大陆附近海面的水温就会异常升高,而北太平洋洋面温度却异常下降。那是因为暖相位时地面低空气流是由赤道低纬度海洋暖湿气流向高纬度传递热量方式流动为主,又由于陆地春夏秋季气压小于海洋气压,所以暖湿气流流动线路主要以北美、亚欧大陆低气压线路为主,故北美大陆附近海面水温在低纬度气流热量补充下会异常升高,而缺乏暖湿气流热量补充下的的北太平洋水温会异常下降。

2000年开始,地球已经进入新一轮拉马德雷冷相位时期,2007年开始,太阳黑子极小值再次进入延长期。拉马德雷冷相位时期,特大强震、严重低温冻害、异常旱涝、强风海啸时空有序发生,形成灾害链。2004年底的印尼地震海啸、频发的7级以上强震、火山喷发正在警示人类。1889年以来,全球大于等于8.5级地震共22次,其中冷相位时期1889-1924年发生6次,1946-1977年发生11次,2000年后已发生4次。此外,1995年之后飓风显著转入高活动期。强震频发和低温冻害有很好的对应关系,曾任中国科学院兰州地球物理研究所地震室副主任的郭增建提出了“深海巨震降温说”,这是一种合理的解释:海洋及其周边地区的巨震产生海啸,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,从而使地球降温近20年。 

21890年以来特大地震和PDO冷相位对应关系

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数据来源:公开信息整理,CFC研究

 20世纪80年代以后的气温上升与人类活动使二氧化碳排放量增加有关,同时这一时期也没有发生巨大的海震。根据郭增建的理论,2005年全球气温将因为印尼地震海啸而降低。客观实践已经做出了公平的检验。世界都公认1998年为人类有记载以来最热的一年,西方科学家也承认了这一客观事实:自然气候的变化抵消了全球气候变暖效应并将继续促使气温在2008年保持缓慢变化的趋势,2008年是近十年最冷的一年,2005年也没有突破1998年的高温纪录。

 

2004-2010年灾害链——草木摇落露为霜

20041226日发生印尼特大地震和海啸;2005829日卡特里娜飓风登陆美国几乎把整个新奥尔良变成了一个大水库;2005年和2007年印尼发生了两次8.5级以上地震;20081月中国南方发生罕见冰雪冻灾;20085月热带风暴袭击缅甸和四川汶川8级地震发生;2009年发生厄尔尼诺事件;20101-3月低温暴雪袭击北半球;227日智利发生8.8级地震。

3气象周期与灾害链

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数据来源:公开信息整理,CFC研究

 

拉马德雷周期与尼诺周期的伴生

 

4:1910年以来拉马德雷对尼诺周期的孕育关系

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数据来源:Wind,CFC研究



在冷相位时期拉尼娜发生的频次和剧烈程度显著更高,1917年,1973-1974年,2010-2011年都发生了非常严重的拉尼娜现象。而近期最印象深刻的厄尔尼诺发生在1982-1983年和1997年,处在暖相位中。

 

地球的冷源在哪里——水声冰下咽,沙路雪中平

     海水因为含有平均近3.5%的盐分,所以它的最大密度约出现在-2摄氏度左右,恰好与海水开始结冰的温度接近。两级临近结冰的海水密度最大,源源不断沉入两级海底,自转离心力使较重的海水向赤道海底运动,形成全球巨厚的海底冷水层。由于这个区域收不到太阳辐射,“冷”被冰封在海底。赤道海水表层热水在上而冷水在下,垂直方向只有热传导而没有热对流。这个过程被称作海底藏冷效应。有证据表明,随着热幔柱喷发强度的减弱,近一亿年间海底地层水冷却了15摄氏度,大气冷却了10-15摄氏度。目前海洋底层温度仅为2摄氏度,是地球气候的冷源。

 

潮汐周期与太平洋十年周期

2000Keeling提出,强潮汐把海洋深处的冷水带到表面,使全球气候变冷,形成全球气候波动周期大约为1800年。在15世纪小冰河期时期,潮汐强度为最大值,以后开始减弱,下一个最大值会发生在公元3100年。

此外潮汐的高低还有200年左右的明显周期变化,其中1425年、1629年两次峰值对应小冰河时期。1770年的峰值对应18世纪的低温,1974年的峰值对应20世纪气候变冷。特别是潮汐54-56年的周期(与太平洋十年涛动的50-70年周期对应),在全球气候变化中有非常明显的作用。


来自学术界的WARNING:

在2000-2030年拉马德雷冷位相头17年,9级以上大地震频发,大约平均4年一次。从现在到2030年,全球灾害会比较频繁,历史会让我们汲取经验。 


参考文献:

1.杨学祥。灾害链规律不容忽视。文汇报。科技文摘专刊(第683期)。2008年3月2日第五版。http://whb.news365.com.cn/kjwz/200803/t20080302_1777631.htm。

2.杨学祥,杨冬红.全球进入特大地震频发期.百科知识2008.07上,《百科知识》2008/07上,8-9.http://www.jllib.cn/library/magazine/20080707k.htm。

3.杨学祥,杨冬红。地震、海啸、低温和流感:灾害链的变化趋势。生命与灾害,2009,(11):4-7.。

4.刘洪宇。对话杨学祥地球在瘦身吗。辽宁日报,2009年11月12日A06版访谈。http://news.lnd.com.cn/htm/2009-11/12/content_908356.htm。

5.杨学祥、杨冬红。4种原因可能是祸首。新文化报,2010年1月6日(第5版)。http://enews.xwhb.com/html/2010-01/06/content_144259.htm。

6.杨学祥,杨冬红。拉马德雷冷暖位相转换说值得研究。日期:2010-01-12来源:文汇报。12版:科技文摘。http://wenhui.news365.com.cn/kjwz/201001/t20100112_2587807.htm。

7.杨冬红,杨学祥。流感世界大流行的气候特征。沙漠与绿洲气象。2007,1(3):1-8

8.杨学祥,杨冬红.2010年和1957年的相似潮汐条件和相似灾害.发表于2010-5-1913:28:46科学网。http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=326242。

9.李珉琦.2030年前全球灾害会比较频繁(组图).2010-07-1701:26:00来源:新文化报(吉林)http://news.163.com/10/0717/01/6BOP2F8H00014AED.html。


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1 周少祥

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