3．4 海—气相互作用与厄尔尼诺—拉尼娜现象

    （1）海—气相互作用

    海—气相互作用是海洋—大气相互作用的简称。指海洋与大气密迩相接、互相影响、互相制约、交替耦合、彼此适应的作用。辽阔深邃的海洋具有最大的热容量，使之成为地球上太阳辐射能的巨大储存器和地球温度的调节器。正因为此，形成的14.3℃的全球平均气温最适宜于生命体的生成和繁衍。

    地球上97.31％的水存在于海洋中，因此，海洋是地球、大气中水分的总源地。由于海洋源源不断地向大气输送水汽和潜热，促使天气系统的形成和发展，大气中云雨的形成。海洋也是气团形成和变性的重要源地。从大陆移到海面的气团，可以获得海洋的物理属性（温度、湿度、稳定度）；从海洋移入大陆的气团，将逐渐丧失海洋物理属性而获得陆地的物理属性。总之，海洋对地球气候的调节作用十分巨大。

    大气对海洋也有影响。如气流能吹动海水以形成洋流、风浪、海潮；云层能减弱海面太阳辐射，影响海面增温，进而影响海水的稳定度；大气降水的强弱、蒸发的盛衰，都会影响海水含盐的浓度；气温影响海冰；气压高低会使海水内溶解的气体（如二氧化碳、氧等）发生变化，进而影响海洋生物的光合作用和呼吸作用。

    由于海—气相互作用十分重要，理所当然地引起地球科学的高度重视。过去（20世纪50年代以前）由于科学技术等条件限制，气象观测网绝大多数设在只占地球表面积29％的陆地上，对海洋大气知之甚少。由于海洋的观测很少，特别在大洋中央及大洋表层以下各深处的观测更少，因此，对海—气相互作用的研究远不如陆—气相互作用的研究深入。随着人造地球卫星上天和大洋中设置观测网点的增多，海—气相互作用的研究才向前跨进了一大步。近几十年来，引起人们关注的厄尔尼诺—拉尼娜现象就是一个典型的例子。

    （2）厄尔尼诺—拉尼娜现象

    厄尔尼诺已成为造成全球气候异常的“罪魁祸首”，它对世界气候影响巨大。有些学者认为，它甚至超过了热带雨林被毁或温室效应的影响。1997年8月下旬在日内瓦召开的世界气候研究计划会议上，近400名各国政府决策人和大气、海洋科学家将厄尔尼诺作为主要议题。厄尔尼诺被科学家视为气候异常的重要信号，成为当今世界气候研究的主要课题之一。

    ①什么叫厄尔尼诺—拉尼娜

    厄尔尼诺一词来源于西班牙文 El Nino，原意是“圣婴”，最初用来表示某些年份圣诞节前后，沿厄瓜多尔海岸出现一支微弱且向南移动的暖洋流。后来科学上用此词表示在南美秘鲁和厄瓜多尔附近尺度为几千km的赤道东太平洋上海面温度的异常增温现象。

    在厄尔尼诺现象之后往往出现赤道东太平洋上温度异常变冷现象，过去称之为反厄尔尼诺现象，又称为拉尼娜（La Nina）现象，La Nina是“圣女”的意思。

    ②厄尔尼诺—拉尼娜出现的时间

    王绍武等人研究了过去500多年（1471～1987）的厄尔尼诺事件，在518年中共出现了100次，总发生频率为19.3％。近百年间厄尔尼诺出现频率与上述结论一致。王绍武等还指出，厄尔尼诺发生频率可能有长期变化。如以每10年发生0～1次为少发期，每10年发生3次为多发期，则少发期之间或多发期之间的时距平均都是70年。

    一次厄尔尼诺事件后，不一定会紧跟一次拉尼娜事件，如1982/1983年是一次相当强的厄尔尼诺事件，它消亡后，热带太平洋的海表温度只比正常年份稍低，并未构成拉尼娜事件。1986/1987年是一次中等强度的厄尔尼诺事件，它消亡之后却出现了一次明显的拉尼娜事件，1991/1992年出现了一次中等强度的厄尔尼诺事件，接着又在1994/1995年出现另一次中等强度的厄尔尼诺事件。1997/1998年出现强厄尔尼诺事件后紧跟着出现了拉尼娜事件。

    ③厄尔尼诺—拉尼娜现象的形成

    人们知道厄尔尼诺现象已经很久了，但至今对厄尔尼诺的形成机制还不太清楚。

    已有的研究成果认为；正常年份，赤道太平洋附近地区的环流情况是，当赤道南侧东南信风盛行时，在南美秘鲁和厄瓜多尔沿岸的冷洋流在离岸风（东南风）作用下，使沿岸一带深层的冷海水上翻，沿岸水温特别低，因此气温也很低，空气层稳定，很少降水，有利于干燥气候的形成。而在太平洋西岸的印度尼西亚和澳大利亚的东北部为东南信风的向风岸，又有暖洋流（见3．2节）经过，有利于这些地区暖湿多雨气候的形成。

    此外，在赤道地区的东西方向上还存在着沃克（Walker）环流圈。它是由于赤道地区存在大尺度的东西方向热力差异所引起的。在赤道太平洋西部的印尼群岛和马来群岛，降水丰沛，水汽凝结成云致雨时释放出大量潜热形成“热源”，而在南美西岸沿海冷海水上翻形成“冷源”。这种东西温差引起纬向产生气压差，从而形成“热源”地区气流上升，“冷源”地区气流下沉，冷源下沉气流在低空流向热源地区，热源上升气流在高空流向冷源地区，这样就在赤道太平洋上空形成沃克环流。沃克环流很弱，且常有变化。

    南美西岸冷海水上翻，再加上沃克环流下沉气流，使厄瓜多尔和秘鲁沿海岸地区气候异常干燥。而马来西亚和印厄群岛及澳大利亚东北部沿海处在沃克环流的上升区，再加上暖湿的向岸气流，使这里降水丰沛，空气潮湿。

    在非正常年份，大约每隔3～4年，最短2年，最长7年，东南信风会突然减弱，甚至会转变为西风，这时赤道太平洋东岸的冷海水上翻现象消失，赤道逆流（自西向东水流）增强，且在较大的洋面坡度作用下，有更多的暖海水输送到东太平洋，厄瓜多尔和秘鲁沿岸的冷洋流转变为暖洋流，海水温度高于多年平均值，出现正距平。据1951、1953、1957、1965、1969和1972年6个厄尔尼诺年暖期3个月平均的合成图表明，发展最盛的厄尔尼诺事件，温度正距平1℃的空间范围在赤道附近南北达15个纬度，东西达80个经度（90°～170°W），中心最高正距平在2℃以上。1982/1983年的厄尔尼诺规模更大，1℃正距平区南北近40个纬度，东西伸展120个经度（西伸到160°E）。月平均温度距平在5℃以上，秘鲁沿海更高。

    厄尔尼诺出现时，东太平洋洋面温度升高，暖洋流代替冷洋流，则气层由原来稳定变为不稳定，原来的沃克环流中的下沉气流消弱或消失，从而出现对流天气，气候由原来干燥少雨变为多雨，并且出现洪涝灾害。与此同时，赤道西太平洋地区因沃克环流中上升气流减弱或消失，再加上原来的东南信风减弱或消失，甚至变为西风，原来旺盛的上升气流则减弱，降水锐减，气候显现干燥。厄尔尼诺的出现，对世界气候有很大影响，强厄尔尼诺差不多可以影响到地球3/4面积的气候。

    巢纪平（1998）利用赤道太平洋地区的海水表层、次表层的水温资料分析1997/1998年厄尔厄诺和拉尼娜现象发现，厄尔尼诺暖水团与拉尼娜冷水团先在赤道西太平洋暖池次表层中150m深度的温跃层中形成，而在洋面毫无反映。暖水团形成后在东移过程中其强度增强，范围扩大，并逐渐上升。到东太平洋复活节岛暖水团慢慢接近海面，暖水团在海面出露就形成厄尔尼诺现象。当暖水团在西太平洋次表层中形成并东移时，紧随其后出现冷水团，并跟随暖水团东移，东移过程中其强度增强，范围扩大，逐渐上升，到东太平洋在暖水团出露和消失之后，冷水团跟随之在洋面出露形成拉尼娜现象。

    厄尔尼诺出现不仅对低纬，而且对中纬，甚至对高纬地区的气候带来强烈的影响，1982/1983年是一次相当强的厄尔尼诺事件，所造成的灾害有形损失就达数百亿美元，无形损失更是难以估量。1997/1998年是近百年来最强的一次厄尔尼诺事件，对气候造成的影响更大，如赤道太平洋东部及南美沿海地区由原来的干旱气候变为大雨，洪涝灾害发生。而西太平洋及印尼等国家干旱少雨，森林火灾蔓延。中纬度地区原来正常的气候，被旱涝灾害和风暴代替。中国也深受其害，1997年夏，江南暴雨成灾，北方则苦旱无雨；1998年夏长江、松花江和嫩江出现严重洪涝灾害，估计损失达3000亿元。

    1982/1983年和1997/1998年的厄尔尼诺事件所造成的巨大损失告诉我们，海—气相互作用巨大，应该引起各国政府首脑和科学家的高度重视。

    叶叔华（1999）认为，在太平洋西部有一个叫暖池的地方，地幔对流非常显著，地幔的温度比地面高得多，由于那里存在一个大裂缝，地幔的热气通过裂缝而散发出来，影响了海水的温度。她认为这可能是厄尔尼诺的形成原因之一。她还认为，厄尔尼诺也可能是由于地球自转速度变化而引起的，当地球自转加快时，地球内部物质向赤道处集中，造成了此处能量的富集，影响了海水温度。厄尔尼诺很可能是源于固体地球、海洋和大气的相互作用，这将是21世纪人类将要解决的难题之一。

    固体地球—海—气之间存在复杂的相互作用，厄尔尼诺对全球气候带来巨大冲击表明，地球系统各圈层不是孤立的，而要综合起来研究。