《大自然寻真》

第21章  地球自转与厄尔尼诺[18] -4

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21.4  厄尔尼诺现象成因的机理分析

    当然，21.3最后所下的结论，毕竟只是依靠资料上比较密切的直观关系而已，会不会是偶然性关系呢？更科学的态度是应该继续追根究底，了解是否有着内在的物理含义，弄清楚地转速度的突减变化是如何引起厄尔尼诺现象的。只有明白其中的机理，才算真正认识它。为了这个目的，我们必须先弄清楚海洋环流的原动力来自哪里。我们从20.2～20.4已经清楚了“地球自转与地下热能相配合在一起，是海流的原动力”。既然如此，地转速度的突减变化当然也就很容易造成海洋环流的异常，从而引起海温异常，造成厄尔尼诺现象了。

    具体地说,海水的总质量相对于整个地球来说仅是很小的一部分，所以，虽然硬壳地球转动速度的变化很微弱，其连续不停的作用累积所释放出来的能量也会给质量相对很小的海流造成重大影响。实际上，海平面的扁圆球形状是地球自转的结果，如果地球自转速度是不变的，则扁圆球形海平面的扁率也就不变，从而海流的基本模式也会相对稳定。可是，从21.3的分析可以知道地球自转的速度是不稳定的，除了长期趋势的不断减慢和规则性的季节波动之外，地转速度还呈现一些非规则性的突减过程。当这些非规则性的地转速度突减过程发生的时候，扁圆球形海平面的扁率就会突然与地转速度不相适应，显得扁率太大了，或者说球面太扁了，从而必须立即进行调整。按理说，赤道带的暖海水此时会自觉地向两极方向分流一些（有如16.2的实验2），而高纬地区的冷海水从海底向低纬度地带的输送也受到压制。经过这些调整之后，扁圆球形海平面的扁率应该会较快就被调整过来，新的相互适应理应可以很快达成。然而，海平面扁率是与海流紧密联系在一起的，两者必须一起调整，不能只从海平面扁率的角度考虑问题。

    从海流的角度考虑就复杂得多了。非规则性的地转速度突减过程的出现，必然引起整个海流的失衡而造成混乱，从而就出现了海流异常。为了容易理解，我们先简单假定在太平洋赤道地带的海水本来是与硬质海底相对静止的（实际上绝无静止状态的海水），即这些海水具有了与地球硬表面相同的围绕地轴同步转动的绝对线速度。但是，在地转速度突然减慢之后，由于惯性的关系，这些海水绕地轴转动的绝对线速度却无法也随着地转速度的减慢而立即减慢下来。因此，它们原来绕地轴转动的绝对线速度就会显得过快了，再也不能与地表面维持相对静止了，而是会相对于固定的海底向东流去。这就与我们在刹车之后，车上的人要向前倾倒的道理一样。假定了“原来海水与硬质海底相对静止”的情况发生了上面这样的变化，原来与硬质海底已经有了相对运动的实际海水同样会出现一个向东的速度分量而使海水向东流去。当然，各个纬度的海水都存在同样的问题，但因低纬度地带绕地轴转动的半径大，西水东流的情况就会表现得最为明显。形状有如弯月形向内一侧的南美洲西海岸，对那些向东涌来的西海水又正好起到了特别的阻挡作用。这样一来，在南美洲西海岸海域就造成了海水的大量堆积，于是海平面就升高了。

    在扁圆球形海平面扁率的调整中，那些由中高纬度从海底流来的冷洋流本来就已经受到了压制，此时由于低纬度海平面的升高又更受到压制了。另一方面，太平洋赤道地带平时的海水温度，本来就是明显的西暖东冷（见彩图16.5-1、16.5-2）。结果，不仅中高纬度的海底冷海水难以流过来，远离南美洲的中西太平洋赤道附近的温暖海水却源源的西水东来。所以，南美洲西海岸海域就不仅海平面升高了，海水温度也升高了，从而便出现了厄尔尼诺现象。

21.5  气候异常现象和海洋异常现象

    很多人过去听说厄尔尼诺现象是气候异常现象，这里却认为是海洋异常现象，究竟哪一个对呢？是的，到目前为止我们都只说及海洋异常现象，但我们开头也仅仅说“厄尔尼诺现象主要是一种海洋异常现象”（见21.1），在此只用了“主要”一词，并未否认也是气候异常现象。比较正确的说法应该是，厄尔尼诺现象既是海洋异常现象，也是气候异常现象，是两者同时出现的现象。为什么呢？因为地转速度的异常变化既影响海洋环流，在同一时间里也影响大气环流。海洋和大气对地转速度异常变化的响应是同时发生的，首先造成了海流和大气环流的异常，再进一步才发生海温和气候的异常。笔者认为：地转速度的异常变化才是厄尔尼诺现象的根本原因，海流和大气环流都因受到地转速度异常变化的影响而发生异常，并不是由于大气环流与海流两者之间的如何相互作用才产生了厄尔尼诺现象。

    从大气的角度来看，当非规则性的地转速度突减过程出现时，由于大气也无法立即调整到与突然减慢了的地球自转相适应的运动状态，就必然会在赤道附近的低纬度地带因惯性产生了一种相对于地面是自西向东的大气运动趋势（这种趋势随纬度增加而逐渐减小），这就将对整个大气的环流运动布局产生巨大影响。显然，这种西风趋势是一种与已经突然减慢了的地球自转速度不相适应的大气的过快运动。这时，大气当然不像海洋那样，只在某个受阻挡的地方造成海水的堆积，而是会在整个低纬度地带造成大气的堆积。也就是说，由于地球自转的突然减慢，不仅低纬度的空气绕地轴自西向东转得太快了，大气等压面的扁圆球体形的扁率也显得太大了，都再也不能适应于地球自转。这样就可能出现如下几种情况：①低纬度地带气压升高了，从而就压制了气流上升而使气温升高；②压制了高纬度地区的冷空气继续从大气底层大量向低纬度地带输送，甚至在某些经度上使地面偏南气流加强了；③低纬度地带的大气下沉或上升受压制和地面层从高纬度地区向低纬度地带输送的冷空气的减弱，也压制了上层大气从低纬度地带向两极方向的廻流，这就形成了整个大气层的相对稳定状态，从而某些地区尤其低纬度区域就必然比较闷热和干旱。

    虽然海洋和大气对地转速度异常的响应是同时发生的，但两者的情况还是有比较明显的差异。海流异常所造成的海平面升高比较直观易见，进而造成的海温升高又容易观测到，形成的后果也迅速和明显。然而，大气环流异常所造成的整个低纬度地带大气的堆积并不像海平面那样一目了然。再者，由于大气比海水相对自由得多，不像海水那样在水平方向上受到了大陆的严重隔断和阻挡，这就使大气堆积所形成的后续影响过程变得更加复杂和非常缓慢，从而气候异常的过程也会拖得很长。反过来，拖长了时间才出现的气候异常，又会使起因显得模糊不清，所以我们才会说“厄尔尼诺现象主要是一种海洋异常现象”。而且，在本章中也只能从海洋异常方面展开出来，主要讲述比较显而易见的海洋环流变化并分析它们与地转变化的关系，才能使人比较容易领会。其实，地转速度异常造成了大气环流异常从而形成气候异常，与地转速度异常造成了海流异常从而形成海温异常，其道理的实质是一样的。