自然与人-25.6   厄尔尼诺现象成因的机理分析

李开乐

    摘要：当发生非规则性的地转速度突减过程时，最主要的情况是，就像刹车之后车上人因惯性会往前倾倒一样，海流发生了混乱。形状有如弯月形的南美洲西海岸，又特别阻挡着向东涌来的温暖西海水，于是海平面高度和海温都升高了，厄尔尼诺现象就出现了。
    当然，“自然与人-25.5”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“自然与人-24.2～24.8”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只是很小的一部分，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正好与其相适应，因此也不变，从而海流的基本模式也会相对稳定。可是，从“自然与人-25.3～25.5”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。此时，赤道带的暖海水当然会自觉地向两极方向分流一些，而高纬地区的冷海水从海底向低纬度地带的输送也会减慢一些。按理说，经过了海水的这些自觉地调整之后，扁圆球形海平面的扁率应该会较快的重新适应过来。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叠加到原来的速度上而使海水更加向东流去。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，于是海平面的高度就升高了。
    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19.5-1、19.5-2）。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。