最近,经常听说埃尔尼诺这一海洋学名词。那么埃尔尼诺究竟是一种什么现象呢?
去年春季的一天,在西太平洋赤道附近的一个小岛上,有一个老人像往常一样来到这一小岛,在礁石上钓鱼消遣。几小时下来,他突然发现,这一个月的风浪平静天数特别多,脚下的海水有些冷。那一天,热带地区特有的烈日暴晒头顶,虽然海水温度仅略有下降,但是,大海和天空中的某些微妙的变化却逃不过在这小岛上有过几十年钓鱼历史的老人的感觉。几个月以后,报纸上开始报道沿东太平洋赤道一带出现了异常高的海面水温,世界各地频繁发生异常气象的消息。他看了报道后,将目光转向窗外的海洋上,注视着海洋上出现的奇异景象:一般,在涨潮时沉没在海中的暗礁这一天却露出了海面,在其四周激起了层层白浪。这位老人自去年夏天至今年5月一直留心观察着这一现象,他是最早发现这次大规模埃尔尼诺现象发生前兆的人之一。
1.太平洋热带海域的海况
在说明埃尔尼诺现象之前,介绍一下埃尔尼诺现象活动的舞台——太平洋赤道海域的海流以及海面水温分布的概况。东太平洋赤道海域的海面水温低于西太平洋赤道海域,而且东太平洋赤道上的海面水温比其南北周围的还要低一些。其原因是:
(1)秘鲁寒流沿南美大陆西侧北上,其中一部从赤道附近变成南赤道暖流后向西移动;
(2)沿低纬海域由东向西吹的信风使暖水积蓄在赤道附近的太平洋西侧;
(3)相随于信风的赤道涌升(沿赤道吹东风),海水被输送到赤道南、北两个方向,下层水温低的海水涌升到海面附近的一种现象,在风强的东太平洋一侧更加活跃,等等。
这样,沿赤道自东向西吹的(东南)信风不仅成为驱动南赤道海流的动力,而且还对于热带海域的海面水温分布特征作出了重要贡献。尤其在秘鲁沿岸一带,这种信风刚好与海岸线平行,把海面附近的海水输送到风下方左侧的远海中,尔后,发生了大陆架的冷水不断涌升的现象。
其结果,即使在低纬海域,秘鲁一带海域的海面水温大多在20°G以下。从大陆架涌升的海水中含有大量磷酸盐等的营养物质,附近海域的浮游生物极为丰富,是鳀鱼(被用作家畜的饲料)食饵的天然宝库。
1970年代初,秘鲁曾以鳀鱼年产1千万吨据世界之首而引为自豪。在圣诞节前后的2 ~ 3月是鳀鱼的淡季。每年在这一季节,东南信风 · 暂时减弱,在沿海涌升现象消退的同时,从北半球越过赤道的赤道逆流系统的暖水舌流入秘鲁沿海一带,鳀鱼即迁离沿海。当地居民把这种季节性海面水温上升的现象称为埃尔尼诺(西班牙语,意为耶稣之子)。这种现象局限在很小的范围内,3月份海面水温下降,又迎来了捕鱼旺季。
但是这种高水温现象每几年就有一次异常发展。曾有人认为除了程度上的差别以外,发生这种特异现象的原因与每年1 ~ 3月的局部埃尔尼诺现象属同一性质。1960年代以后,随着广区海洋观测网的逐步建立,人们发现几年一次的特异现象不仅仅出现在秘鲁沿海,而且遍及东太平洋的整个赤道海域,并搞清了发生这种现象的原因——并非是由秘鲁沿岸附近的信风减弱这一方面的因素造成的。
现在,人们广泛议论的埃尔尼诺是指几年发生一次的大规模异常高水温现象,它不同于秘鲁沿岸—带,大致上每年发生的季节性水温上升的现象。部分气象、海洋学者将这种大规模现象叫做埃尔尼诺事件,以区别于局地性埃尔尼诺。本文专述埃尔尼诺事件(以下就称埃尔尼诺)。埃尔尼诺给洄游在秘鲁沿海的鳀鱼带来了毁灭性的打击,当地渔民对这种天灾惊恐万分。这是由于1972年的埃尔尼诺使秘鲁的鳗鱼捕获量锐减,全年的鳀鱼捕获量从1千万吨下跌到5百万吨。不仅给秘鲁经济造成了巨大损失,而且对世界饲料市场也造成了重大影响。由于该年秘鲁的鳀鱼产量直线下降,使美国的家畜饲料发生严重危机,不得不改用大豆充作家畜饲料,迫使大豆售价猛涨,日本的豆腐也随之涨价。
在本世纪中,埃尔尼诺共发生了十二次,发生年一份依次为:1925 ~ 1926,1930,1940 ~ 1941,1951,1953,1957 ~ 1958,1963,1965 ~ 1966,1969,1972 ~ 1973,1976,1982 ~ 1983。
2.东南信风与南方涛动
在太平洋赤道区域,常常出现两个大气团,其中一个是中心在南太平洋复活节岛附近的高气压,另一个是在印度尼西亚附近的低气压。在太平洋赤道附近地面,吹着与这两个气团的气压差成正比的强劲的东南信风;在太平洋赤道附近上空,气流自西向东移动,在整体上形成了一个东西环流。然而,在很早以前人们就了解到,这种状态并不是永恒不变的,每隔数年这两个气团的气压差缩小,信风和大气东西环流减弱。就是说,印度尼西亚附近的低气压和复活节岛附近的高气压的势力在同一时期增强或减弱的周期大约是3年。两者的气压痗如跷跷板一样上下浮动。沃卡把这种现象称为南方涛动(Southern Oscillation)。印度尼西亚首都雅加达和复活节岛的气压之间出现的高低悬殊关系长期持续不断,曾出现过-0.8以上的同期负相关。在大气现象中,这样高的相关关系持续数十年之久,一般地说,这两个气团之间一定存在着某种物理性相关因素。别科奈斯(1969)给出了赤道海域海面水温东西两侧差异极大的关系。一旦西太平洋区域海面水温上升,大气上升活动就活跃,附近的地面气压下降。上升气流的一部暂时移向东方,在海面水温较低的东太平洋上下降,促使附近的地面气压上升。这种地面气压差使信风得到进一步增强,东西两侧的海面水温差异越来越大,大气的东西环流也更加显著。但是,在某种原因下,一旦两个气团的气压差缩小,信风减弱,海面水温差就变小。有时,逆转之后,东太平洋一侧的水温升高。一旦形成如此海面水温分布,大气的东西环流就会越来越弱,维持着两个气团的气压差黎小的状态。
3.埃尔尼诺是怎么回事?
在信风变弱的情况下,我们来看一下太平洋赤道海域水温分布发生巨大变化的情况。如上所述,当信风强的时候,太平洋中部赤道附近的表层海水在无科氏力作用的赤道上,被输送到风下方的西侧,贮存在西太平洋海域中,西侧的海面水位也随之上升。这时,一旦由于某种原因,太平洋中部的信风减弱,堆积在西太平洋的暖水变成一种波动,开始沿赤道向东太平洋移动,约2个月以后到达中美洲西侧,不久到达秘鲁沿海大陆架。但也在这个时候在多数情况下,秘鲁沿岸一带信风势力不减。结果,在秘鲁沿海一带由信风引起的沿岸涌升流同往常一样持续不断。由于涌升上来的海水是原来处在赤道带海面附近的暖水,因而秘鲁沿岸的海面水温变得异常的高。不久,这一暖水区以每秒50 ~ 100厘米的速度向西扩展,东南信风进一步减弱,使附近的高水温现象持久不衰。随着这一暖水区西移,东太平洋谷岛屿的降水量直线上升。总之,大规模埃尔尼诺现象并不是人们原先所想象的那样,秘鲁沿海的信风减弱并非是它发生的原因,而是由离秘鲁十分遥远的太平洋中部的信风的变化所造成的。
那么,埃尔尼诺会否持续数年时间,直至信风再次增强以后才消失呢?这一问题的回答是否定的。
在一般情况下,在北半球的冬季出现信风强度减弱的现象,从冬末到初春,秘鲁沿海的水温开始升高。接着,从夏到秋,高水温区向西扩展,不久到达东经180度日期变更线附近。在这前后一段时期,可以说是埃尔尼诺的最盛期。在西太平洋,由于信风减弱等原因,沿北纬10度以南自西向东移动的赤道逆流流量大幅度增加,表层的暖水自西向东大规模移动也发生在这一时期。与此相随的以特鲁克岛为起点,西太平洋赤道附近的海面水位下降,并且从年末至翌年2月,持续保持了这种高水温状态。到了3月,海面水温很快地恢复到常年水平,经过一年之久的特异海况消失。这就是埃尔尼诺一般的过程。
但是从去年夏季开始,埃尔尼诺不仅规模大而且其时间经过也大大不同于迄今的埃尔尼诺现象,因此,埃尔尼诺这种海洋与大气的相互作用涉及到整个地球的气候变化,对全世界的气象产生了巨大的影响。
[《气象》(日),1983年7月号]