厄尔尼诺事件一直是近几个月来的新闻热点。这一现象,简单说来只是太平洋上层水温的升高,但它造成的影响却是全球性的,1997年下半年出现的气候反常和社会动荡都可归罪于它。有人宣称这次厄尔尼诺是本世纪中最强的一次,它预示会有更大的事件将随同天气变化而发生。那么我们怎样才能真正理解这一现象呢?
以往轨迹回顾
在一般情况下,热带太平洋西部的表层水较暖(29~30℃),而东部的水温要低得多(22~24℃)。西部较暖的水体称为太平洋“暖池",常伴有密集的降雨和大气升温。暖池较深,其温度随水深而缓慢下降,到达水面下100~200米处的温跃层后才迅速下降。东太平洋海面温度(SST)较低,是由于海底冷水被聚集到暖池的信风驱使而涌升所致。东西太平洋海面水温的梯度变化和东向的信风一起,构成了海洋-大气系统的准平衡状态。
大约每隔3~7年,这种准平衡状态就要被打破一次——这时整个太平洋水域的水温变暖,其时间可持续一年,有时更长。这就是一个厄尔尼诺事件。典型的厄尔尼诺是暖池东移,造成热带主要降水区移位,较高纬度的正常气候格局发生混乱。1982~83年,发生了当时认为是本世纪最强烈的厄尔尼诺。1986年,一次较弱的厄尔尼诺又接踵而至,一直延长到整个1987年。发生于1992年的一次强度更弱,因其持续达两年之久而并不典型。通常,厄尔尼诺过后一年左右,热带太平洋会出现与上述情况相反的更冷的状态,称为拉尼诺,其标志是东太平洋明显变冷,也伴随有全球性的气候混乱。变暖和变冷的阶段是穿插在正常的或准平衡状态中间的。
厄尔尼诺和拉尼诺都由海洋和大气准平衡状态的不稳定性造成。一次厄尔尼诺开始的标志常是西太平洋接连发生西风暴,持续时间可达1星期,使平时暖池上空较弱的东风终被取而代之。这些风暴会严重扰乱海洋上层,激发波长达数千公里的海浪向东奔驰。其主要后果倒不是将暖池的热水输送到东太平洋,而是压制了中、东部太平洋海盆冷水的涌升。这样,到了春天,东太平洋就不是正常地变冷,而是继续变暖。暖池中的热量由于不断逐年输出而不断增加,有的专家因此认为暖池是为厄尔尼诺准备了条件,西风暴则可能是促使暖池中热量释放的因素。
本世纪最强一次
今年春天,热带东太平洋以及亚热带北部出现了前所未有的海水表层变暖现象。变暖不断发展的速度超过一般的厄尔尼诺,以致到十月间东太平洋的海面水温要比正常的高53℃。这一事件很可能发展成为本世纪最强的厄尔尼诺。
早期观察到的迹象是1996年末至1997年初出现西风暴,其向东波及的范围超过正常年份,并反常地伴随传递大量的海水表层温度。此后数月中,西风暴接连进一步东侵,同时中太平洋表层水温上升。而事实上,在东太平洋海面水温上升之前,海面下的水温已在升高,1996年初出现2~3℃:的反常温度,表明西太平洋暖池的热储量正在增加。西太平洋的这种反常情况持续全年。1997年初,海面下的反常温度缓慢东移,到春天强度增加,逐渐统治东太平洋,终于夏季使海面温度也变得反常。现在东太平洋的海面水温超过9℃。
全球影响严重
厄尔尼诺导致的全球性影响通常是在澳大利亚和印尼发生严重干旱,南亚的夏季季风降雨也会减弱。而南美洲太平洋沿岸则会发生水灾,渔业资源会因富含营养物质的冷水不再涌升而消失。在厄尔尼诺直接侵害的地方,居民住房会被水淹,或毁于森林火灾,农作物和渔业也受摧残。随着厄尔尼诺的涨落,由洪水泛滥造成的水资源污染以及因蚊虫等传病媒介繁殖区域的扩大而导致的各种疾病会接着发生。通过饮水传播的疾病如肝炎、痢疾、伤寒、霍乱,通过动物传播的疾病如疟疾、登革热、黄胆病、脑炎、鼠疫、血吸虫病等,其流行周期都与厄尔尼诺有关。厄尔尼诺还会影响热带气旋,使它在大西洋的频率减少,而在太平洋部分地区的频率增加。
更有甚者,远离太平洋的热带外地区的气候,也会因热带降水区与热带外大气大范围环流之间的“远程联系”而受到影响。例如,在厄尔尼诺出现期间,加利福尼亚南部和整个美国南部的冬季风暴会大大增加。此外,这种影响还会波及全球经济:某些对厄尔尼诺敏感的商品如谷物等,将成为世界市场上的热门货;保险业也会因严重风灾发生地点的变化而受到影响。
发生几率预测
但能否说,厄尔尼诺在远离热带太平洋的世界某一地区“造成”了某一特定的气候混乱呢?对于一个不能在两个星期之前预测其每天涨落波动情况的系统,怎样才能在一个季度或更长时间以前对它产生的影响进行预测呢?答案在于气候系统的非线性性质之中——厄尔尼诺对大气本身瞬时状态的影响难以预测,它的影响却会以与大气状态有关的几率表现出来。
例如,厄尔尼诺诱发了大范围天气格局几率分布的不对称性,导致有的天气少了,有的多了。这样的格局是同西风增强的时段,或同呆滞的反气旋条件相对应的。根据气候学资料,我们就能将这些天气格局的发生同几率联系起来,从而测知,热带外地区的厄尔尼诺效应以北太平洋和北美洲为最强。
对于更远地区的天气格局,厄尔尼诺的影响在统计上一般会更弱一些,虽然并非可以忽略不计。在这个意义上,我们就不能说热带外高纬度地区特定的严酷天气肯定是厄尔尼诺造成的。然而却完全有理由问:这种天气发生的几率是否是因厄尔尼诺而增加(或减少)了。以北半球的两个地区欧洲和印度为例,今年夏季两地经受了两种不同的反常气候:中欧是洪水泛滥、连绵降雨;相反在印度这个气候肯定受厄尔尼诺影响的地区,则是季风降雨接近正常,可能发生干旱。为什么?
事实上,为时达6个月的海洋-大气整体预测确已报道了中、南欧部分地区夏季降雨超过正常的很大几率。由于这些预测也正确测出了厄尔尼诺,同时太平洋海面水温反常又在全球各地达于顶点,因此有可能认为中欧地区降雨的增加是同厄尔尼诺有关的。然而几率终究只是几率——如果今后3、4年再发生一次同样的厄尔尼诺,我们是不能肯定会发生同样长时间和同样大小的降雨的。
从“厄尔尼诺”到“拉尼诺”
1997~98年的厄尔尼诺是迄今描述得最好和模拟得最好的。“热带大气~海洋”(TAO)浮标网络首次被用来对它进行了观测,这种设施是为监测经度为135°E至95°W,以及纬度为10°N至10°S之间的大气、海洋状况而部署的。由此提供的观测资料已对成功预报目前的这次厄尔尼诺作出了贡献,并将经过进一步分析,成为测定重大厄尔尼诺的基准。
1997-98年事件的强度还会发展,并在今后几周内达到最高峰。如果真是如此,美国东南部以及秘鲁太平洋沿岸和赤道的雨量可能增加,印尼和新几内亚的干旱则会持续,澳大利亚也会有更多地区发生干旱。如果海面温度反常延续到北半球的春季,1998年夏季南亚的降雨少于平均降雨量的几率将会增大,而中欧的降雨量则可能大于平均值。
许多气候模型还预测太平洋将在1998年晚些时候进入相反的拉尼诺时期。这些预测能否成功将是对新一代预报模型的一次考验。如预报成功,将使我们有信心去利用这些模型以对付另一项重大的挑战——对于人类对地球气候造成的影响进行定量预测。
[Nature,1997年12月11日]