太陽(yáng)活動(dòng)和厄爾尼諾對(duì)氣候的影響

上海市奉賢區(qū)氣象局 顧品強(qiáng)

太陽(yáng)活動(dòng)和厄爾尼諾對(duì)氣候的影響

上海市奉賢區(qū)氣象局 顧品強(qiáng)

今年以來(lái)，世界多地出現(xiàn)高溫?zé)崂恕⒏珊?、暴雨洪澇、?qiáng)臺(tái)風(fēng)、龍卷風(fēng)等極端天氣氣候事件，并紛紛將始作俑者指向了厄爾尼諾現(xiàn)象。7月一則“2030年后，太陽(yáng)會(huì)休眠，地球可能進(jìn)入小冰河期”的報(bào)道更是被社會(huì)各界廣泛關(guān)注，甚至有人將歷史上“小冰河期”的發(fā)生與朝代興衰更替作“夸張”聯(lián)想。因此，在當(dāng)下科學(xué)認(rèn)識(shí)、順應(yīng)和降低自然界可能面臨的氣候風(fēng)險(xiǎn)是人類尤為緊迫的任務(wù)。

太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)氣候的影響有多大

人類在170多年前，首次發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)活動(dòng)存在周期約為11年一個(gè)輪回的變化規(guī)律，以1755年作為第一周期開(kāi)始，至2015年為第24周期的峰年。歷史上1645～1715年的70年間，太陽(yáng)活動(dòng)減少，導(dǎo)致太陽(yáng)輻射減少，地球由此經(jīng)歷所謂“小冰河期”，且剛好對(duì)應(yīng)了歐洲和北美洲以及世界上大部分地區(qū)最冷的時(shí)期，因這一現(xiàn)象由19世紀(jì)末英國(guó)天文學(xué)家蒙德發(fā)現(xiàn)，故史稱“蒙德極小期”。英國(guó)科學(xué)家扎爾科瓦于2015年7月提出的“2030年后，太陽(yáng)會(huì)休眠，地球?qū)⒋蠓禍兀赡苓M(jìn)入小冰河期”指的就是這種景象。其主要根據(jù)是他們發(fā)現(xiàn)并研究了太陽(yáng)內(nèi)部和表面兩種不同的磁場(chǎng)波動(dòng)，并由此建立了新的太陽(yáng)活動(dòng)預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)在2030年左右太陽(yáng)活動(dòng)將減少60%，地球氣溫將接近1645年的“小冰河期”。限于人類于1975年才有完整的太陽(yáng)磁場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，無(wú)法猜測(cè)具有很長(zhǎng)時(shí)間尺度的太陽(yáng)活動(dòng)與幾十年時(shí)間尺度的“小冰河期”之間會(huì)有因果關(guān)系，目前科學(xué)界雖然肯定太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)地球氣候的長(zhǎng)期影響存在，但在學(xué)界一直存在爭(zhēng)議，對(duì)其影響有多大、機(jī)理等還停留在初步水平，并沒(méi)有形成完善的理論描述，大多數(shù)學(xué)者都是通過(guò)對(duì)事件比對(duì)或相關(guān)性的角度進(jìn)行的一些猜想、推論，其因果關(guān)系難以確定。一般認(rèn)為在太陽(yáng)活動(dòng)的單數(shù)周期，氣候由冷轉(zhuǎn)暖，而雙數(shù)周期則由暖變冷。從上海1873年以來(lái)的年平均氣溫的歷年變化來(lái)看，僅在少數(shù)太陽(yáng)活動(dòng)周期存在溫度和太陽(yáng)活動(dòng)的這種對(duì)應(yīng)關(guān)系，但自20世紀(jì)80年代后期開(kāi)始的氣候變暖事實(shí)已無(wú)法說(shuō)明太陽(yáng)活動(dòng)在氣候變化中所起到的影響和貢獻(xiàn)。

不妨以歷史上“小冰河期”重要依據(jù)之一的“蒙德極小期”為例，1645年到1715年太陽(yáng)活動(dòng)的減弱只使地球平均氣溫下降了大約0.3℃，比整個(gè)20世紀(jì)的平均溫度低0.5℃，若與較暖的20世紀(jì)后30年的平均溫度相比則低1℃。既是處于小冰期，其變冷程度各地并不一致，對(duì)旱澇反應(yīng)也不一樣。實(shí)際上自人類有氣象觀測(cè)記錄以來(lái)，在太陽(yáng)活動(dòng)的20、21周期（大致為1960年代中期到1980年代中期）也曾發(fā)生過(guò)“年代際”的全球變冷，比如這兩個(gè)周期的奉賢區(qū)年平均氣溫均為15.4℃，與第22～24周期相比其偏低幅度為0.5℃～1.1℃，奉賢1959年以來(lái)57年間的極端最低氣溫-10.1℃記錄就是在那個(gè)時(shí)期（1977年1月31日）創(chuàng)造的，導(dǎo)致當(dāng)年柑橘遭受嚴(yán)重凍害而大多絕收；隨后1980年、1981年因后季稻秋季低溫開(kāi)始期分別大幅提早至9月19日和9月10日，為57年間最早的兩年，導(dǎo)致水稻“翹穗頭”，空秕率大增，造成這兩年的后季稻單產(chǎn)量分別比1979年大減45.9%和43.4%，一年種植三熟熱量偏緊問(wèn)題引起關(guān)注，以致在1980年代中期開(kāi)展耕種制度“三熟”改“二熟”的調(diào)整，以緩和熱量和季節(jié)矛盾。因此，屆時(shí)太陽(yáng)輻射正如推斷的“小冰河期”到來(lái)，也就意味著某一時(shí)期出現(xiàn)降溫變冷，會(huì)對(duì)人類造成的影響，在農(nóng)業(yè)上一些喜溫類作物和生長(zhǎng)季長(zhǎng)的高產(chǎn)品種受災(zāi)的可能性增大。但以目前的科技水平和防災(zāi)能力，加上溫室效應(yīng)的存在和加劇趨勢(shì)，氣候變暖整體趨勢(shì)并沒(méi)有改變，“小冰河期”影響也不會(huì)有那么明顯，應(yīng)該不用十分擔(dān)心。

厄爾尼諾現(xiàn)象對(duì)氣候的影響大嗎

厄爾尼諾（El Nino）現(xiàn)象其氣象學(xué)定義是赤道中東太平洋海溫異常增暖現(xiàn)象，當(dāng)海水表面溫度高于常年同期0.5℃以上且持續(xù)6個(gè)月以上就確認(rèn)為厄爾尼諾事件，形象地講，就是在大海出現(xiàn)的階段性類似于人類的感冒發(fā)燒現(xiàn)象，即傳統(tǒng)的海洋與大氣之間能量交換和溫度分布發(fā)生變化，導(dǎo)致太平洋沿岸國(guó)家或地區(qū)氣候異常，故有人將厄爾尼諾事件稱為“暖事件”；與增暖相對(duì)應(yīng)的拉尼娜（La Nina）現(xiàn)象則是指上述洋面上水溫異常變冷的現(xiàn)象，也稱“冷事件”。厄爾尼諾平均3到4年會(huì)出現(xiàn)一次，2015年厄爾尼諾始于2014年5月，目前厄爾尼諾已達(dá)到中等強(qiáng)度，能否達(dá)到強(qiáng)厄爾尼諾水平還具有不確定。過(guò)去100年來(lái)一共只出現(xiàn)了3次“超級(jí)厄爾尼諾”，分別是1972年～1973年、1982年～1983年、1997年～1998年。比起厄爾尼諾引起單純的氣溫變化，極端天氣更容易引發(fā)危險(xiǎn)。1972年厄爾尼諾導(dǎo)致世界范圍大旱，糧食大量減產(chǎn)，水資源嚴(yán)重匱乏；1983年厄爾尼諾反常地引發(fā)美洲冷水魚(yú)荒，澳大利亞異常干旱，秘魯、烏拉圭洪水泛濫；1998年爆發(fā)的50年來(lái)最強(qiáng)厄爾尼諾導(dǎo)致我國(guó)長(zhǎng)江流域發(fā)生特大洪災(zāi)，這些災(zāi)害都與厄爾尼諾相伴而來(lái)。但每次厄爾尼諾發(fā)生時(shí)間（季節(jié)）、位置、強(qiáng)度及持續(xù)時(shí)間都不盡相同，因而其可能伴隨出現(xiàn)的災(zāi)害類型、強(qiáng)度及發(fā)生時(shí)間（包括滯后性、時(shí)間長(zhǎng)度）和所波及的區(qū)域都是不確定的，就是說(shuō)具體對(duì)一個(gè)地區(qū)，每次厄爾尼諾發(fā)生所帶來(lái)的極端天氣災(zāi)害也各不相同，其影響概率有時(shí)并不比同類災(zāi)害氣候概率高多少。以21世紀(jì)以來(lái)上海地區(qū)的高溫、降水量為例，年高溫日數(shù)超過(guò)30天的偏多年份有5年，均發(fā)生在非厄爾尼諾年；在汛期降水量偏多的年份中則大多發(fā)生拉尼娜年和非厄爾尼諾年，汛期降水較少年份與厄爾尼諾年沒(méi)有明顯的對(duì)應(yīng)關(guān)系，臺(tái)風(fēng)影響的次數(shù)及強(qiáng)度在厄爾尼諾年沒(méi)有顯示增多和增強(qiáng)趨勢(shì)。據(jù)此大致推測(cè)2015年厄爾尼諾發(fā)生年上海的氣候，即出現(xiàn)高溫日數(shù)明顯偏多的可能性不大，臺(tái)風(fēng)次數(shù)、汛期降水量則具有不確定性。總之，在科技仍在發(fā)展的今天，人們尚無(wú)法說(shuō)清厄爾尼諾現(xiàn)象與氣候變暖以及在我們身邊發(fā)生的惡劣天氣之間的確切關(guān)系，在災(zāi)害發(fā)生之前仍是一個(gè)“影響無(wú)所不在、看不見(jiàn)、摸不著、時(shí)刻須防范”的模糊概念。

太陽(yáng)活動(dòng)和厄爾尼諾有何關(guān)聯(lián)及對(duì)氣候的影響

現(xiàn)有觀測(cè)事實(shí)和研究顯示，太陽(yáng)活動(dòng)和厄爾尼諾/拉尼娜事件發(fā)生都具有周期性波動(dòng)特點(diǎn)，前者約存在11年周期（最長(zhǎng)13.6年，最短9年），后者波動(dòng)周期約為2～7年。然而眾所周知，地球距離太陽(yáng)十分遙遠(yuǎn)，太陽(yáng)活動(dòng)與厄爾尼諾之間究竟會(huì)有怎樣的關(guān)系呢？太陽(yáng)活動(dòng)最主要的表現(xiàn)是黑子和耀斑，其循環(huán)變化的周期相同約為11年，通過(guò)對(duì)某些地區(qū)太陽(yáng)輻射數(shù)量產(chǎn)生影響，使大氣環(huán)流發(fā)生變化，導(dǎo)致反常的冷暖、干濕差異，厄爾尼諾現(xiàn)象的產(chǎn)生一定程度上與此有關(guān)。太陽(yáng)活動(dòng)的強(qiáng)弱通常用太陽(yáng)黑子的多少來(lái)表示，太陽(yáng)黑子多，太陽(yáng)活動(dòng)較強(qiáng)，太陽(yáng)黑子少，太陽(yáng)活動(dòng)較弱。據(jù)研究，厄爾尼諾年的氣候概率為23%，在太陽(yáng)黑子數(shù)小于70、70～100、高于100時(shí)，厄爾尼諾年出現(xiàn)概率分別為84%、22%、4%；在黑子谷年位相前后出現(xiàn)厄爾尼諾年的概率接近80%，證明厄爾尼諾年與黑子數(shù)小于70的年份關(guān)系密切，明顯高于氣候概率，厄爾尼諾年與黑子11年周期谷點(diǎn)年位相顯示存在較高的相關(guān)性。

目前，太陽(yáng)黑子對(duì)氣候的影響研究側(cè)重于對(duì)降水（旱澇）、臺(tái)風(fēng)以及極端天氣產(chǎn)生及可能的影響區(qū)域等方面，以太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)雨量的影響為例，在長(zhǎng)江流域表現(xiàn)為太陽(yáng)黑子多時(shí)雨量多，少時(shí)則雨量少；而在黃河流域則相反，在黑子多時(shí)雨量少，黑子少時(shí)則雨量多；西南地區(qū)黑子多時(shí)，7月份雨量明顯多于常年，6月反而減少，8月則不一；在西北地區(qū)，大旱年、一般干旱在黑子谷年（厄爾尼諾事件多發(fā)生于此）出現(xiàn)較多。但總體而言這些相關(guān)性也僅略高于氣候概率。因此，太陽(yáng)黑子數(shù)的周期性變化與厄爾尼諾年雖然有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但就此認(rèn)為太陽(yáng)活動(dòng)是可以預(yù)測(cè)的，并且通過(guò)太陽(yáng)活動(dòng)規(guī)律來(lái)預(yù)測(cè)厄爾尼諾事件、地球變暖和變冷等氣候變化趨勢(shì)，難免會(huì)出現(xiàn)偏差，不應(yīng)該被過(guò)度地解讀和“夸張”，避免產(chǎn)生不必要的社會(huì)恐慌。