厄尔尼诺的形成机制与大气环流的关系

厄尔尼诺现象产生的机制及其对大气环流的影响

李继强，14地理1班，1407079013

摘要：厄尔尼诺的形成机制受大规模的信风张弛、地球自转、海底火山喷发以及太阳黑子的影响，厄尔尼诺导致全球气候异常，引起了暴雨，暴风雪，飓风等多种自然灾害，造成人员伤亡和经济滞后，对人类的社会生活和世界经济的发展带来严重的影响。

关键词：厄尔尼诺；产生机制；大气环流

Mechanism of el nino phenomenon and its effects on

atmospheric circulation

Abstract：Trawind's relaxation of the el nino the formation mechanism of the mass, the earth's rotation, submarine volcanic eruption and the influence of sunspots, el nino causes global climate anomalies, caused the heavy rain, storms, hurricanes and other natural disasters, causing casualties and economic lag, to the development of human social life and the world economy badly hurt.

Key words：El Nino；production mechanism；general circulation of atmosphere

1 引言

厄尔尼诺在西班牙语中为圣婴的意思，是热带大气和海洋相互作用的产物，原指赤道海面一种异常增温，现在定义为在全球范围内，海气相互作用下造成的气候异常。厄尔尼诺通常造成大气环流异常，严重地影响世界各地气候，所以厄尔尼诺现象的发生，可以引起全球性的天气气候异常，造成大范围的高温与干旱，有时也可以使原本少雨的地区暴雨成灾。

2 什么是厄尔尼诺现象

厄尔尼诺已成为当今妇孺皆知的“气象怪物”，不少人对它颇有神秘之感。而厄尔尼诺一词的原意也确实给人以神秘的想象，它是西班牙语“上帝之子”或“圣婴”之意。但现在的气象上的含意已完全没有这些意思了。它表示一系列的海--气反常现象，主要有以下几方面，(1)东太平洋赤道以南海域冷水区的消失，(2)太平洋赤道地区东南信风的消失，(3)西太平洋赤道地区的热水向东部扩散，(4)由上述三种现象引起的一系列气候反常。从厄尔尼诺出现伴随的三种现象可知，在非厄尔尼诺时期应出现与上述三种现象相反的现象，即(1)东太平洋赤道以南海域有一片冷水区，(2)太平洋赤道地区吹着东南风，(3)西太平洋赤道地区堆积着大范围的热水，如能搞清这三种现象的原因，对厄尔尼诺的起因也就不难了解了。

厄尔尼诺出现伴随着的海--气异常，只是在近30年来才逐渐清楚的，最早的厄尔尼诺仅仅是与东太平洋冷水区的消失相联系。在一般年份东太平洋赤道以南海域有一大片冷水区，这些冷水是从海洋深处翻出来的，为什么这里能上翻冷水，我们下面讨论。这些上翻的冷水

带有大量的营养物，引来大量的鱼虾来这里觅食和产卵，无疑，这对当地渔民而言是丰年。冷水区一旦消失，鱼虾不来了，既使来了因水温偏高，造成鱼虾的大量死亡，这对当地的渔民来讲，无疑是灾年。冷水区的消失都开始于圣诞节前后，当地人认为，这是上帝让他的儿子给人间制造的不幸，所以把这一现象称“上帝之子”或简称“圣婴”。现在的人谁也不认为厄尔尼诺现象与上帝有什么联系，仅仅反映气象中的一些现象，或者认为是气象学中的一个具有特定含量新名词。现在人们关注的已远不是厄尔尼诺出现导致的某些现象，而是它对气候、生态可能造成的影响，更多的人在研究厄尔尼诺的起因问题。

3 厄尔尼诺的产生机制

厄尔尼诺具有区域性强，能量变化大，活动频繁、有规律(如锁相)但无严格周期等特点。厄尔尼诺的发生、发展、消亡及再现通常有一个3-7年非严格周期的循环过程。但是，20世纪90年代后，这种现象却出现得越来越频繁了。不仅如此，随周期缩短而来的，是厄尔尼诺现象滞留时间的延长。这一现象引起了科学家的注意，目前有关厄尔尼诺的起因众说纷纭。主要存在六个推测：

3.1 推测

厄尔尼诺现象是太平洋赤道带大范围内海洋与大气相互作用失去平衡而产生的一种气候现象。而引起海气相互作用失去平衡的可能原因有五种，下面将一一介绍。

3.1.1 信风张弛

通常情况，在信风的作用下热带太平洋地区会保持水位西高东低、海表温度西暖东冷。这是因为在赤道地区盛行的偏东信风作用下，在赤道大陆西岸为远离海岸的风。该风作用于海面，使得表层较温暖的海水流向大洋西侧，而大洋东侧深层较冷的海水上涌来补充表层海水的损失，形成赤道太平洋西侧海平面比东侧高的分布。从而出现赤道东侧海域水温相对较低，尤其赤道东太平洋的海水温度比类似其他地区更明显偏低的情况。另外，全球大气环流以副热带高压为中心，在北半球形成以顺时针方向偏转的大气环流系统。在这种风应力作用下，洋流自高纬度向低纬度流动，使得南美西岸盛行冷洋流，从而进一步降低了南美沿岸以及赤道东太平洋地区的海水温度。但是，信风往往会因为某种原因强度和范围发生改变。

当某种原因使得偏东信风减弱或转为偏西风时，维持赤道太平洋海面西高东低的支柱被破坏，西太平洋堆积的高水位暖海水迅速向东蔓延，使得热带西太平洋海域较正常时水位下降、暖水层变薄、海表温度降低。随着东西向海水压力差的减小，赤道潜流减弱，进而使得赤道东太平洋的涌升流也减弱；同时，向东蔓延的暖水逐步占据了赤道中、东太平洋地区，并从海面一直可以到达100米深处。因而使得赤道中、东太平洋较正常时水位上升，海表温度升高。当赤道东太平洋地区海表温度上升到一定程度时，可以认为一次厄尔尼诺事件爆发了。

3.1.2大气季节内震荡

有人认为：在海气相互作用下，赤道中、西太平洋地区的大气季节内震荡的异常加强通过减频增幅可能成为激发厄尔尼诺的重要机制之一。在厄尔尼诺发生之前，热带大气季节内振荡的动能都有异常增强；伴随厄尔尼诺的爆发，热带大气季节内振荡的动能迅速减少，而准定常系统的动能却急速增强。这种不同时间尺度大气系统动能的一消一长，反映了大气系统间能量的转换或传送特征。可初步认为，当热带大气季节内振荡出现异常发展（年际异常）后，过剩的季节内振荡的扰动动能将被传送给准定常系统，使准定常系统强烈发展，在海气相互作用下激发产生厄尔尼诺事件。

3.1.3 强寒潮

我们知道厄尔尼诺通常发生在圣诞节期间，这时候东亚处于冬季。有人推测东亚季风也就是寒潮异常可以促发厄尔尼诺的产生。当寒潮异常的活跃时，它通过行星波列不断的将能量向东南方的中、东太平洋地区，进而引起该地区偏东信风不断的被削弱，并使此地对流活动和降水加强，这种强的作用将激发30到60天的季节内振荡。这两个因素，通过海洋-大气耦合系统之间的相互作用使其不断向东扩展，最终导致了一次厄尔尼诺的发生。

3.1.4印度洋—太平洋海-气齿轮式耦合

从大气环流的角度来说，印度洋地区季风纬向环流的异常变化也可能是ENSO事件形成的一种触发机制。

3.1.5 ENSO循环理论

一次ENSO循环过程大致包括四个阶段：异常暖状态的出现和加强、异常暖状态的减弱和正常状态的恢复、异常冷状态的出现和加强以及异常冷状态的减弱和正常状态的恢复。其中，冷态和暖态的发展机理是基于海气耦合不稳定假说（正反馈机制），而冷态和暖态的恢复机理则是西边界波反射的延迟效应（负反馈机制）。

这种正反馈机制是不稳定海气相互作用，即赤道东太平洋海温增暖引起该海域中上翻流减弱及其西侧大气中纬向向东气流增强，增强的向东气流在通过对洋面的动力作用激发产生出海洋的暖性开尔文波（Kelvin waves），并向东传播；当开尔文波从西太平洋传播到东太平洋时，又会进一步使这里的海温增暖。经过如此不稳定海气相互作用，赤道中、东太平洋海温增暖强度不断加大，范围不断扩展，最终形成厄尔尼诺事件。

3.2 海底火山爆发造成了厄尔尼诺事件

科学家们推测：海底火山喷发后的喷发物和海底热液对海温都有影响。海底火山和热液使得周围海水温度升高，在其周围形成暖水团，它们沿着洋流方向移动、扩散、合并后得到加强，这样就有可能发展成为厄尔尼诺事件。

3.3 厄尔尼诺事件的发生与地球自转速度有关

根据一些资料表明，在地球自转速度发生重大变化的年份特别是地球自转变慢的年份，常常有较强的厄尔尼诺发生。地球自转速率短期的变化和赤道东太平洋海温变化呈反向相关——地球自转速率加快时，东太平洋海表温度降低；反之则会升高。当自转减速时，“刹车效应”使得赤道附近大气和海水获得一个向东的惯性力，从而造成了赤道向西的洋流和信风