2017-2020年全球氣溫將大幅回落：關注拉馬德雷周期

2017-2020年全球氣溫將大幅回落：關注拉馬德雷周期

楊學祥，楊冬紅

拉馬德雷周期

「拉馬德雷」現象是美國海洋學家斯蒂文.黑爾於1996年發現的，在氣象和海洋學上被稱為「太平洋十年濤動」（簡稱PDOPacificdecadaloscillation）。科學研究的初步結果表明，PDO同南太平洋赤道洋流「厄爾尼諾」和「拉尼娜」現象有著極其密切的關係，被喻為「厄爾尼諾」和「拉尼娜」的「母親」。

「拉馬德雷」是一種高空氣壓流，亦稱太平洋十年濤動，分別以「暖位相」和「冷位相」兩種形式交替在太平洋上空出現，每種現象持續20年至30年。近100多年來，「拉馬德雷」已出現了兩個完整的周期：1890-1924年、1947-1976年、2000-2035年為拉馬德雷冷位相；1925-1946年、1977-1999年為拉馬德雷暖位相。

拉馬德雷冷位相時期的主要特徵是，8.5級以上強震、低溫冷害和世界流感大流行頻繁發生。

拉馬德雷冷位相與特大地震的關係

當「拉馬德雷」現象以「暖位相」形式出現時，北美大陸附近海面的水溫就會異常升高，而北太平洋洋面溫度卻異常下降。與此同時，太平洋高空氣流由美洲和亞洲兩大陸向太平洋中央移動，低空氣流正好相反，使中太平洋海面降低。當「拉馬德雷」以「冷位相」形式出現時，情況正好相反。中太平洋海面反覆升降導致地殼蹺蹺板運動，引發強烈的地震活動。全球強震也有類似的規律。

1889年以來，全球大於等於8.5級的地震共22次，在1889-1924年發生4次（國外資料2次），在1925-1945年發生1次（國外資料1次），在1946-1972年發生11次（國外資料7次），在1977-1999年發生次，在2000-2012年已發生6次（國外資料6次）。

規律表明，拉馬德雷冷位相時期是全球強震的集中爆發時期。2000年進入了拉馬德雷冷位相時期，2000-2035年是全球強震爆發時期。

「拉馬德雷」與「厄爾尼諾」和「拉尼娜」之間的關係

根據資料分析，如果「暖位相」的「拉馬德雷」與「厄爾尼諾」相遇，將使其更強烈，出現的次數更頻繁；假如「冷位相」的「拉馬德雷」與「拉尼娜」現象相遇，那麼「拉尼娜」將顯示強勁的勢頭，出現頻繁。

拉馬德雷冷位相與流感爆發的關係

在1890-1924年拉馬德雷冷位相時期，世界流感大流行發生了三次：1889年、1899-1900年、1918-1919年。

在1947-1976年拉馬德雷冷位相時期，世界流感大流行發生3次：1957-1958年、1968-1969年和1976-1977年。

在2000-2035年拉馬德雷冷位相時期發生了1次：2009年。

拉馬德雷與月亮赤緯角的關係

月亮赤緯角變化周期為18.6年，3個周期為56年，構成一個拉馬德雷冷暖位相轉換周期。

拉馬德雷周期和南極半島海冰的關係

拉馬德雷冷位相時期對應南極半島海冰面積最大值，有利於拉尼娜事件的發生和氣候變冷。

圖1 1973-1994年南極半島海冰分布

在整個中生代，全球各大陸集中在一起，形成一個幾乎從一個極延伸到另一個極的巨大的單一陸塊，這種輪廓肯定有助於周圍大洋中的高效率向極熱輸送。在南、北兩半球，一個單一的環流系統作用範圍至少達到緯度55o，以致寬闊的、深而緩慢的赤道流在穿過低緯度大於180o弧的旅途中被大大加熱。中始新世和早漸新世之間的總的溫度下降，在整個新生代都是最急劇的。這種下降被認為由如下原因引起：1）德雷克通道和塔斯馬尼亞以南的通道開始為全球循環和氣候上隔離的環極流打開了通路；2）由於澳大利亞-新幾內亞向北移動，吸熱的赤道水面積縮小；3）特提斯海關閉，不能使赤道環流通過[1~7]。

Van Andel等人（1975）在分析了太平洋所有不整合之後提出，德雷克通道的打通可能形成了環極流，並隔斷了對南極洲的向極熱輸送，因而產生了冰架和冷的底水[3， 7]。對第三紀早期普遍變冷起作用的明顯構造事件是巴拿馬地峽的封閉，因而限制了大西洋與太平洋之間赤道水體的交換[3， 4]。同理，德雷克海峽被擴展的南極冰蓋封閉，導致氣候上隔離的環極西風漂流帶的消失，加強赤道熱流向兩極的輸送，使擴展冰蓋趨於消失。這是南極冰蓋不能擴展成南半球大冰川的一個重要原因[8]。

圖2全球氣候的三個海冰啟動開關示意圖

Fig2 Sketch map of threesea-ices switches for global climate

既然德雷克通道在中周期和長周期的氣候變化中起決定性的作用，那麼在短周期的氣候變化中，德雷克海峽中的海冰進退關係重大。一個可能的模式是：南極半島海冰增多使西風漂流在德雷克海峽受阻，導致環南極大陸水流速度變慢和南太平洋環流速度變快，部分受阻水流北上，加強秘魯寒流，使東太平洋表面海水變冷，加強沃克環流，增強赤道太平洋熱流與南極環流的熱交換，增溫的南極環流使南極半島的海冰減少；南極半島的海冰減少使德雷克海峽水流通量增加，導致環南極大陸水流速度變快和南太平洋環流速度變慢，部分本應北上的水流轉而進入德雷克海峽，使秘魯寒流變弱，使東太平洋表面海水變暖，減弱沃克環流，使堆積在太平洋西部的暖水東流，減弱赤道太平洋熱流與南極環流的熱交換，降溫的南極環流使南極半島海冰增加。這就是德雷克海峽的海冰變化調控全球氣候變化的機制，我們稱之為南極環大陸海冰的氣候開關效應（圖4）[8]。

當南極洲的溫度變冷時，存在很多海冰的德雷克通道處於封閉狀態，阻塞環南極大陸海流，加快南太平洋環流，並從向極方向連接南極洲熱輸送，因而使南極洲變暖；當南極洲的溫度變暖時，存在很少海冰的德雷克通道處於開放狀態，打通環南極大陸海流，減慢南太平洋環流，並從向極方向隔離南極洲熱輸送，因而使南極洲變冷。如圖2所示，非洲海冰開關，澳大利亞海冰開關，以及德雷克海峽海冰開關控制了環南極大陸海流，並從向極方向隔離或連接向南極洲的熱輸送，因而增加或減少在非洲、澳大利亞和南美洲西部的海洋寒流流量。因此，南太平洋海溫的增加和減少在環南極三個「海冰開關」的控制下不斷交替發生，與南太平洋環流速度減慢與增加相對應。

120oW ~60oW南極海冰，即東南太平洋的海冰，主周期為120個月，次周期分別為48、26.7和20個月。全南極海冰主周期為60個月，次周期為21個月。南印度洋範圍（0oE ~120oE）和東南太平洋範圍的南極海冰的變化主周期分別是80個月和120個月，但都有顯著的48個月的次周期。這個周期與赤道中東太平洋的海溫變化周期大致相同[9]。因為環南極海冰變化和太平洋海溫都具有準兩年周期，所以厄爾尼諾熱事件和拉尼娜冷事件應該與海冰變化引起的赤道海洋表面溫度兩年周期變化一一對應。

2014年南極海冰結冰量創40年新高使預期強厄爾尼諾受阻

2014年10月14日鳳凰科技訊科學日報報道，近日消息稱今年南極洲的海冰結冰程度創了新的記錄，相比科學家們自20世紀70年代晚期開始進行的海冰結冰程度長期衛星記錄相比，今年的海冰覆蓋了更多南部海洋。然而，南極洲這一上升趨勢只相當於北冰洋海冰丟失程度的1/3。

自20世紀70年代晚期以來，北極每年丟失了53900平方千米的冰；南極每年增加了18900平方千米的海冰。今年9月19日，自1979年以來南極洲的海冰結冰區域首次超過了2000萬平方英里，根據國家冰雪數據中心（NSIDC）這樣顯示。這一基準的結冰程度持續保持了幾天。1981年至2010年間平均最大的結冰範圍為1872萬平方千米。

今年單日最大結冰量發生在9月20日，據國家冰雪數據中心的數據顯示。在這一天海冰覆蓋面積為2014萬平方千米。今年五天平均最大結冰量發生在9月22日，海冰覆蓋了2011萬平方千米。

表1 1999-2016年南極海冰變化與厄爾尼諾事件

新華社華盛頓1月18日電（記者林小春）美國兩大政府機構18日各自發布的報告顯示，2016年是現代歷史上最熱的一年。這意味著全球年平均氣溫紀錄連續第三年被刷新，反映了由人類排放溫室氣體導致的全球氣候持續變暖的長期趨勢。

美國國家海洋和大氣管理局發布的報告顯示，2016年全球平均氣溫為14．84攝氏度，比20世紀平均水平高出0．94攝氏度。這是自1880年有氣溫統計以來的最高紀錄，比上一個最熱年份2015年高出0．04攝氏度。

報告寫道：「21世紀以來，全球年度（平均）氣溫紀錄已被打破5次，分別是2005年、2010年、2014年、2015年和2016年。」

從海冰面積看，北極2016年平均海冰面積為1015萬平方公里，是有史以來最小值，延續了近年北極海冰年平均面積不斷萎縮的趨勢。南極全年平均海冰面積1116萬平方公里，僅多於1986年，列史上第二低。

拉馬德雷冷位相與低溫凍害的關係

在1947-1976年拉馬德雷冷位相時期，中國東北嚴重低溫冷害發生5次（1954年、1957年、1969年、1972年、1976年）。

在2000-2035年拉馬德雷冷位相時期，發生了2010年1月中國南方罕見冰雪凍災和2016年1月北半球超級寒流。

從圖3中可以看到，長江中下游冬季最大連續冰凍天數超過4天次數共8次，1955年（拉尼娜年）、1957年（厄爾尼諾年）、1964年（拉尼娜年）、1969年（厄爾尼諾年）、1972年（厄爾尼諾年）、1977年（厄爾尼諾年）、1984年（拉尼娜年）、2008年（拉尼娜年），與PDO冷位相時期對應，有8年的滯後期。

圖3長江中下游冬季最大連續冰凍天數歷年變化（據丁一匯，2008）

圖4 1880-2016年全球氣溫變化與拉馬德雷周期的關係

2014-2016年連續三年最熱新紀錄是百年難遇的特殊事件

對比圖4和表2可以看到，極強厄爾尼諾、南極半島海冰最小面積和月亮赤緯角最小值三者疊加是最熱年連續三年發生的原因，這樣的疊加百年難遇。另一個重要特徵是，峰值和谷值相間發生，特別是連續三連冠之後，峰谷波動的幅度更大。這預示2017年變冷可能性變大。單憑溫室氣體無法做出準確的判斷，也無法解釋氣溫的波動。

2023-2025年為月亮赤緯角最大值時期，2023年可能發生拉尼娜事件，2014年南極海冰面積可能達到最大值（根據南極海冰變化10年周期），所以，2023年可能取得最冷年新紀錄。2020年太陽黑子超長極小期將增強全球氣候的變冷強度。

表21880-2016年最熱年、厄爾尼諾、月亮赤緯角最小值的對應關係

2016年和1998年最熱條件比較

1995-1997年和2014-2016年都為月亮赤緯角最小值時期；1997年和2015年都發生了超強厄爾尼諾事件；1998年和2016年都發生了南極半島海冰異常減少事件。1998-2000年和2016-2017年都發生拉尼娜事件。

1999-2012年全球變暖進入一個相對停滯時期，2017-2025年將重複相同的變化過程。

附加條件是：2020年太陽黑子進入低值時期和日地距離進入最大值時期。

根據南極海冰顯著的120個月的周期，南極海冰異常增加將發生在2024年前後，增強預測中的拉尼娜事件，配合2023-2025年月亮赤緯角最大值，將導致全球氣溫進入低值時期。

1997-1998年20世紀最強厄爾尼諾發生後，根據日食-厄爾尼諾係數理論預測的2000年強厄爾尼諾被推遲到2002年發生，代之而起的是1998-2001年超長的拉尼娜事件，並伴隨全球變暖的十年停滯。同樣，預測中的2018年厄爾尼諾也可能被推遲，2017-2019年超長拉尼娜發生的可能性很大，變冷是今後三年的主要趨勢。

圖5 1900-2100年全球氣溫變化與拉馬德雷周期的預測

根據拉馬德雷周期的預測：2017-2020年全球氣溫將大幅回落，迅速變冷。

參考文獻

1.Frakes. L.A. and Kemp， E.M.， 1972. Influence ofcontinental positions on Early Tertiary climate. Nature， 240: 97~100.

2.Frakes. L.A. and Kemp， E.M.， 1973. Palaeogenecontinental positions and evolution of climate. In: D.H. Tarling and S.K.Runcorn （Editors）， Implications of Continental Drift to the Earth Sciences， 1.Academic Press， London，pp. 539~559.

3.Frakes， L. A.， 1979. Climatesthroughout geologic time. Elsevier Scientific Publishing Company， Amsterdam—Oxford—New York， pp. 182， 192，200， 223， 315.

4.Kaneps， A.， 1970. Late NeogeneBiostratigraphy （Planktonic Foraminifera） Biogeography and DepositionalHistory. Ph. D. Dissertation， Columbia University， New York，N.Y.， pp. 299~328.

5.Kennett， J. P.， Burns， R. E. andAndrews， J. E. et al.， 1972. Australian-Antarctic continental drift，palaeocirculation changes and Oligocene deep-sea erosion. Nature， 239: 51~55

6.Kennett， J. P.， Houtz， R. E. andAndre， P. B.， 1975. Antarctic glaciation and the development of theCircum-Antarctic Current. In: Initial Reports of the Deep SeaDrilling Project， 29. U.S.Government Printing Office， Washington， D.C.， pp. 1155~1170

7.Van Andel， T. H.， Heath， G.R. and Moore， T.C.， 1975.Cenozoic History and Paleooceanography of the Central Equatorial Pacific Ocean. Geol. Soc. Am.， Mem.， 143: 134 pp.

8.楊冬紅，楊學祥.澳大利亞夏季大雪與南極海冰三個氣候開關.地球物理學進展， 2007，22（5）: 1680-1685.YangD H， Yang X X. Australia snow in summer and three ice regulators for El Ninoevents.Progress in Geophysics（inChinese）， 2007，22（5）: 1680-1685.

9.周秀驥，陸龍驊主編. 1996，南極與全球氣候環境相互作用和影響的研究.北京:氣象出版社.2， 12， 380， 381~392.

10.楊學祥. 2002，厄爾尼諾現象的構造基礎與激發因素. 西北地震學報，24（4）：367-370

11.楊冬紅，楊學祥。全球變暖減速與郭增建的「海震調溫假說」。地球物理學進展。2008，23 （6）: 1813～1818。YANG Dong-hong， YANGXue-xiang. The hypothesis of the ocesnic earthquakes adjusting climate slowdownof global warming. Progress in Geophysics. 2008， 23 （6）: 1813～1818.

12.楊冬紅，楊學祥.北半球冰蓋融化與北半球低溫暴雪的相關性[J].地球物理學進展， 2014， 29（2）:610-615.YANG Dong-hong， YANG Xue-xiang. Studyon the relation between ice sheets melting and low temperature in NorthernHemisphere. Progress in Geophysics. 2014， 29 （1）: 610～615.

13.楊冬紅，楊德彬，楊學祥。地震和潮汐對氣候波動變化的影響。地球物理學報。2011，54（4）：926-934.Yang D H，Yang D B， Yang X X， The influence of tides and earthquakes in global climatechanges.Chinese Journal of geophysics（in Chinese）， 2011， 54（4）: 926-934

14.楊冬紅，楊學祥.全球氣候變化的成因初探.地球物理學進展. 2013， 28（4）: 1666-1677. Yang X X， Chen D Y. Study oncause of formation in Earth』s climatic changes. Progress in Geophysics （inChinese）， 2013， 28（4）: 1666-1677.

15.魏松林。厄爾尼諾事件對黑龍江省低溫洪澇災害的影響及其預報。自然災害學報，2001，10（3）：79-86.