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厄尔尼诺-南方涛动现象

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厄尔尼诺-南方涛动现象的机制（日本气象厅）
1876-2023间的南方涛动指数的时间序列。
来自NOAA的图片显示了1950-2011期间的全球年平均温度异常，ENSO时间被用红色和蓝色标出。

厄尔尼诺-南方涛动现象（英语：El Niño-Southern Oscillation，ENSO，或简称圣婴-南方振荡、恩索现象[1]，台湾作圣婴-南方振荡现象）是圣婴现象与南方振荡的合称；早期本以为这两个现象互不相干，但现在大部分的学者都已经认同这两件事是互相有关联的。其为发生在横跨赤道附近太平洋的一种准周期（英语：Quasiperiodicity）气候类型，亦即热带太平洋上大气与海洋间交互作用的变化；虽源自于热带，却能改变全球的大气环流，进而影响各地的气温与降水；大约每5年发生一次。

南方振荡本身是指东太平洋赤道区域海面温度（厄尔尼诺事件时变暖，拉尼娜事件时变冷）和西太平洋赤道区域的海面上气压的变动。海温与气压两者变动是相互联系的：东太平洋的暖洋阶段，即厄尔尼诺，伴随着西太平洋的高海面气压；东太平洋的变冷阶段，即拉尼娜，伴随着西太平洋的低海面气压。[2][3]导致这种变动的机制仍在研究中。

这种气候类型变动的极端时期，即厄尔尼诺和拉尼娜事件，会在世界很多区域引起极端的天气（比如洪水和干旱）。依靠农业和渔业的发展中国家，特别是太平洋沿岸的国家，所受影响最大。厄尔尼诺-南方振荡比较流行的称呼常常省略为“厄尔尼诺”。厄尔尼诺是西班牙语，意指“小男孩”，指的是圣子耶稣（英语：Child Jesus），因为南美太平洋的变暖时期通常都在圣诞节附近。[4]

名称

早期学者以为两现象各自独立，但近年来的研究渐渐阐明其关系、是一体的两面，故以厄尔尼诺－南方振荡现象称之，学界一般通用缩写ENSO。

海水变暖的范围主要为太平洋东部与中部的热带海洋的海水温度异常地持续变暖，使整个世界气候模式发生变化，造成一些地区干旱而另一些地区又降雨量过多。其出现频率并不规则，但平均约每4年发生一次。基本上，如果现象持续期少于五个月，会称为厄尔尼诺；如果持续期是五个月或以上，便会称为厄尔尼诺事件。

太平洋平时状态：赤道风将温暖海水向西吹、冷水沿南美洲海岸上涌（NOAA / PMEL（英语：Pacific Marine Environmental Laboratory） / TAO）
厄尔尼诺现象：温水向南美洲吹送，冷水不再上涌而使海洋变暖（此时太平洋东西气压亦随之变动，即南方振荡）
拉尼娜现象：温暖海水向西吹得比平常更远距。

南方振荡

计算南方涛动指数时测量气压的地区

南方振荡为厄尔尼诺现象在大气的对应关系，不过早期学者并不了解这点。所谓的“涛动”（oscillation）是指赤道附近太平洋东西处之气压变化，最早由英国气象学家吉尔伯特·沃克（Gilbert Walker）于20世纪初期发现并提出。

南方振荡的强度由“南方涛动指数”（英语：Southern Oscillation Index，SOI）评估，也就是选定大溪地（在太平洋）与澳洲达尔文（太平洋与印度洋交界处附近）两地作为东、西太平洋的代表地，指数指出了两地之气压差距，具体计算方法有多种。澳大利亚气象局采用的是Troup SOI，该计算方式下，当该指数持续低于-7时，通常表示出现了厄尔尼诺现象；持续高于+7则表明出现了拉尼娜现象。[5]

成因

ENSO形成的原因，科学界有多种观点，比较普遍的看法是：在正常状况下，北半球赤道附近吹东北信风，南半球赤道附近吹东南信风。信风带动海水自东向西流动，分别形成北赤道洋流和南赤道暖流。从赤道东太平洋流的海水，靠海洋底部的涌升流补充，由于底层海水温度较低，因此使表面水温低于四周，形成东西部海温差。但是，一旦东风减弱，甚至变为西风时，赤道东太平洋地区的冷水上翻减少或停止，海水温度就升高，形成大范围的海水温度异常增暖。而突然增强的这股暖流沿着厄瓜多尔海岸南侵，使海水温度剧升，冷水鱼群因而大量死亡，海鸟因找不到食物而纷纷离去，渔场顿时失去生机，使沿岸国家遭到巨大损失。

ENSO形成的前兆包括：

  • 印度洋、印尼与澳洲气压增加；
  • 大溪地和太平洋中央、东面的海面气压减小；
  • 南太平洋的信风减弱或往东面吹；
  • 秘鲁附近的暖空气上升，令当地沙漠下雨；
  • 暖空气由太平洋西岸扩散至印度洋与太平洋东面。同时它令东面较干燥和有干旱的地方降雨；
  • 西太平洋爆发西风，能量透过凯耳文波经由海洋传递，海洋混合层深度会有由西向东传的波动。

典型事件与影响

  • ENSO规模显著的年份：1790-94、1828、1876-77、1891、1925-26、1972-73、1982-83、1997-98、2014-2016。
  • ENSO规模中等的年份：1986-1987、1991-1992、2018-2019。
  • 近年、但规模较小的年份：1994-1995、2002-2003、2004-2005、2006-2007、2009-2010、2012-2013。
  • 1982年4月至1983年7月的ENSO现象，是几个世纪来最严重的一次之一，太平洋东部至中部水面温度比正常高出约4至5℃，造成全世界1300～1500人丧生，经济损失近百亿美元。
  • 1986年至1987年的ENSO现象，使赤道中、东太平洋海水表面水温比常年平均温度偏高2℃左右；同时，热带地区的大气环流也相应地出现异常，热带及其他地区的天气出现异常变化；南美洲的秘鲁北部、中部地区暴雨成灾；哥伦比亚境内的亚马孙河河水猛涨，造成河堤多次决口；巴西东北部少雨干旱，西部地区炎热；澳大利亚东部及沿海地区雨水明显减少；中国华南地区、南亚至非洲北部大范围地区均少雨干旱。
  • 1990年初又发生ENSO前兆现象。这年1月，太平洋中部海域水面温度高于往年，除赤道海域水面温度比往年高出0.5℃外，国际换日线以西的海域水面温度也比往年高出将近1℃；接近海面的28℃的暖水层比往年浅10米左右；南美洲太平洋沿岸水域的水位比平时上涨15～30厘米。
  • 1997年至1998年的ENSO现象，亦是几个世纪来最严重的一次之一，太平洋东部至中部水面温度比正常高出约3至4℃，美洲地区有持续暴雨，东南亚地区则持续干旱并发生大规模的森林大火。这次圣婴现象紧接1991-1992年发生，频密程度罕见。

ENSO带动的温暖海水，会影响鱼类的成群移动，破坏珊瑚礁的生长。而特别的是，在圣婴现象发生当年，容易在西北太平洋和东北太平洋形成威力强大的台风和飓风。例如1997年太平洋台风季就曾出现十个威力达到等级最高的五级台风，在1997年太平洋飓风季也出现两个等级最高的五级飓风，分别是飓风琳达和飓风圭勒摩。而2002年太平洋飓风季出现三个等级最高飓风，2009年太平洋台风季出现四个等级最高的五级台风。至于2015年太平洋飓风季威力超过1997年琳达飓风的则有飓风帕翠莎。2018年太平洋飓风季则是有记录以来该海域累计气旋能量指数最高的一个风季，出现了三个五级飓风、十个三级以上飓风。

ENSO和全球暖化

在过去的几十年中，厄尔尼诺事件的数目有所增加，而拉尼娜事件的数目却在减少。[6]我们可能还需要观察ENSO更长的时间以发现稳定的变化[7]，我们现在还不清楚这到底是随机的波动，或是ENSO的正常变化规律，还是由走向全球变暖的全球气候变化所导致。

对历史数据的研究表明，最近的厄尔尼诺的变化很可能和全球变暖有关。比如，一个最近的研究显示，即使减去十年际变化率的正影响后再看ENSO的趋势[8]，观测数据中的ENSO变率的幅度仍然显示在增加，在过去50年里最大增加了60%。[9]

现在还不是很确定ENSO在将来会如何变化[10]，不同的模式得出了不同的预测结果。[11]可能现在观测到的更强更频繁的厄尔尼诺事件只是发生在全球变暖的早期阶段，然后（比如在海洋低层也变暖后），厄尔尼诺将可能变得比现在要弱些。[12]也有可能，影响ENSO的各种因素的最后效果被最终相互抵消。[13]要想更好的预测ENSO的将来变化还需要更多的研究。ENSO被认为是地球气候的潜在临界要素（tipping element）。[14]由观测资料发现，在大西洋及印度洋也有类似圣婴现象的发生，例如印度洋偶极（Indian Ocean Dipole）。

ENSO事件历史

厄尔尼诺 最高ONI值[15]
JJA 1951 - DJF 1951/2 1.2
DJF 1952/3 - JFM 1954 0.8
MAM 1957 - JJA 1958 1.8
OND 1958 - FMA 1959 0.6
MJJ 1963 - JFM 1964 1.4
AMJ 1965 - MAM 1966 1.9
JAS 1968 - DJF 1969/70 1.1
AMJ 1972 - FMA 1973 2.1
ASO 1976 - JFM 1977 0.8
ASO 1977 - JFM 1978 0.8
AMJ 1982 - MJJ 1983 2.2
JAS 1986 - JFM 1988 1.6
AMJ 1991 - MJJ 1992 1.6
ASO 1994 - FMA 1995 1.2
AMJ 1997 - MAM 1998 2.4
AMJ 2002 - JFM 2003 1.3
JJA 2004 - DJF 2004/5 1.7
ASO 2006 - DJF 2006/7 1.0
JJA 2009 - MAM 2010 1.6
SON 2014 - MAM 2016 2.6
ASO 2018 - MJJ 2019 0.9
AMJ 2023 - 2.0 (十一到一月均值)

参考文献

  1. ^ 存档副本. [2020-12-27]. （原始内容存档于2022-04-26）. 
  2. ^ Climate Prediction Center. Frequently Asked Questions about El Niño and La Niña. National Centers for Environmental Prediction. 2005-12-19 [2009-07-17]. （原始内容存档于2009-08-27）. 
  3. ^ K.E. Trenberth, P.D. Jones, P. Ambenje, R. Bojariu , D. Easterling, A. Klein Tank, D. Parker, F. Rahimzadeh, J.A. Renwick, M. Rusticucci, B. Soden and P. Zhai. Observations: Surface and Atmospheric Climate Change. Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (编). Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, UK: Cambridge University Press. : 235–336 [2012-09-07]. （原始内容存档于2017-09-24）. 
  4. ^ El Niño Information. California Department of Fish and Game, Marine Region. [2012-09-07]. （原始内容存档于2019-10-27）. 
  5. ^ Climate glossary - Southern Oscilliation Index (SOI). Bureau of Meteorology (Australia). 2002-04-03 [2009-12-31]. （原始内容存档于2017-12-26）. 
  6. ^ Trenberth, Kevin E.; Hoar, Timothy J. The 1990–1995 El Niño–Southern Oscillation event: Longest on record. Geophysical Research Letters. January 1996, 23 (1): 57&–;60. Bibcode:1996GeoRL..23...57T. doi:10.1029/95GL03602. 
  7. ^ Wittenberg, A. T.（2009）, Are historical records sufficient to constrain ENSO simulations?, Geophys. Res. Lett., 36, L12702, doi:10.1029/2009GL038710.
  8. ^ Fedorov, Alexey V.; Philander, S. George. Is El Niño Changing?. Science. 2000, 288 (5473): 1997–2002. Bibcode:2000Sci...288.1997F. PMID 10856205. doi:10.1126/science.288.5473.1997. 
  9. ^ Zhang, Qiong; Guan, Yue; Yang, Haijun. ENSO Amplitude Change in Observation and Coupled Models. Advances in Atmospheric Sciences. 2008, 25 (3): 331–6. Bibcode:2008AdAtS..25..361Z. doi:10.1007/s00376-008-0361-5. 
  10. ^ Collins, M., et al.,（2010）: The impact of global warming on the tropical Pacific Ocean and El Niño. Nature Geosci., 3 (6), 391–397, URL http://dx.doi.org/10.1038/ngeo868
  11. ^ Merryfield, William J. Changes to ENSO under CO2 Doubling in a Multimodel Ensemble (PDF). Journal of Climate. 2006, 19 (16): 4009–27 [2012-09-07]. Bibcode:2006JCli...19.4009M. doi:10.1175/JCLI3834.1. （原始内容 (PDF)存档于2007-07-04）. 
  12. ^ Meehl, G. A.; Teng, H.; Branstator, G. Future changes of El Niño in two global coupled climate models. Climate Dynamics. 2006, 26 (6): 549. Bibcode:2006ClDy...26..549M. doi:10.1007/s00382-005-0098-0. 
  13. ^ Philip, S.; Van Oldenborgh, G. J. Shifts in ENSO coupling processes under global warming. Geophysical Research Letters. 2006, 33 (11). Bibcode:2006GeoRL..3311704P. doi:10.1029/2006GL026196. 
  14. ^ Lenton, Timothy M.; et al. Tipping elements in the Earth's climate system. PNAS. 2008, 105 (6): 1786–1793. Bibcode:2008PNAS..105.1786L. doi:10.1073/pnas.0705414105. 
  15. ^ Cold & Warm Episodes by Season. [2019-01-02]. （原始内容存档于2019-03-10）. 

参阅

外部链接

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