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1、厄尔尼诺研究的进展综述吴玥摘要：厄尔尼诺由于它对全球大气和海洋影响显著，一直以来都受到国内外科学家的关注，文章在参阅国内为科学研究成果的基础上，通过阐述研究发展史，生产机理，讨论对全球气候的影响，并介绍几种国际认可的最新研究方式。最后是提出现在研究中还存在的问题和对今后研究的展望。关键词：厄尔尼诺，新型厄尔尼诺，气候影响随着ENSO的发生全球大气和海洋都会出现一系列的异常现象。由于他的不严格周期性和对环境的强大印象，使得人们开始关注他。经过多年的不断研究，各国科学家从不同领域对其进行研究，现在已经取得了较大的进展。2015年又是一下次极强的厄尔尼诺，这次厄尔尼诺又使得厄尔尼诺成为科学研究的热点
2、。1 ENSO基本概念厄尔尼诺一词源自西班牙文El Nio，原意是指“小男孩”，也称为圣婴用来表示在南美洲秘鲁和厄瓜多尔沿岸海水因为出现上升流，所以常年温度较低称为冷舌。这是由于受东南季风影响赤道表面东风应力把表层暖水向西太平洋输送，在西太平洋堆积，从而使那里的海平面上升，海水温度升高。而东太平洋在离岸风的作用下，表层海水产生离岸漂流，造成这里持续的海水质量辐散，海平面降低，下层冷海水上涌，导致这里海面温度的降低。当东南信风异常减弱时，赤道东太平洋海水上翻异常减弱，降水异常偏少；而赤道西太平洋海水温度偏高现象减弱，降水区域异向东移动。2 形成原因目前学术界还没有给厄尔尼诺的形成原因一个定论。但
3、目前存在两个假设原因。(1)由于海-气相互作用过程的平衡受到破坏所导致。1969年Bjerkness首次发现赤道东太平洋海面温度异常与南方涛动变化关系密切。李崇银通过分析发现，厄尔尼诺和拉尼娜现象发生前的冬半年(10-4月)，欧洲中纬度地区的环流指数和我国东部地区的气温存在着显著的差异【1】(2)海底火山活动引起海温变化所产生厄尔尼诺。刘厚赞 、刘梦玉4和李 若纯5等研究认为。在赤道东太平洋海底存在着许多火山和热液喷泉，从海底喷出的热液温度 高达 3004130 (最 高 达 750 )。海底火山和热液喷发后，使这一地区的海水温度骤然升高，引起其上空空气增暖，气压下降，从而影响了正常的大气环流
4、规律。使这一地区低层东风减弱，西风增。3 新型厄尔尼诺随着观测手段的进步，2009年9月的自然杂志的发表一项研究成功指出以确定一种新型厄尔尼诺现象的变种称为“El Nio Modoki”。这一新型厄尔尼诺会使太平洋中部近赤道的广大海域变暖，一般的古典型厄尔尼诺是使东太平洋的海水异常变暖。在国内也有研究人员称新型厄尔尼诺现象为中型厄尔尼诺。4 对全球的影响4.1对气候的影响厄尔尼诺发生会对全球气候造成很大影响。早在20世纪初Bjerkness就提出厄尔尼诺会影响大气环流结构。造成沃克环流异常，原有在西太平洋印度尼西亚和澳大利亚北部的降水减少。东太平洋秘鲁等地区降水增多。从国内来看 ，对 ENSO
5、与大气物理学研究较为系统全面的当数 中国科学院大气物理研究所 (IAP)大气 科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室(LASG)，该实验室主要从事地球 流体(大气和海洋)宏观演 变规律和机理的系统理论研究从 20世纪 80年代 开始 ，LASG就开始 了大气环流模式 (AGCM)、海洋环流 模式 (OGCM)和海气耦合模式(CGCM)的系统研究 ，并在 国际上最早提出东亚冬季风与 ENSO的相互作用 理论 ，该理论认为，大气季节内振荡 的年际异常强迫在海 一气耦合 系统 中产生 ENSO型不稳定模是激发厄 尔尼诺的一种重要机制 俞永强等(2007)对 比了“灵活 的全球耦合气候系统模式”(F
6、GCM)的初始版本 FGCM一0和升级版本 FGCM 一10的积分结果 ，发现改进后的 FGCM一10不仅能模拟出与观测结果一致 的赤道替流(EUC)和北赤道逆流(NECC)的强度和范围，而且模拟 出的 ENSO平均周期从两年增加到了三 年 ，在厄尔尼诺期 间合成的海表温度(SST)距平空间分布也更接近观测值 从大气物理学来看，ENSO事件是一个复杂的非线性系统 ，李晓静 (2oos)通过运用重 Mawhin合度拓展理论 探讨了厄尔尼诺大气物理机理振荡的周期解求解问题，首先求解出一般非线性方程的 周期解，然后将该周期解 J 一 运用于一个典型的厄尔尼诺海气模型 =AT一 B (t一6)中，最终
7、得到该模型的周期解u 厄尔尼诺因每两年至七年的发生周期被认为是迄今为止年际气候变化最强的信号 ，中国气象局国家气候 中心首席专家任福民(1998)从全新 的视角将小 波分析 中的小波变换运用 于厄尔尼诺的“时 一频特征”分 析 ，研究表明 ，几乎所有周期振荡都为正位相时容易出现极强度厄尔尼诺事件引 海洋大气科学对 ENSO的研究已经形成多种模式 ，按照监测过程 的复杂度 ，可分为 ：简单 、中等复杂和朱海彬 ：近年来对厄尔尼诺的研究进展综述 第 8期 全球海气耦合三种模式三种模式各有优缺点 ，简单模式和 中等复杂模式采用 的是浅水方程 的处理手段，虽然有助于理解 ENSO的物理过程 ，但过分依
8、赖于模式的物理过程 ；全球海气耦合模式在海气系统动力学 方面设计精 良，在 ENSO研究领域成绩斐然，但运行成本较高，普及率低谢瑞煌(2013)采用 了一个中等复 杂的且经过改进的 ZebiakCane(ZC)模式，探讨 了 ENSO在两种典 型 的相对独立模 态 ，即准 四年振 荡 (QuasiQuadrennial，QQ)模态和准两年振荡 (QuasiBiennial，QB)模态下，热带海洋与大气相互耦合之间 的参数敏感性。 4.2对生物学的影响由于厄尔尼诺发生时东部太平洋海水温度异常会严重影响海洋生物。原有的秘鲁沿岸渔场鱼类受水温影响而鱼类大量死亡，也是的已鱼为食的鸟类大量死亡。5 厄尔
9、尼诺的新研究方向对于厄尔尼诺和拉尼娜的成因及其对气候影响的机制和过程研究，国际学术 界虽然 已取得不少的进展，但离揭示其成因和影响过程的物理机制还相距甚远。黄荣辉认为，从海 一气相互作用动力学的角度而言，目前至少还存在以下4个问题 ： (1)从观测事实来弄清热带超大型云团的结构、特征以及它们对赤道 西风爆发的作用从而弄清热 带超大型云团在厄尔尼诺一拉尼娜事件中的作用。 （2）由海 一气耦合的动力模式，从海一气相互作用的不稳定性来揭示厄尔尼诺一拉尼娜循环的动力 机制，并且利用数值模式米模拟其循环过程从而预 测厄尔尼诺 一拉尼娜事件的产生。(3)不 同时间尺度、空间尺度系统的相互作用及 对厄尔尼诺
10、 一拉尼娜 事件产生的作用，即几天的超 大型云团、3O50天周期 的低频 振荡、准两年周期 振荡的相互作用对厄尔尼诺 一拉尼娜事件产生的作 用 。 (4)热带 西 太平洋海一气相互作用对厄尔尼诺一拉尼娜事件产生的作用。 厄 尔尼诺和拉尼娜是人类共 同的敌人光靠一 个国家、一个地区的力量是远远不够的。因为环境 问题不只是一个国家 所关心的问题，它不应 只是局 限于一个 国家之内。为此在 1997年年底亚太地区 召开的有关厄尔尼诺 国际学术 研讨会上菲律 宾总 统拉莫斯说：“所有有关 的信息都应该在地 区同和全世界进行 交流 ，以便 能更全 面地 处 理环保 问题 。” 针 对全 球 性 的 气
11、候 学 难 题 ，世 界 气 象 组 织 的 185十成员国中已有相当数量的国家建立了本国的 气候预测项 目，然后把 各自的数据传给世界气象组 织，再由该组织进行综台分析、处理。 当然，对厄尔尼诺和拉尼娜这样复杂的气候 影 响进行监测和预报。目前还 只是初级阶段 。由于至 今还没有建立起全球的气候安全网，因此对付厄 尔 尼诺和拉尼娜还需很长一段时间。但在科学高速 发 展的今天，我们有理由相信，人类在与大 自然的斗争 中，定能摸索和认识到更多的 自然规律，从而更好地 与大 自然协调相处。人类离弄清厄尔尼诺和拉尼娜 的 成因和 影 响机制 已为 期不 远 了。 1李祟银；频繁的东亚大槽 活动与厄尔尼诺的发生 J中国科学 (B辑)，198813(6)：667-674 4 刘厚赞，刘梦玉，热带太平洋地热散量与厄尔尼诺事件 J气 象学报1989，47(4)：sol505 5 李若纯.，孙珊本等；强火山爆发与厄尔尼诺事件 J气象学报，199048(2)220223
