“未來地球氣候變化的模式”得到了初步印證＊

楊東方，苗振清，石 強，陸建新，陳 豫

（1.浙江海洋學院海洋科技學院 舟山 316000；2.國家海洋局北海環境監測中心 青島 266033；3.浙江省海洋監測預報中心杭州 310007；4.上海海洋大學信息學院 上海 201306）

“未來地球氣候變化的模式”得到了初步印證＊

楊東方1，2，苗振清1，石 強2，陸建新3，陳 豫4

（1.浙江海洋學院海洋科技學院 舟山 316000；2.國家海洋局北海環境監測中心 青島 266033；3.浙江省海洋監測預報中心杭州 310007；4.上海海洋大學信息學院 上海 201306）

通過海洋生態變化，確定了海洋生態系統的可持續發展的動力是營養鹽硅和水溫。營養鹽硅是主要發動機，水溫是次要發動機。對此，楊東方等提出了營養鹽硅的補充機制。文章揭示了“未來地球氣候變化的模式”：近岸地區和流域盆地的氣候模式、內陸的氣候模式和海洋的氣候模式。由于這樣的氣候，產生了3個不同的區域：近岸地區和流域盆地成為多雨區，內陸成為干旱區，海洋成為風暴潮區。這個“未來地球氣候變化的模式”在以后的年代中逐漸得到證實，在2010年的天氣變化中得到了充分的證明。因此，應該充分了解這樣的氣候變化模式，積極應對它給人類帶來的旱澇災害和高溫，為中國的防災減災，提供科學依據。

營養鹽硅；浮游植物；氣候；模式；防災減災

浮游植物是主要的初級生產者，是海洋食物鏈的基礎。浮游植物的優勢種在一般海域是硅藻，營養鹽硅對于硅藻生長是必不可少的。在海洋水域內，水溫和營養鹽硅控制浮游植物生長的時間變化及空間變化過程［1］。水溫、營養鹽硅的變化會引起浮游植物生長和結構的變化以及引起海洋生態系統的變化。營養鹽硅和水溫是浮游植物生長的一大一小兩個發動機，營養鹽硅是主要的、強烈的、迅速的，水溫是次要的、輔助的、緩慢的［2］。在海洋中，硅對浮游植物生長的限制日趨嚴重，在海洋中缺硅會造成海洋生態的破壞。對此，地球生態系統的營養鹽硅的補充機制［3－4］給予了解決。

在2006年，楊東方等提出了地球系統的營養鹽硅補充機制，展示了“未來地球氣候變化的模式”，這個“未來地球氣候變化的模式”在以后的年代中逐漸得到證實，在2010年的天氣變化中得到了充分的證明。

1 地球生態系統的營養鹽硅補充機制

海洋中缺硅造成海洋生態的破壞。如何來解決這個缺硅的嚴重問題，人類無法向占地球表面積70.8%的海洋投放硅。只有地球生態系統才能向大海提供大量的硅，才能夠維持海洋生態系統的可持續發展。于是，筆者提出了營養鹽硅的補充機制。

1.1 硅的補充起因

海洋真光層中的硅主要是由陸源輸入的。大氣和上升流向海洋真光層輸入硅的量與河流相比是可以忽略的。人類建壩、建水庫、引流、種植，均會造成自然生態的破壞，并改變自然生態的平衡。

修建大壩和水庫會使懸浮物濃度降低，進而輸入海洋的硅的濃度下降；將河流上游進行引流和分流，使主河流的輸送能力下降，流量變小，輸入海洋的硅濃度降低，從而改變河口水域和近岸水域生態系統的結構，尤其是營養鹽比例失調，浮游植物集群結構失控，誘導赤潮的產生，而且赤潮面積逐年加大，發生頻率逐年增多；在沿河兩岸和沿河流域盆地進行大面積的植樹造林，改變了雨水對地表層的沖刷力度，雨水形成的小溪向河流輸送的硅濃度降低，使水流清澈，減少了河流攜帶的硅量。這樣入海河流流量大幅減少，輸送營養鹽硅能力顯著降低，河流含硅量減少，河流對硅總的輸送量降低。

對于大氣輸送，由于大量種植綠化，使土壤被固定，地表層的沖刷能力下降，空氣變得清新，大氣對硅的輸送減少。

這樣，河流、大氣向海洋的真光層輸送硅量在大幅度減少，不斷地改變了從陸地向海洋輸送硅的含量，導致了海水中氮、磷過剩，硅缺乏，氮、磷、硅的比例嚴重失調，硅限制浮游植物的生長進一步加劇。

1.2 營養鹽硅的補充途徑

通過近岸的洪水、大氣的沙塵暴和海底的沉積物向缺硅的水體輸入大量的硅。這樣，由陸地、大氣和海底3種途徑將陸地的硅輸入大海中，滿足浮游植物的生長（圖1）。

圖1 地球生態系統的營養鹽硅補充機制

陸地的輸送：在近岸地區和流域盆地，長時間的暴雨形成了洪水，向大海的水體輸入大量的硅。大氣的輸送：在內陸地區，長期的干旱經過大風形成了沙塵暴，向大海的水體輸入大量的硅。海底的輸送：在海面上，水溫的提高形成了風暴潮，通過海底的沉積物，向大海的水體輸入大量的硅。大氣的二氧化碳溶于大海，浮游植物生長要吸收大量海水中二氧化碳，并將碳隨著浮游植物的沉降帶到海底。

1.3 營養鹽硅的補充機制

地球生態系統為了保持海洋中浮游植物生長的平衡和海洋的生態系統的可持續發展以及大氣二氧化碳的增長放慢，啟動營養鹽硅的補充機制［3－4］。

（1）近岸地區和流域盆地成為多雨區，連續遭受暴雨襲擊，其中雨量加大，次數頻繁，下雨區域擴大，并導致塌方、落石、山洪、泥石流和山體滑坡，使沿岸向海洋的洪水增大，向海洋輸入硅量增加。

（2）使內陸成為干旱區，長期干旱缺雨。由于太陽暴曬，地面溫度升高。地表土壤干燥化、顆粒化。由于晴天使地表引起了上升流，將沙塵刮向天空，經過大風形成了遮天蔽日的沙塵暴，使得沙塵暴次數增多，面積擴大，在強風的推動下，向海洋的近岸水域和遠海中央了輸送大量的沙塵，也是向海洋輸入大量的硅。

（3）在海底有大量的沉積物，在沉積物中硅酸鹽濃度比海水中硅酸鹽濃度高幾倍到幾十倍。由于風暴潮，如臺風、颶風、熱帶風暴和寒潮等，都移向近海和沿岸。其中經過水域和近岸的面積加大，次數增多，強度加大，旋轉速度加快，移動速度放慢。路徑曲折，路程加長，使海底的沉積物不斷被攪動進入水體，使水體硅酸鹽濃度升高。由海底通過沉積物向海洋水體輸入大量的硅。

2 未來地球氣候變化的模式

2.1 模式種類

根據地球生態系統的營養鹽硅補充機制，筆者認為“未來地球氣候變化的模式”為：近岸地區和流域盆地的氣候模式，內陸的氣候模式和海洋的氣候模式。

2.2 模式特征

（1）暴雨和強暴雨頻繁出現。盡可能地在短時間內，使地面有雨水存積，對土壤形成沖刷。同時，如果有持續的暴雨，進一步加大對沖刷土壤的力度。

（2）干旱持續發生。干旱的時間在延長，使地面干燥化，土壤顆粒化，為沙漠化、沙塵暴做好鋪墊。

（3）風暴潮個數和強度在不斷地增加。對海底連續的攪動，尤其對海洋深度小于100m的海底水域。在海洋和陸地的交界區域，包括近海水域和近岸陸地區域，都會形成海底的攪動和陸地土壤的沖刷。

（4）高溫時間在延長。與往年相比，在一年的四季中，相對的溫度在提高，形成相對的高溫時間在延長。這樣，無論在冬天還是在夏天，相對的高溫在提前出現，而且在時間上持久。

（5）強風在增多。強風在海洋和陸地上都在增加，強度在增大。在海上，盡可能攪動更深的海底，使海底的泥沙到海水表層。在陸地上，盡可能吹動地面的土壤顆粒，帶到天空中。這樣，全球的強風在增多。

2.3 模式分布

未來地球氣候模式在我國具有不同的地區分布。根據未來地球氣候變化的模式，將中國分為幾個大區域。① 在內陸區域：甘肅、內蒙古、山西、寧夏和新疆等地區；② 在近岸地區：浙江、廣西、廣東、福建和海南等地區；③ 在流域盆地：長江沿線的湖南、湖北、江西、浙江和重慶等10個省、市局部地區；④ 在海洋區域：南海、東海和黃海等水域。了解我國的區域符合那一類氣候模式，以便在不同的區域采取不同的方式來應對氣象，采取相應的防災減災措施。

2.4 模式功能

“未來地球氣候變化的模式”通過近岸的洪水、大氣的沙塵暴和海底的沉積物向缺硅的水體輸入大量的硅，補充海洋真光層硅的缺乏，緩解硅進一步限制浮游植物的生長。這樣，未來地球氣候模式由陸地、大氣和海底的3種途徑（圖1），將陸地的硅輸入大海中，而且加大從陸地向海洋輸送硅的含量，來滿足浮游植物的生長。

3 2010年天氣變化對模式的印證

根據中國環球網發布的2010年的天氣資料［5－6］，進行分析得到以下研究結果。

3.1 近岸地區和流域盆地

2010年4月29日至5月17日，中國南方地區出現4次大范圍強降水天氣過程。江南、華南降雨日數普遍在8d以上，部分地區超過10d。江南、華南大部降水量有100～200mm，其中廣東中部和北部、江西南部達200～300mm。其中廣東韶關、南雄降水量均為1951年以來歷史同期極大值。

4月底以來，中國南方地區多次出現的強降雨過程，具有過程頻繁、雨量大、短時強度高、極端性強、影響范圍廣和致災重的特點。持續強降水造成湘江、漓江出現超警戒水位洪水，贛江出現2010年以來最高水位，北江支流滃江發生1964年以來的最大洪水。

這次降雨過程歷時很長，華南地區連續出現了14次強降雨過程，多條河流發生超出警戒水位的大洪流。福建閩江干支流、晉江、九龍江、汀江，廣西西江支流桂江、蒙江、賀江，江西贛江上游及湖南湘江上游等河流都超過警戒水位。其中閩江支流嶺尾溪及九龍江支流新橋河發生超過歷史記錄的大洪水。

7月8日以來的強降雨已造成長江沿線的湖南、湖北等10省市局部地區遭受洪澇災害。

2010年水情突出表現為3個特點：一是主要江河洪水量級大，部分河流超過1998年。江西信江、撫河發生超歷史紀錄特大洪水，重現期50年；福建閩江發生30年一遇的大洪水。二是發生洪水河流眾多。6月13日以來的暴雨洪水涉及長江、閩江和西江3個流域，江西和福建等110余條河流發生超警洪水，9條河流發生超歷史紀錄洪水。三是閩江、湘江和資水等南方11條主要江河同時發生洪水，近年來少見。

3.2 內陸地區

新華網北京7月9日的題目：《中國面臨旱澇災害雙重考驗》。近來，我國一度呈現北旱南澇之勢。甘肅、內蒙古和山西等地區滴水如金，廣西、江西、福建、湖南一帶卻暴雨成災，這種旱澇并存的局面對中國的防災、減災、救災能力提出了極大考驗。

2010年旱情主要有3個特點：一是受旱地區集中，主要集中在黑、豫、內蒙古、晉、皖等省區，局地旱情十分嚴重；二是旱情發生早，冬麥區旱情發生時間明顯早于常年；三是受旱面積大，3月中下旬，全國耕地受旱面積一度達0.17億hm2，比往年同期多166.7萬hm2。我國中部、北部地區滴水難求，而華南一帶卻連日大雨，湍急的水流沖垮房屋，沖破大壩，引發山洪，造成多處險情。

3.3 臺風

從2010年3月25日至9月10日一共有10個臺風。在3月只有1個，7月13日至9月10日一共有9個臺風，這表明臺風集中在這3個月。

（1）臺風路徑增長。2010年第4號熱帶風暴（電母）在韓國南部沿海登陸后繼續向東移動，影響東海北部、黃海南部。2010年第7號臺風（圓規）9月2日在朝鮮半島西部登陸。2010年第9號熱帶風暴（瑪瑙）于9月4日向浙江北部沿海移動，然后逐步靠近韓國南部沿海。

（2）臺風對近岸陸地和水域帶來很大影響。2010年第5號強熱帶風暴（蒲公英）于8月25日凌晨登陸越南北部，2010年第6號熱帶風暴（獅子山）于9月2日在福建省漳浦縣沿海登陸，2010年第7號臺風（圓規）于9月2日在朝鮮半島西部登陸。2010年第9號熱帶風暴（瑪瑙）于9月4日向浙江北部沿海移動，然后逐步靠近韓國南部沿海。2010年第10號熱帶風暴（莫蘭蒂）在福建省石獅市沿海登陸。

強熱帶風暴（蒲公英）帶來的影響，南海西部海域、北部灣將主要有7～9級大風，中心附近海域的風力可達10～11級，并伴有7m以上的巨浪；8月24日海南大部、廣東中西部和廣西將有暴雨到大暴雨；8月25日廣東和廣西沿海仍有大雨到暴雨。

受熱帶風暴“獅子山”影響，華南中東部、江南中東部、江淮、黃淮以及東北地區將有大到暴雨，局部大暴雨，風力6～7級；其中福建南部和廣東大部、江西北部、安徽中南部及江蘇中北部有暴雨到大暴雨，過程降雨量可在100mm以上，極值可在300mm，臺灣海峽、巴士海峽、巴林塘海峽和福建南部、廣東南部沿海將有8～9級大風和3～4m的大浪。

受熱帶風暴（瑪瑙）影響，東海大部、臺灣移動洋面、巴士海峽、巴林塘海峽將有6～8級大風，“瑪瑙”中心經過附近海域風力可達9～10級，陣風11～12級。黃海北部、黃海中南部將有6～8級大風，琉球、東海北部、黃海中南部有4～6m的巨浪。

受熱帶風暴（莫蘭蒂）影響，在廣東東部、福建、浙江、江西東北部、上海、江蘇南部和安徽東部等地將有大雨到暴雨；其中，福建中北部、浙江西部、江蘇南部和安徽東部部分地區有大暴雨，以上地區局部有特大暴雨。臺灣海峽、東海沿海、福建和浙江沿海將有7～8級大風，陣風可達9～10級；以上海域有2～3m大浪。

（3）臺風密度加大。2010年8月29日有1個臺風出現，第6號熱帶風暴（獅子山）。2010年8月30日有2個臺風同時出現，第6號熱帶風暴（獅子山）和第7號臺風（圓規）。2010年8月31日有3個臺風同時出現，第6號熱帶風暴（獅子山），第7號臺風（圓規）和第8號熱帶風暴（南川），7級大風圈的半徑分別為200km、230km和100km。

4 結論

通過地球系統的營養鹽硅補充機制，筆者提出了“未來地球氣候變化的模式”。對此模式的分析研究，展示了未來地球氣候變化模式的種類、內容、特征、分布和功能。并且通過2010年的天氣變化印證了未來地球氣候變化模式。現在經常發現有極端天氣，然而極端天氣在長時間地、經常地出現，也就沒有極端了。這只是氣候變化的未來發展趨勢。

在不同的區域，根據不同的“未來地球氣候變化的模式”，建立不同的防災減災體系和基礎設施。在近岸地區和流域盆地，建設排水系統，做好城市、農田的排澇，注意連續遭受暴雨襲擊，防范可能引發的洪澇災害，如塌方、落石、山洪、泥石流和山體滑坡等災害。在內陸區域，建設節水灌溉系統，做好城市、農田的干旱，注意高溫、強風和持續的干旱，防范可能引發的干旱災害，如沙漠化和沙塵暴等災害。在海洋區域，建設預測、預報的設施和設備，完善預測、預報的機制，注意風暴潮的面積、強度、速度等級別，防范臺風、颶風、熱帶風暴和寒潮等風暴潮可能引發的海上災害。

洪水、沙塵暴和風暴潮，以3種方式向大海水體輸送硅。這3種方式對人類生存來說是3種災害，但是這些災害與全球氣溫和水溫上升所帶來的災害相比是微不足道的［8］。這是由于洪水、沙塵暴和風暴潮是局部的災難，然而全球氣溫和水溫上升所帶來的災害是全球性的災難。因此，通過“未來地球氣候變化的模式”，對洪澇災害、干旱災害和風暴潮災害等災害進行時時監測，提高預報精度和準確率。人類要應對這個氣候變化給生態環境帶來的變化和給人類帶來的旱澇災害，都需要人類積極采取應急措施和方案，利用現代技術加強防災減災的系統建設，以便減少未來的自然災害對人類的影響。

［1］ 楊東方，高振會，王培剛，等 .營養鹽硅和水溫影響浮游植物的機制［J］.海洋環境科學，2006，25（1）：1－6.

［2］ 楊東方，高振會，孫培艷，等 .膠州灣水溫和營養鹽硅限制初級生產力的時空變化［J］.海洋科學進展，2006，24（2）：89－96.

［3］ 楊東方，高振會，秦潔，等 .地球生態系統的營養鹽硅補充機制［J］.海洋科學進展，2006，24（4）：407－412.

［4］ YANG Dongfang，GAO Zhenhui，YANG Yingbin，et al.Silicon limitation on primary production and its destiny in Jiaozhou Bay，ChinaⅦ The Complementary mechanism of the earth ecosystem ［J］.Chin J Oceanol Limnol，2006，24（4）：401－412.

［5］ 佚名 .全國多省暴雨襲擊發生洪澇災害［EB/OL］.（2010－07－18）［2011－07－18］.http：//world.huanqiu.com/roll/2010年的天氣資料 .

［6］ 佚名 .南方多省市遭受暴雨洪澇災害［EB/OL］.（2010－07－18）［2011－07－18］.http：//www.huanqiu.com/zhuanti/china/zhuantinfby/.

［7］ 佚名.發布的臺風預報分析［EB/OL］.（2010－07－10）［2011－07－18］.http：//www.typhoon.gov.cn/forecast/.

［8］ 楊東方，吳建平，曲延峰，等 .地球生態系統的氣溫和水溫補充機制［J］.海洋科學進展，2007，25（1）：117－122.

中國科學院知識創新工程重要方向項目——長江口及其附近海域的營養鹽的變化過程（KZCX 2－207）；國家海洋局北海環境監測中心主任科研基金資助——長江口、膠州灣及其附近海域的生態變化過程.