太陽活動和厄爾尼諾對氣候的影響

上海市奉賢區氣象局 顧品強

太陽活動和厄爾尼諾對氣候的影響

上海市奉賢區氣象局 顧品強

今年以來，世界多地出現高溫熱浪、干旱、暴雨洪澇、強臺風、龍卷風等極端天氣氣候事件，并紛紛將始作俑者指向了厄爾尼諾現象。7月一則“2030年后，太陽會休眠，地球可能進入小冰河期”的報道更是被社會各界廣泛關注，甚至有人將歷史上“小冰河期”的發生與朝代興衰更替作“夸張”聯想。因此，在當下科學認識、順應和降低自然界可能面臨的氣候風險是人類尤為緊迫的任務。

太陽活動對氣候的影響有多大

人類在170多年前，首次發現太陽活動存在周期約為11年一個輪回的變化規律，以1755年作為第一周期開始，至2015年為第24周期的峰年。歷史上1645～1715年的70年間，太陽活動減少，導致太陽輻射減少，地球由此經歷所謂“小冰河期”，且剛好對應了歐洲和北美洲以及世界上大部分地區最冷的時期，因這一現象由19世紀末英國天文學家蒙德發現，故史稱“蒙德極小期”。英國科學家扎爾科瓦于2015年7月提出的“2030年后，太陽會休眠，地球將大幅降溫，可能進入小冰河期”指的就是這種景象。其主要根據是他們發現并研究了太陽內部和表面兩種不同的磁場波動，并由此建立了新的太陽活動預測模型，預測在2030年左右太陽活動將減少60%，地球氣溫將接近1645年的“小冰河期”。限于人類于1975年才有完整的太陽磁場觀測數據，無法猜測具有很長時間尺度的太陽活動與幾十年時間尺度的“小冰河期”之間會有因果關系，目前科學界雖然肯定太陽活動對地球氣候的長期影響存在，但在學界一直存在爭議，對其影響有多大、機理等還停留在初步水平，并沒有形成完善的理論描述，大多數學者都是通過對事件比對或相關性的角度進行的一些猜想、推論，其因果關系難以確定。一般認為在太陽活動的單數周期，氣候由冷轉暖，而雙數周期則由暖變冷。從上海1873年以來的年平均氣溫的歷年變化來看，僅在少數太陽活動周期存在溫度和太陽活動的這種對應關系，但自20世紀80年代后期開始的氣候變暖事實已無法說明太陽活動在氣候變化中所起到的影響和貢獻。

不妨以歷史上“小冰河期”重要依據之一的“蒙德極小期”為例，1645年到1715年太陽活動的減弱只使地球平均氣溫下降了大約0.3℃，比整個20世紀的平均溫度低0.5℃，若與較暖的20世紀后30年的平均溫度相比則低1℃。既是處于小冰期，其變冷程度各地并不一致，對旱澇反應也不一樣。實際上自人類有氣象觀測記錄以來，在太陽活動的20、21周期（大致為1960年代中期到1980年代中期）也曾發生過“年代際”的全球變冷，比如這兩個周期的奉賢區年平均氣溫均為15.4℃，與第22～24周期相比其偏低幅度為0.5℃～1.1℃，奉賢1959年以來57年間的極端最低氣溫-10.1℃記錄就是在那個時期（1977年1月31日）創造的，導致當年柑橘遭受嚴重凍害而大多絕收；隨后1980年、1981年因后季稻秋季低溫開始期分別大幅提早至9月19日和9月10日，為57年間最早的兩年，導致水稻“翹穗頭”，空秕率大增，造成這兩年的后季稻單產量分別比1979年大減45.9%和43.4%，一年種植三熟熱量偏緊問題引起關注，以致在1980年代中期開展耕種制度“三熟”改“二熟”的調整，以緩和熱量和季節矛盾。因此，屆時太陽輻射正如推斷的“小冰河期”到來，也就意味著某一時期出現降溫變冷，會對人類造成的影響，在農業上一些喜溫類作物和生長季長的高產品種受災的可能性增大。但以目前的科技水平和防災能力，加上溫室效應的存在和加劇趨勢，氣候變暖整體趨勢并沒有改變，“小冰河期”影響也不會有那么明顯，應該不用十分擔心。

厄爾尼諾現象對氣候的影響大嗎

厄爾尼諾（El Nino）現象其氣象學定義是赤道中東太平洋海溫異常增暖現象，當海水表面溫度高于常年同期0.5℃以上且持續6個月以上就確認為厄爾尼諾事件，形象地講，就是在大海出現的階段性類似于人類的感冒發燒現象，即傳統的海洋與大氣之間能量交換和溫度分布發生變化，導致太平洋沿岸國家或地區氣候異常，故有人將厄爾尼諾事件稱為“暖事件”；與增暖相對應的拉尼娜（La Nina）現象則是指上述洋面上水溫異常變冷的現象，也稱“冷事件”。厄爾尼諾平均3到4年會出現一次，2015年厄爾尼諾始于2014年5月，目前厄爾尼諾已達到中等強度，能否達到強厄爾尼諾水平還具有不確定。過去100年來一共只出現了3次“超級厄爾尼諾”，分別是1972年～1973年、1982年～1983年、1997年～1998年。比起厄爾尼諾引起單純的氣溫變化，極端天氣更容易引發危險。1972年厄爾尼諾導致世界范圍大旱，糧食大量減產，水資源嚴重匱乏；1983年厄爾尼諾反常地引發美洲冷水魚荒，澳大利亞異常干旱，秘魯、烏拉圭洪水泛濫；1998年爆發的50年來最強厄爾尼諾導致我國長江流域發生特大洪災，這些災害都與厄爾尼諾相伴而來。但每次厄爾尼諾發生時間（季節）、位置、強度及持續時間都不盡相同，因而其可能伴隨出現的災害類型、強度及發生時間（包括滯后性、時間長度）和所波及的區域都是不確定的，就是說具體對一個地區，每次厄爾尼諾發生所帶來的極端天氣災害也各不相同，其影響概率有時并不比同類災害氣候概率高多少。以21世紀以來上海地區的高溫、降水量為例，年高溫日數超過30天的偏多年份有5年，均發生在非厄爾尼諾年；在汛期降水量偏多的年份中則大多發生拉尼娜年和非厄爾尼諾年，汛期降水較少年份與厄爾尼諾年沒有明顯的對應關系，臺風影響的次數及強度在厄爾尼諾年沒有顯示增多和增強趨勢。據此大致推測2015年厄爾尼諾發生年上海的氣候，即出現高溫日數明顯偏多的可能性不大，臺風次數、汛期降水量則具有不確定性?？傊?，在科技仍在發展的今天，人們尚無法說清厄爾尼諾現象與氣候變暖以及在我們身邊發生的惡劣天氣之間的確切關系，在災害發生之前仍是一個“影響無所不在、看不見、摸不著、時刻須防范”的模糊概念。

太陽活動和厄爾尼諾有何關聯及對氣候的影響

現有觀測事實和研究顯示，太陽活動和厄爾尼諾/拉尼娜事件發生都具有周期性波動特點，前者約存在11年周期（最長13.6年，最短9年），后者波動周期約為2～7年。然而眾所周知，地球距離太陽十分遙遠，太陽活動與厄爾尼諾之間究竟會有怎樣的關系呢？太陽活動最主要的表現是黑子和耀斑，其循環變化的周期相同約為11年，通過對某些地區太陽輻射數量產生影響，使大氣環流發生變化，導致反常的冷暖、干濕差異，厄爾尼諾現象的產生一定程度上與此有關。太陽活動的強弱通常用太陽黑子的多少來表示，太陽黑子多，太陽活動較強，太陽黑子少，太陽活動較弱。據研究，厄爾尼諾年的氣候概率為23%，在太陽黑子數小于70、70～100、高于100時，厄爾尼諾年出現概率分別為84%、22%、4%；在黑子谷年位相前后出現厄爾尼諾年的概率接近80%，證明厄爾尼諾年與黑子數小于70的年份關系密切，明顯高于氣候概率，厄爾尼諾年與黑子11年周期谷點年位相顯示存在較高的相關性。

目前，太陽黑子對氣候的影響研究側重于對降水（旱澇）、臺風以及極端天氣產生及可能的影響區域等方面，以太陽活動對雨量的影響為例，在長江流域表現為太陽黑子多時雨量多，少時則雨量少；而在黃河流域則相反，在黑子多時雨量少，黑子少時則雨量多；西南地區黑子多時，7月份雨量明顯多于常年，6月反而減少，8月則不一；在西北地區，大旱年、一般干旱在黑子谷年（厄爾尼諾事件多發生于此）出現較多。但總體而言這些相關性也僅略高于氣候概率。因此，太陽黑子數的周期性變化與厄爾尼諾年雖然有一定的對應關系，但就此認為太陽活動是可以預測的，并且通過太陽活動規律來預測厄爾尼諾事件、地球變暖和變冷等氣候變化趨勢，難免會出現偏差，不應該被過度地解讀和“夸張”，避免產生不必要的社會恐慌。