“未来地球气候变化的模式”得到了初步印证＊

杨东方，苗振清，石 强，陆建新，陈 豫

（1.浙江海洋学院海洋科技学院 舟山 316000；2.国家海洋局北海环境监测中心 青岛 266033；3.浙江省海洋监测预报中心杭州 310007；4.上海海洋大学信息学院 上海 201306）

“未来地球气候变化的模式”得到了初步印证＊

杨东方1，2，苗振清1，石 强2，陆建新3，陈 豫4

（1.浙江海洋学院海洋科技学院 舟山 316000；2.国家海洋局北海环境监测中心 青岛 266033；3.浙江省海洋监测预报中心杭州 310007；4.上海海洋大学信息学院 上海 201306）

通过海洋生态变化，确定了海洋生态系统的可持续发展的动力是营养盐硅和水温。营养盐硅是主要发动机，水温是次要发动机。对此，杨东方等提出了营养盐硅的补充机制。文章揭示了“未来地球气候变化的模式”：近岸地区和流域盆地的气候模式、内陆的气候模式和海洋的气候模式。由于这样的气候，产生了3个不同的区域：近岸地区和流域盆地成为多雨区，内陆成为干旱区，海洋成为风暴潮区。这个“未来地球气候变化的模式”在以后的年代中逐渐得到证实，在2010年的天气变化中得到了充分的证明。因此，应该充分了解这样的气候变化模式，积极应对它给人类带来的旱涝灾害和高温，为中国的防灾减灾，提供科学依据。

营养盐硅；浮游植物；气候；模式；防灾减灾

浮游植物是主要的初级生产者，是海洋食物链的基础。浮游植物的优势种在一般海域是硅藻，营养盐硅对于硅藻生长是必不可少的。在海洋水域内，水温和营养盐硅控制浮游植物生长的时间变化及空间变化过程［1］。水温、营养盐硅的变化会引起浮游植物生长和结构的变化以及引起海洋生态系统的变化。营养盐硅和水温是浮游植物生长的一大一小两个发动机，营养盐硅是主要的、强烈的、迅速的，水温是次要的、辅助的、缓慢的［2］。在海洋中，硅对浮游植物生长的限制日趋严重，在海洋中缺硅会造成海洋生态的破坏。对此，地球生态系统的营养盐硅的补充机制［3－4］给予了解决。

在2006年，杨东方等提出了地球系统的营养盐硅补充机制，展示了“未来地球气候变化的模式”，这个“未来地球气候变化的模式”在以后的年代中逐渐得到证实，在2010年的天气变化中得到了充分的证明。

1 地球生态系统的营养盐硅补充机制

海洋中缺硅造成海洋生态的破坏。如何来解决这个缺硅的严重问题，人类无法向占地球表面积70.8%的海洋投放硅。只有地球生态系统才能向大海提供大量的硅，才能够维持海洋生态系统的可持续发展。于是，笔者提出了营养盐硅的补充机制。

1.1 硅的补充起因

海洋真光层中的硅主要是由陆源输入的。大气和上升流向海洋真光层输入硅的量与河流相比是可以忽略的。人类建坝、建水库、引流、种植，均会造成自然生态的破坏，并改变自然生态的平衡。

修建大坝和水库会使悬浮物浓度降低，进而输入海洋的硅的浓度下降；将河流上游进行引流和分流，使主河流的输送能力下降，流量变小，输入海洋的硅浓度降低，从而改变河口水域和近岸水域生态系统的结构，尤其是营养盐比例失调，浮游植物集群结构失控，诱导赤潮的产生，而且赤潮面积逐年加大，发生频率逐年增多；在沿河两岸和沿河流域盆地进行大面积的植树造林，改变了雨水对地表层的冲刷力度，雨水形成的小溪向河流输送的硅浓度降低，使水流清澈，减少了河流携带的硅量。这样入海河流流量大幅减少，输送营养盐硅能力显著降低，河流含硅量减少，河流对硅总的输送量降低。

对于大气输送，由于大量种植绿化，使土壤被固定，地表层的冲刷能力下降，空气变得清新，大气对硅的输送减少。

这样，河流、大气向海洋的真光层输送硅量在大幅度减少，不断地改变了从陆地向海洋输送硅的含量，导致了海水中氮、磷过剩，硅缺乏，氮、磷、硅的比例严重失调，硅限制浮游植物的生长进一步加剧。

1.2 营养盐硅的补充途径

通过近岸的洪水、大气的沙尘暴和海底的沉积物向缺硅的水体输入大量的硅。这样，由陆地、大气和海底3种途径将陆地的硅输入大海中，满足浮游植物的生长（图1）。

图1 地球生态系统的营养盐硅补充机制

陆地的输送：在近岸地区和流域盆地，长时间的暴雨形成了洪水，向大海的水体输入大量的硅。大气的输送：在内陆地区，长期的干旱经过大风形成了沙尘暴，向大海的水体输入大量的硅。海底的输送：在海面上，水温的提高形成了风暴潮，通过海底的沉积物，向大海的水体输入大量的硅。大气的二氧化碳溶于大海，浮游植物生长要吸收大量海水中二氧化碳，并将碳随着浮游植物的沉降带到海底。

1.3 营养盐硅的补充机制

地球生态系统为了保持海洋中浮游植物生长的平衡和海洋的生态系统的可持续发展以及大气二氧化碳的增长放慢，启动营养盐硅的补充机制［3－4］。

（1）近岸地区和流域盆地成为多雨区，连续遭受暴雨袭击，其中雨量加大，次数频繁，下雨区域扩大，并导致塌方、落石、山洪、泥石流和山体滑坡，使沿岸向海洋的洪水增大，向海洋输入硅量增加。

（2）使内陆成为干旱区，长期干旱缺雨。由于太阳暴晒，地面温度升高。地表土壤干燥化、颗粒化。由于晴天使地表引起了上升流，将沙尘刮向天空，经过大风形成了遮天蔽日的沙尘暴，使得沙尘暴次数增多，面积扩大，在强风的推动下，向海洋的近岸水域和远海中央了输送大量的沙尘，也是向海洋输入大量的硅。

（3）在海底有大量的沉积物，在沉积物中硅酸盐浓度比海水中硅酸盐浓度高几倍到几十倍。由于风暴潮，如台风、飓风、热带风暴和寒潮等，都移向近海和沿岸。其中经过水域和近岸的面积加大，次数增多，强度加大，旋转速度加快，移动速度放慢。路径曲折，路程加长，使海底的沉积物不断被搅动进入水体，使水体硅酸盐浓度升高。由海底通过沉积物向海洋水体输入大量的硅。

2 未来地球气候变化的模式

2.1 模式种类

根据地球生态系统的营养盐硅补充机制，笔者认为“未来地球气候变化的模式”为：近岸地区和流域盆地的气候模式，内陆的气候模式和海洋的气候模式。

2.2 模式特征

（1）暴雨和强暴雨频繁出现。尽可能地在短时间内，使地面有雨水存积，对土壤形成冲刷。同时，如果有持续的暴雨，进一步加大对冲刷土壤的力度。

（2）干旱持续发生。干旱的时间在延长，使地面干燥化，土壤颗粒化，为沙漠化、沙尘暴做好铺垫。

（3）风暴潮个数和强度在不断地增加。对海底连续的搅动，尤其对海洋深度小于100m的海底水域。在海洋和陆地的交界区域，包括近海水域和近岸陆地区域，都会形成海底的搅动和陆地土壤的冲刷。

（4）高温时间在延长。与往年相比，在一年的四季中，相对的温度在提高，形成相对的高温时间在延长。这样，无论在冬天还是在夏天，相对的高温在提前出现，而且在时间上持久。

（5）强风在增多。强风在海洋和陆地上都在增加，强度在增大。在海上，尽可能搅动更深的海底，使海底的泥沙到海水表层。在陆地上，尽可能吹动地面的土壤颗粒，带到天空中。这样，全球的强风在增多。

2.3 模式分布

未来地球气候模式在我国具有不同的地区分布。根据未来地球气候变化的模式，将中国分为几个大区域。① 在内陆区域：甘肃、内蒙古、山西、宁夏和新疆等地区；② 在近岸地区：浙江、广西、广东、福建和海南等地区；③ 在流域盆地：长江沿线的湖南、湖北、江西、浙江和重庆等10个省、市局部地区；④ 在海洋区域：南海、东海和黄海等水域。了解我国的区域符合那一类气候模式，以便在不同的区域采取不同的方式来应对气象，采取相应的防灾减灾措施。

2.4 模式功能

“未来地球气候变化的模式”通过近岸的洪水、大气的沙尘暴和海底的沉积物向缺硅的水体输入大量的硅，补充海洋真光层硅的缺乏，缓解硅进一步限制浮游植物的生长。这样，未来地球气候模式由陆地、大气和海底的3种途径（图1），将陆地的硅输入大海中，而且加大从陆地向海洋输送硅的含量，来满足浮游植物的生长。

3 2010年天气变化对模式的印证

根据中国环球网发布的2010年的天气资料［5－6］，进行分析得到以下研究结果。

3.1 近岸地区和流域盆地

2010年4月29日至5月17日，中国南方地区出现4次大范围强降水天气过程。江南、华南降雨日数普遍在8d以上，部分地区超过10d。江南、华南大部降水量有100～200mm，其中广东中部和北部、江西南部达200～300mm。其中广东韶关、南雄降水量均为1951年以来历史同期极大值。

4月底以来，中国南方地区多次出现的强降雨过程，具有过程频繁、雨量大、短时强度高、极端性强、影响范围广和致灾重的特点。持续强降水造成湘江、漓江出现超警戒水位洪水，赣江出现2010年以来最高水位，北江支流滃江发生1964年以来的最大洪水。

这次降雨过程历时很长，华南地区连续出现了14次强降雨过程，多条河流发生超出警戒水位的大洪流。福建闽江干支流、晋江、九龙江、汀江，广西西江支流桂江、蒙江、贺江，江西赣江上游及湖南湘江上游等河流都超过警戒水位。其中闽江支流岭尾溪及九龙江支流新桥河发生超过历史记录的大洪水。

7月8日以来的强降雨已造成长江沿线的湖南、湖北等10省市局部地区遭受洪涝灾害。

2010年水情突出表现为3个特点：一是主要江河洪水量级大，部分河流超过1998年。江西信江、抚河发生超历史纪录特大洪水，重现期50年；福建闽江发生30年一遇的大洪水。二是发生洪水河流众多。6月13日以来的暴雨洪水涉及长江、闽江和西江3个流域，江西和福建等110余条河流发生超警洪水，9条河流发生超历史纪录洪水。三是闽江、湘江和资水等南方11条主要江河同时发生洪水，近年来少见。

3.2 内陆地区

新华网北京7月9日的题目：《中国面临旱涝灾害双重考验》。近来，我国一度呈现北旱南涝之势。甘肃、内蒙古和山西等地区滴水如金，广西、江西、福建、湖南一带却暴雨成灾，这种旱涝并存的局面对中国的防灾、减灾、救灾能力提出了极大考验。

2010年旱情主要有3个特点：一是受旱地区集中，主要集中在黑、豫、内蒙古、晋、皖等省区，局地旱情十分严重；二是旱情发生早，冬麦区旱情发生时间明显早于常年；三是受旱面积大，3月中下旬，全国耕地受旱面积一度达0.17亿hm2，比往年同期多166.7万hm2。我国中部、北部地区滴水难求，而华南一带却连日大雨，湍急的水流冲垮房屋，冲破大坝，引发山洪，造成多处险情。

3.3 台风

从2010年3月25日至9月10日一共有10个台风。在3月只有1个，7月13日至9月10日一共有9个台风，这表明台风集中在这3个月。

（1）台风路径增长。2010年第4号热带风暴（电母）在韩国南部沿海登陆后继续向东移动，影响东海北部、黄海南部。2010年第7号台风（圆规）9月2日在朝鲜半岛西部登陆。2010年第9号热带风暴（玛瑙）于9月4日向浙江北部沿海移动，然后逐步靠近韩国南部沿海。

（2）台风对近岸陆地和水域带来很大影响。2010年第5号强热带风暴（蒲公英）于8月25日凌晨登陆越南北部，2010年第6号热带风暴（狮子山）于9月2日在福建省漳浦县沿海登陆，2010年第7号台风（圆规）于9月2日在朝鲜半岛西部登陆。2010年第9号热带风暴（玛瑙）于9月4日向浙江北部沿海移动，然后逐步靠近韩国南部沿海。2010年第10号热带风暴（莫兰蒂）在福建省石狮市沿海登陆。

强热带风暴（蒲公英）带来的影响，南海西部海域、北部湾将主要有7～9级大风，中心附近海域的风力可达10～11级，并伴有7m以上的巨浪；8月24日海南大部、广东中西部和广西将有暴雨到大暴雨；8月25日广东和广西沿海仍有大雨到暴雨。

受热带风暴“狮子山”影响，华南中东部、江南中东部、江淮、黄淮以及东北地区将有大到暴雨，局部大暴雨，风力6～7级；其中福建南部和广东大部、江西北部、安徽中南部及江苏中北部有暴雨到大暴雨，过程降雨量可在100mm以上，极值可在300mm，台湾海峡、巴士海峡、巴林塘海峡和福建南部、广东南部沿海将有8～9级大风和3～4m的大浪。

受热带风暴（玛瑙）影响，东海大部、台湾移动洋面、巴士海峡、巴林塘海峡将有6～8级大风，“玛瑙”中心经过附近海域风力可达9～10级，阵风11～12级。黄海北部、黄海中南部将有6～8级大风，琉球、东海北部、黄海中南部有4～6m的巨浪。

受热带风暴（莫兰蒂）影响，在广东东部、福建、浙江、江西东北部、上海、江苏南部和安徽东部等地将有大雨到暴雨；其中，福建中北部、浙江西部、江苏南部和安徽东部部分地区有大暴雨，以上地区局部有特大暴雨。台湾海峡、东海沿海、福建和浙江沿海将有7～8级大风，阵风可达9～10级；以上海域有2～3m大浪。

（3）台风密度加大。2010年8月29日有1个台风出现，第6号热带风暴（狮子山）。2010年8月30日有2个台风同时出现，第6号热带风暴（狮子山）和第7号台风（圆规）。2010年8月31日有3个台风同时出现，第6号热带风暴（狮子山），第7号台风（圆规）和第8号热带风暴（南川），7级大风圈的半径分别为200km、230km和100km。

4 结论

通过地球系统的营养盐硅补充机制，笔者提出了“未来地球气候变化的模式”。对此模式的分析研究，展示了未来地球气候变化模式的种类、内容、特征、分布和功能。并且通过2010年的天气变化印证了未来地球气候变化模式。现在经常发现有极端天气，然而极端天气在长时间地、经常地出现，也就没有极端了。这只是气候变化的未来发展趋势。

在不同的区域，根据不同的“未来地球气候变化的模式”，建立不同的防灾减灾体系和基础设施。在近岸地区和流域盆地，建设排水系统，做好城市、农田的排涝，注意连续遭受暴雨袭击，防范可能引发的洪涝灾害，如塌方、落石、山洪、泥石流和山体滑坡等灾害。在内陆区域，建设节水灌溉系统，做好城市、农田的干旱，注意高温、强风和持续的干旱，防范可能引发的干旱灾害，如沙漠化和沙尘暴等灾害。在海洋区域，建设预测、预报的设施和设备，完善预测、预报的机制，注意风暴潮的面积、强度、速度等级别，防范台风、飓风、热带风暴和寒潮等风暴潮可能引发的海上灾害。

洪水、沙尘暴和风暴潮，以3种方式向大海水体输送硅。这3种方式对人类生存来说是3种灾害，但是这些灾害与全球气温和水温上升所带来的灾害相比是微不足道的［8］。这是由于洪水、沙尘暴和风暴潮是局部的灾难，然而全球气温和水温上升所带来的灾害是全球性的灾难。因此，通过“未来地球气候变化的模式”，对洪涝灾害、干旱灾害和风暴潮灾害等灾害进行时时监测，提高预报精度和准确率。人类要应对这个气候变化给生态环境带来的变化和给人类带来的旱涝灾害，都需要人类积极采取应急措施和方案，利用现代技术加强防灾减灾的系统建设，以便减少未来的自然灾害对人类的影响。

［1］ 杨东方，高振会，王培刚，等 .营养盐硅和水温影响浮游植物的机制［J］.海洋环境科学，2006，25（1）：1－6.

［2］ 杨东方，高振会，孙培艳，等 .胶州湾水温和营养盐硅限制初级生产力的时空变化［J］.海洋科学进展，2006，24（2）：89－96.

［3］ 杨东方，高振会，秦洁，等 .地球生态系统的营养盐硅补充机制［J］.海洋科学进展，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 .全国多省暴雨袭击发生洪涝灾害［EB/OL］.（2010－07－18）［2011－07－18］.http：//world.huanqiu.com/roll/2010年的天气资料 .

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

［7］ 佚名.发布的台风预报分析［EB/OL］.（2010－07－10）［2011－07－18］.http：//www.typhoon.gov.cn/forecast/.

［8］ 杨东方，吴建平，曲延峰，等 .地球生态系统的气温和水温补充机制［J］.海洋科学进展，2007，25（1）：117－122.

中国科学院知识创新工程重要方向项目——长江口及其附近海域的营养盐的变化过程（KZCX 2－207）；国家海洋局北海环境监测中心主任科研基金资助——长江口、胶州湾及其附近海域的生态变化过程.