太阳活动和厄尔尼诺对气候的影响

上海市奉贤区气象局 顾品强

太阳活动和厄尔尼诺对气候的影响

上海市奉贤区气象局 顾品强

今年以来，世界多地出现高温热浪、干旱、暴雨洪涝、强台风、龙卷风等极端天气气候事件，并纷纷将始作俑者指向了厄尔尼诺现象。7月一则“2030年后，太阳会休眠，地球可能进入小冰河期”的报道更是被社会各界广泛关注，甚至有人将历史上“小冰河期”的发生与朝代兴衰更替作“夸张”联想。因此，在当下科学认识、顺应和降低自然界可能面临的气候风险是人类尤为紧迫的任务。

太阳活动对气候的影响有多大

人类在170多年前，首次发现太阳活动存在周期约为11年一个轮回的变化规律，以1755年作为第一周期开始，至2015年为第24周期的峰年。历史上1645～1715年的70年间，太阳活动减少，导致太阳辐射减少，地球由此经历所谓“小冰河期”，且刚好对应了欧洲和北美洲以及世界上大部分地区最冷的时期，因这一现象由19世纪末英国天文学家蒙德发现，故史称“蒙德极小期”。英国科学家扎尔科瓦于2015年7月提出的“2030年后，太阳会休眠，地球将大幅降温，可能进入小冰河期”指的就是这种景象。其主要根据是他们发现并研究了太阳内部和表面两种不同的磁场波动，并由此建立了新的太阳活动预测模型，预测在2030年左右太阳活动将减少60%，地球气温将接近1645年的“小冰河期”。限于人类于1975年才有完整的太阳磁场观测数据，无法猜测具有很长时间尺度的太阳活动与几十年时间尺度的“小冰河期”之间会有因果关系，目前科学界虽然肯定太阳活动对地球气候的长期影响存在，但在学界一直存在争议，对其影响有多大、机理等还停留在初步水平，并没有形成完善的理论描述，大多数学者都是通过对事件比对或相关性的角度进行的一些猜想、推论，其因果关系难以确定。一般认为在太阳活动的单数周期，气候由冷转暖，而双数周期则由暖变冷。从上海1873年以来的年平均气温的历年变化来看，仅在少数太阳活动周期存在温度和太阳活动的这种对应关系，但自20世纪80年代后期开始的气候变暖事实已无法说明太阳活动在气候变化中所起到的影响和贡献。

不妨以历史上“小冰河期”重要依据之一的“蒙德极小期”为例，1645年到1715年太阳活动的减弱只使地球平均气温下降了大约0.3℃，比整个20世纪的平均温度低0.5℃，若与较暖的20世纪后30年的平均温度相比则低1℃。既是处于小冰期，其变冷程度各地并不一致，对旱涝反应也不一样。实际上自人类有气象观测记录以来，在太阳活动的20、21周期（大致为1960年代中期到1980年代中期）也曾发生过“年代际”的全球变冷，比如这两个周期的奉贤区年平均气温均为15.4℃，与第22～24周期相比其偏低幅度为0.5℃～1.1℃，奉贤1959年以来57年间的极端最低气温-10.1℃记录就是在那个时期（1977年1月31日）创造的，导致当年柑橘遭受严重冻害而大多绝收；随后1980年、1981年因后季稻秋季低温开始期分别大幅提早至9月19日和9月10日，为57年间最早的两年，导致水稻“翘穗头”，空秕率大增，造成这两年的后季稻单产量分别比1979年大减45.9%和43.4%，一年种植三熟热量偏紧问题引起关注，以致在1980年代中期开展耕种制度“三熟”改“二熟”的调整，以缓和热量和季节矛盾。因此，届时太阳辐射正如推断的“小冰河期”到来，也就意味着某一时期出现降温变冷，会对人类造成的影响，在农业上一些喜温类作物和生长季长的高产品种受灾的可能性增大。但以目前的科技水平和防灾能力，加上温室效应的存在和加剧趋势，气候变暖整体趋势并没有改变，“小冰河期”影响也不会有那么明显，应该不用十分担心。

厄尔尼诺现象对气候的影响大吗

厄尔尼诺（El Nino）现象其气象学定义是赤道中东太平洋海温异常增暖现象，当海水表面温度高于常年同期0.5℃以上且持续6个月以上就确认为厄尔尼诺事件，形象地讲，就是在大海出现的阶段性类似于人类的感冒发烧现象，即传统的海洋与大气之间能量交换和温度分布发生变化，导致太平洋沿岸国家或地区气候异常，故有人将厄尔尼诺事件称为“暖事件”；与增暖相对应的拉尼娜（La Nina）现象则是指上述洋面上水温异常变冷的现象，也称“冷事件”。厄尔尼诺平均3到4年会出现一次，2015年厄尔尼诺始于2014年5月，目前厄尔尼诺已达到中等强度，能否达到强厄尔尼诺水平还具有不确定。过去100年来一共只出现了3次“超级厄尔尼诺”，分别是1972年～1973年、1982年～1983年、1997年～1998年。比起厄尔尼诺引起单纯的气温变化，极端天气更容易引发危险。1972年厄尔尼诺导致世界范围大旱，粮食大量减产，水资源严重匮乏；1983年厄尔尼诺反常地引发美洲冷水鱼荒，澳大利亚异常干旱，秘鲁、乌拉圭洪水泛滥；1998年爆发的50年来最强厄尔尼诺导致我国长江流域发生特大洪灾，这些灾害都与厄尔尼诺相伴而来。但每次厄尔尼诺发生时间（季节）、位置、强度及持续时间都不尽相同，因而其可能伴随出现的灾害类型、强度及发生时间（包括滞后性、时间长度）和所波及的区域都是不确定的，就是说具体对一个地区，每次厄尔尼诺发生所带来的极端天气灾害也各不相同，其影响概率有时并不比同类灾害气候概率高多少。以21世纪以来上海地区的高温、降水量为例，年高温日数超过30天的偏多年份有5年，均发生在非厄尔尼诺年；在汛期降水量偏多的年份中则大多发生拉尼娜年和非厄尔尼诺年，汛期降水较少年份与厄尔尼诺年没有明显的对应关系，台风影响的次数及强度在厄尔尼诺年没有显示增多和增强趋势。据此大致推测2015年厄尔尼诺发生年上海的气候，即出现高温日数明显偏多的可能性不大，台风次数、汛期降水量则具有不确定性。总之，在科技仍在发展的今天，人们尚无法说清厄尔尼诺现象与气候变暖以及在我们身边发生的恶劣天气之间的确切关系，在灾害发生之前仍是一个“影响无所不在、看不见、摸不着、时刻须防范”的模糊概念。

太阳活动和厄尔尼诺有何关联及对气候的影响

现有观测事实和研究显示，太阳活动和厄尔尼诺/拉尼娜事件发生都具有周期性波动特点，前者约存在11年周期（最长13.6年，最短9年），后者波动周期约为2～7年。然而众所周知，地球距离太阳十分遥远，太阳活动与厄尔尼诺之间究竟会有怎样的关系呢？太阳活动最主要的表现是黑子和耀斑，其循环变化的周期相同约为11年，通过对某些地区太阳辐射数量产生影响，使大气环流发生变化，导致反常的冷暖、干湿差异，厄尔尼诺现象的产生一定程度上与此有关。太阳活动的强弱通常用太阳黑子的多少来表示，太阳黑子多，太阳活动较强，太阳黑子少，太阳活动较弱。据研究，厄尔尼诺年的气候概率为23%，在太阳黑子数小于70、70～100、高于100时，厄尔尼诺年出现概率分别为84%、22%、4%；在黑子谷年位相前后出现厄尔尼诺年的概率接近80%，证明厄尔尼诺年与黑子数小于70的年份关系密切，明显高于气候概率，厄尔尼诺年与黑子11年周期谷点年位相显示存在较高的相关性。

目前，太阳黑子对气候的影响研究侧重于对降水（旱涝）、台风以及极端天气产生及可能的影响区域等方面，以太阳活动对雨量的影响为例，在长江流域表现为太阳黑子多时雨量多，少时则雨量少；而在黄河流域则相反，在黑子多时雨量少，黑子少时则雨量多；西南地区黑子多时，7月份雨量明显多于常年，6月反而减少，8月则不一；在西北地区，大旱年、一般干旱在黑子谷年（厄尔尼诺事件多发生于此）出现较多。但总体而言这些相关性也仅略高于气候概率。因此，太阳黑子数的周期性变化与厄尔尼诺年虽然有一定的对应关系，但就此认为太阳活动是可以预测的，并且通过太阳活动规律来预测厄尔尼诺事件、地球变暖和变冷等气候变化趋势，难免会出现偏差，不应该被过度地解读和“夸张”，避免产生不必要的社会恐慌。