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科学家眼中的拉尼娜是怎样的?前沿理论改变生活!

“三重”拉尼娜真要来了。当世界气象组织的预测结论一出、国家气候中心进行解读,许多人为之一动:今年会是冷冬吗?今年冬天会有极端低温吗?拉尼娜与“冷”的各种联想迅速成为各社交平台的热议话题。

  

拉尼娜现象,一个听上去远不如大风、暴雨具象的科学名词,是如何打出如此高的社会知名度的?而在对其无疑更为熟知的气候学家视角中,拉尼娜、厄尔尼诺,这一相对来说比较“年轻”概念以及相关理论的形成,又意味着什么?

  

国家气候中心气候服务首席专家周兵,从其个人观察和职业经历,为我们一一讲述分析。某种意义上,这或许也是前沿理论取得进展后,迅速改变全球每个人生活的一个印证。




在周兵看来,公众熟悉拉尼娜,是比较自然的——“我们统计了拉尼娜年我国冬季气温距平,其中18次拉尼娜冬季,新的气候态背景下,冬季气温距平低于-1℃的有10次,在0℃到-0.99℃间的有6次。”周兵进一步解释,拉尼娜与我国冬季气温的对应关系比较直接,尤其是20世纪80年代中期之前,当拉尼娜事件出现的时候,往往对应着冬季偏冷或“冷冬”,甚至“强冷冬”。但随着全球变暖,这种对应关系在减弱,甚至有个别拉尼娜事件年也会出现“暖冬”。

  

2021年秋冬季第二重拉尼娜来临的时候,当年11月5日至9日我国遭遇有气象记录以来第4强的寒潮过程,让公众感性认知了拉尼娜“冷”的印象,诸多媒体发出强寒潮是否“打脸”气候变暖的疑问。人们自然联想到2008年初,我国南方发生的历史罕见大范围持续性低温雨雪冰冻灾害与拉尼娜的关系。



接下来,视角切换到气候学家这里。

  

拉尼娜与我国冬季气温、夏季降水有一定对应关系,但不能完全画等号。因为我国气候复杂多样,除了拉尼娜和厄尔尼诺,影响因子还有高原积雪、北极海冰等大气内外诸多强迫因素,需要综合分析判断。不过对气候学家而言,拉尼娜或厄尔尼诺概念以及相关理论的出现,确实有着极为特殊的意义。

  

“南方涛动指数(SOI)和海温指数是不是正相反?”周兵指着近五年“Niño3.4区海温指数(℃)和SOI逐月演变图”逐一介绍。尽管具体定义有所差别,但在全球的气候学家眼中,这张图上呈现着海洋和大气各自的变化和相互之间的密切关联,是用以分析和预测全球气候的重要工具。

  

它也代表着,过去100年间科学上的一种传承和接力。


20世纪20年代,英国气象学家吉尔伯特·沃克(Gilbert Walker)利用澳大利亚达尔文站、赤道中太平洋塔希提站的观测资料,发现印度洋和太平洋海平面气压变化存在一种神奇的“跷跷板”关系。1924年,他将这种气压变化形式命名为南方涛动(Southern Oscillation,简称SO)。

  

南方涛动是热带大气对厄尔尼诺或拉尼娜的响应,但彼时学者并不了解这点。加之1930年到1950年之间,表征南方涛动的气候信号较弱,同以前相比非常不明显,对南方涛动的进一步研究陷入低潮。

  

直到1960年,雅各布·皮叶克尼斯(Jacob Bjerknes)对厄尔尼诺的机制进行深入研究时,发现热带太平洋存在一种大气垂直环流型。以此为基础,他第一次将南方涛动与海表温度联系了起来,指出南方涛动和厄尔尼诺存在的密切联系,是热带大气和海洋运动相互作用的表现。后来,为了表彰沃克的贡献,气象学家将这个环流命名为“沃克环流”。

  

科学界把厄尔尼诺和南方涛动合称为恩索(ENSO)事件,ENSO事件的发生,往往与区域或全球大气气候异常密切相关,在全球变暖的背景下,引发更多极端天气。




ENSO这一信号出现后,对气候学家来说意味着什么?

  

周兵直言:“这不就是我们气象工作者最喜欢、兴奋的吗?”

  

周兵说,因为它们与气候状况有很好的对应关系,并可应用到气候预测实践中,能够有效提高气候预测准确率。在气候学家眼中,它们是“全球范围内年际、年代际气候变化显著信号”。

  

简单地说,当赤道中东太平洋海温发生变化,引发全球或区域气候异常主要有三种途径:

  

其一为按由近及远原则,通过纬圈环流(沃克环流及次级环流)影响热带地区,包括南美洲,澳大利亚、印度尼西亚等地及热带非洲;再者为通过大气遥相关波列传播间接影响下游北美地区,也称为大气“遥相关”;还有通过“上游效应”影响西太平洋副热带高压,则会导致东亚地区经向环流异常,从而影响东亚地区。

  

这些理论是如何改变气候学家分析和预测气候的思维方式的?

  

举一个例子。从2020年8月开始,赤道中东太平洋一直维持冷海温事件,与这一时间线重合的,其中之一是澳大利亚连续三年遭遇历史罕见洪水。作为一名气候学家,在周兵的视角中,他“尽管不清楚哪一天会下暴雨,因为暴雨作为一种天气过程,需要和其他环流配合起来才能触发”,但他“很清楚该地区降水会明显增加,因为拉尼娜提供了一个容易产生暴雨的背景”。

  

在我国,对ENSO理论和机制运用最为成功的例子之一,就是对1998年长江中下游降水偏多较为准确的把握。

  

是的,前沿理论的进展和突破,已经并还将不断以气候预测为桥梁,影响着社会生活的各个领域,让个体可以通过预判,调整更有利的行为方式。



不过,有ENSO相关理论加持,为什么气候预测,特别是中国气候预测,仍然并非一件易事?

  

东亚位于ENSO发生区的上游,我们先来看“上游效应”是如何发生的。举例来说,以拉尼娜为例,纬向沃克环流中的东南信风把东太平洋温暖的海水带向西太平洋,赤道西太平洋就会出现温暖潮湿的低压区,低压区对流活动加强,使得热带辐合带加强,降水强度加大。而赤道西太平洋上升运动的加强,又通过经向的哈德莱环流,造成了其北面副热带高压中下沉气流的加强。听上去有点复杂,这涉及热带大气与热带外大气的相互作用。今年夏天强大副热带高压控制下我国南方出现持续旱情,华北、黄淮等地多降水的背后,拉尼娜层层“推动”的影子作用,其施加的影响“功不可没”。

  

类似这样,每次过程的形成机理和基本特征都不尽相同,影响途径复杂多变。比如,因为这种“层层转发”的关系,海温异常的强度、位置哪怕有一点点变化,传导到我国这里就会导致副热带高压位置、强度发生相应调整与配置。相对的,某个区域是旱是涝,结果可能有所不同,但可以肯定的是有放大旱或涝的特征。

  

而除了ENSO本身,北极海冰、欧亚积雪等因子也在通过各自的复杂方式影响着我国气候,又是一重难度,气候预测有较大的不确定性,因此,需要滚动会商来不断跟进。


那这种复杂性该如何解?


可能,大家心中已经有了答案。是的,那就是不止步的理论创新。



作者 | 中国气象局气象宣传与科普中心(中国气象报社)全媒体记者 卢健

编辑 | 中国气象局气象宣传与科普中心(中国气象报社)全媒体记者 杨胜蓝


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