厄尔尼诺和拉尼娜现象各是什么?对全球气候有什么影响?

厄尔尼诺和拉尼娜现象各是什么?对全球气候有什么影响?

反对高赞回答,拉尼娜现象以及厄尔尼诺现象主要是由沃克环流异常引起的,而不单单只是海温异常对大气的强迫,而且也没有讲明白这两个现象到底会对全球产生什么影响。实际上,这两个现象是相当复杂的,一旦发生都会对全球气候产生影响,当然也会与全球变暖有所关联。拉尼娜年可能会对全球变暖有所缓解,而厄尔尼诺年则会进一步加剧升温。

①名称来源及定义

首先这个名字可不是胡来的, 西班牙语“El Niño”(圣婴,小男孩),源自南美洲的秘鲁和厄瓜多尔。起初在发现这个现象之前,当地渔民曾观察到圣诞节前后太平洋沿岸海水会周期性异常升温,从而影响渔业。

而厄尔尼诺现象具体指的是发生在赤道中东太平洋海域,持续时间超过5个月的大范围异常持久的海表温度显著升高现象。这主要是一个海洋大气—耦合现象,大气环流变化与海洋温度异常,相互促进、锁定以及放大。[1]

②核心成因机制

背景:中性状态(非厄尔尼诺/拉尼娜年):

赤道太平洋盛行强劲、稳定的东南信风(由东到西),这些信风推动赤道表层暖海水持续向西太平洋,即印尼、澳洲北部等海域堆积,从而形成一个巨大的“暖池”,导致该区域海平面升高(可高出东太50厘米以上)、水温极高(达30℃)、温跃层很深(达150~200米)。

与此同时,东太平洋的表层暖水被向西推走,深层冷海水不断上涌补充,导致该区域海表温度较低(24℃)、温跃层较浅(小于50米),这就形成了一个东冷西暖的格局。

这种海温格局则驱动了沃克环流,西太平洋暖水区上方暖湿气流强烈上升,在高空向东流动到达东太平洋冷水区上空时,冷空气冷却下降,接着在近地面形成偏东信风流回西太平洋。[2]

厄尔尼诺发生:平衡打破

触发点:东南季风异常减弱甚至有时出现翻转(即出现异常的偏西风),这是启动厄尔尼诺的关键一步。信风减弱的原因复杂,可能源于大气内部随机变化或者是前期海洋状态的反馈。

由于西风减弱或出现西风异常,原本堆积在西北太平洋的暖水失去“束缚”开始向东回流,形成暖水回流现象。而减弱后的东西气压差削弱了东太平洋的上升气流,温跃层加深,冷水上升被显著抑制甚至停止。

由于大量暖水回流并滞留在赤道中太平洋,会导致该区域海水表面温度显著高于年平均值(通常偏高0.5℃以上,强事件甚至可达1.0~1.5℃甚至更高),海洋热容量也会异常加大。[3]

核心大气反应(锁定与放大):

通常来说,厄尔尼诺现象多出现于北半球春季或初夏,在冬季12月左右达到巅峰状态,随后开始逐渐减弱,随后在次年春季结束。[4]

①名称来源及定义

她的名字也不是空穴来风, 西班牙语“La Niña”(圣婴,小女孩),体现的现象与厄尔尼诺相反。

而拉尼娜现象具体指的是赤道中东太平洋海域,持续时间超过5个月的大范围、异常持久的海表温度显著降低现象,和厄尔尼诺一样,同样是一个强海洋—大气耦合现象。

②核心成因机制

(正常状态同上)拉尼娜发生:加强常态

触发点:东南信风异常增强。这是启动拉尼娜的关键一步,增强原因同样复杂。

核心海洋响应:

中东太平洋海温异常降低:表层暖水被更强烈的向西推走,加上冷水上涌更剧烈,导致赤道中东太平洋海表温度显著低于常年平均值(通常偏低0.5℃以上,强事件可达1.0~1.5℃,甚至更低)。[5]

核心大气响应(锁定与放大):

一般来说,拉尼娜现象可独立发生或在厄尔尼诺事件之后出现,持续时间会比厄尔尼诺更长,但是其巅峰状态也常出现于北半球冬季。

当赤道中东太平洋还没有温度出现异常且持续性的偏高时,它会改变海洋向大气输送热量和水汽的格局,会在一定程度上改变大气环流,进而导致全球范围内一系列典型的气候异常。

①对美洲的影响:

美国北部和加拿大:更容易出现异常温暖的冬季降雪量将会有所减少,常常形成“暖冬”格局。[6]

②对亚太地区的影响:

中国:影响复杂但规律可循,通常会导致西南季风减弱,使得主要雨带滞留在我国南方。因此长江流域和江南地区更容易出现持续性的暴雨和严重洪涝。与此同时,华北和东北地区则更容易出现高温和干旱。在冬季我国北方出现“暖冬”的概率将会显显著增加。[7]

③对其他地区的影响:

拉尼娜本身就是厄尔尼诺的反相,它本质上是对正常气候模式的极端强化。它导致西太平洋的暖水更加集中,沃克环流变得比常年更为强劲,因此其影响在许多方面上与厄尔尼诺几乎相反。

①对美洲的影响:

②对亚太地区的影响:

③对其他地区的影响:

首先可以明确的是厄尔尼诺事件并非是全球变暖的原因,它不会主导全球变暖,但它会以一种“放大镜”或“助推器”的形式让全球变暖的效应在短期内变得格外显著和剧烈。

①显著推高全球平均气温:

在厄尔尼诺期间,广阔的赤道中东太平洋海域的海表温度会异常升高,这片巨大的暖水池像一个强大的“热源”,将海洋中储存的巨量热量,高效的释放到大气中。

这种海洋向大气的额外热量输送,会导致全球平均表面温度在事件发生当年及次年出现一个明显的“台阶式”跃升。有记录以来最热的年份(如2016、2023年)几乎都发生在强厄尔尼诺事件的背景下,它就像在长期变暖的上升曲线上增加了一个陡峭的峰值,使得破纪录的高温更容易出现。[8]

②大气中二氧化碳浓度增长:

厄尔尼诺引发的全球气候异常会严重干扰地球主要的“碳汇”(吸收二氧化碳的系统):

因此在厄尔尼诺年份,尽管人类排放的二氧化碳量大致平稳增长,但大气中二氧化碳浓度的年增长率往往会加速上升。这意味着,地球自然系统处理人为排放的能力被暂时削弱了。[9]

③凸显极端事件,提供未来“预览”:

厄尔尼诺会极大的增加全球许多地区发生极端热浪、干旱和暴雨的风险。这些事件在未来这个更暖的世界里本身就会变得更频繁、更猛烈。而厄尔尼诺事件会让我们提前窥见在一个持续变暖的未来,极端天气事件可能变得更加常态化的情景,它放大了全球变暖的后果,使其变得更加显而易见和具有破坏性。

与厄尔尼诺相反,拉尼娜事件在短期内扮演了一个“缓冲器”或“掩饰者”的角色,但它并未直接改变全球变暖的长期本质。

①暂时压低全球平均气温:

拉尼娜期间,赤道中东太平洋的海表温度异常偏低,这片巨大的“冷源”像一个“热量吸收器”,促进大气中的热量,更多的向海洋内部输送和储存,海洋的热容量极大,吸收大量热量后,其表面温度并不会立即大幅上升。

这也会导致全球平均温度的上升速度在拉尼娜年份会暂时放缓。但它并不会让全球变冷,而是让长期变暖曲线呈现“平台式”或“缓慢上升”的特征。在连续拉尼娜年份(2017~2018年、2021~2022年)全球温度排名可能会暂时从创纪录的高位略有回落,但背景仍然处于一个极高的水平。这极容易给人造成“全球变暖暂停了”的误解,但实际上热量并没有消失,只是被更深的藏在海洋里。[10]

②增强部分海洋碳汇:

拉尼娜期间,东太平洋强烈的冷水上涌富含营养盐,可能促进某些区域的浮游生物生长,通过光合作用吸收更多的二氧化碳,同时寒冷的海洋表面更易溶解二氧化碳。

这可能会暂时增强海洋的碳吸收能力,使大气二氧化碳浓度的年增长率略有放缓。但同时只是一个暂时的、区域性的效应,无法扭转由人类排放驱动的长期增长趋势。[11] [12]

③制造“虚假平稳”的错觉:

拉尼娜事件对全球变暖最显著的影响就是可能会“遮掩”变暖的强劲势头,当有人说某个拉尼娜年“不是有记录以来最热的一年”时,大家可能会产生疑惑,误以为变暖趋势停止了。然而科学分析清楚地表明,即使是最冷的拉尼娜年,也比几十年前最热的厄尔尼诺年要温暖的多,它掩饰了长期趋势,但并未改变趋势本身。

拉尼娜和厄尔尼诺现象均属于行星尺度气候系统,它们的成因非常复杂,但都是地球气候系统的正常交替过程,也能够在数月甚至一两年的时间尺度上影响全球气候系统。对于全球变暖来说,厄尔尼诺凸显了它的危险性,而拉尼娜则制造了“虚假平稳”的错觉。但无论怎样改变不了变暖的事实以及未来大趋势。