我们和厄尔尼诺的那些事（IV）

继续介绍ElNino的多变。。。做人不要太ElNino哦...

 第一部分：厄尔尼诺是谁？

1.       多变的性格

2.       堕落的天使

3.       我们的构造

4.       一个媒人

厄尔尼诺和拉尼娜是一个周期性循环中两个互补的位相呢，还是它们是两个独立的事件，都是由某种“扳机”触发的对正常状态的偏离，一些扰动导致冷水出现，而另一种扰动导致暖水出现？这两种不同的观点反映了对时间的不同感悟。那些相信是某种“扳机”导致厄尔尼诺的人把时间看作是一支箭，向着既定方向前进，从开始到结束，从出生到死亡。另一种关于时间的领悟是，把时间理解成自然循环。厄尔尼诺可以看作是一个永无止境的循环的一部分，就象在《传道书》中提到的：

日头出来，日头落下，急归所出之地。风往南刮，又向北转，不住地旋转，而且返回转行原道。江河都往海里流，海却不满；江河从何处流，仍归还何处。万事令人厌烦（或作：万物满有困乏），人不能说尽。眼看，看不饱；耳听，听不足。已有的事后必再有；已行的事后必再行。日光之下并无新事。

――《传道书》，1：5－9

圣经简化字现代标点和合本. 中国基督教协会

许多文学作品都涉及到这两种不同的时间观，有的作品感叹时间象箭一样一去不回头，有的则叹息时间会周而复始，过去的事总是会重来。哪种说法更适合描述厄尔尼诺呢？现在的这种争论有点类似于十九世纪对地质数据的解释所引起的争论。一些早期的地质学家，后来被称为“灾变学家”，根据圣经上记载的事件和灾难来按时间顺序描述地球历史，认为地球上很多事件都有一个确定的起源。（James Ussher，是爱尔兰阿马地区的主教，提出创世纪精确开始于公元前4004年，11月23日，周一上午9：00）。1795年，詹姆士·胡顿（James Hutton，1726－1797，苏格兰地质学家，物理学家，自然学家和化学家，被认为是现代地质学之父，译者注）提出一种截然不同的观点，他提出地质记录应该一直往回推，地质事件应该用一种“没有开始的痕迹，没有结束的希望”的重复循环来解释。胡顿相信诸如岩石的侵蚀和缓慢抬升这些亘古不变的、在漫长历史长河中缓慢而坚定地作用着地球的地质进程造就了过去以及我们今天看见的地质景观。他的支持者们因而被称为“均变说家”。虽然他们提出了许多有说服力的观点来解释很多地质记录，但是不可否认化石记录却告诉我们不同物种都朝一个确定的时间方向进化。许多争论之后，地质学家才都接受了时间既有方向也会循环这种观点。厄尔尼诺的研究者们也理该如此。

1997年发生的厄尔尼诺事件支持了厄尔尼诺有一个确定开始这种观点。正是当年的西风爆发才导致了厄尔尼诺的发展。然而有些时候，类似的西风却不会产生厄尔尼诺。很明显，只有时机恰当的西风爆发才会产生厄尔尼诺。这个“恰当”的时机是由什么因素决定的呢？设想有一个钟摆，随机地受到一个不大的冲击。在适当的时候，这个冲击可以使振幅变得很大；在错误的时候，这个冲击可以使钟摆接近停止。这个例子表明我们应对的是一个可以受到随机扰动的没有止境的循环。时间箭头和时间循环结合的观点就可以解释为什么每个厄尔尼诺都有显著区别。1997年的厄尔尼诺特别强的原因就是，在厄尔尼诺快要来临之际，一系列的西风爆发也随之发生，从而显著加强并且加快了厄尔尼诺的发展。1992年的厄尔尼诺弱且持续时间长的原因就是缺少适当的随机扰动。

从图1.1中可以很清楚看到厄尔尼诺和拉尼娜的信号，以及他们各自发生的时间，但是我们仍然不知道这些现象到底是怎样的。图1.2展示的图像正印证了中国古代一个伟大哲学家孔子的话：“君子中庸，小人反中庸。”我们对于厄尔尼诺这个不寻常的事件投入了几近奢侈的注意力，但事实上，普普通通的拉尼娜却是两者中间更有意味的。厄尔尼诺的温度型态直接明了，均匀的海表暖水准确位于我们所预期的热带地区，因为那里的太阳辐射最强。相反，拉尼娜倒显得神秘而有趣：她在太阳辐射的很强的地方却保持了相当的冷静，以独特的风格展示了她的冷酷。她海表的温度型态是神奇的不对称。尽管太阳光的强度不依赖于经度，而且相对赤道南北是完美对称的，她却使得热带太平洋东部的海水比西部冷，而且在东部，最暖的是在赤道以北的一条带状区域。拉尼娜把这条著名的线――赤道，把地理学家的一个聪明创造变得非常特别――这条向西伸展的冷水带，富含营养物质因而养育了丰富多彩的海洋生物。沿着海岸的营养物是如此之多，以至于莫比·迪克（Moby Dick，赫尔曼·梅尔维尔《白鲸记》中的大白鲸，译者注）也留恋于此。这也是亚哈船长寻找白鲸的地方。拉尼娜不仅使海洋展示出不对称，而且使大气状态也表现出不对称。与拉尼娜期间海表温度相对应的是此时云和降水的分布也很特殊。例如，太平洋上10°N附近赤道无风带所对应的沿着纬圈伸展的暖水区，通常会有充沛的降水，因为纬度低，水汽会自然而然地抬升很高形成高大的积雨云塔。空气在冷水表面下沉，那里的云也很不同，它们高度很低，不容易发生降水，呈水平层状伸展，可向西伸展到加利福尼亚和秘鲁沿岸。在厄尔尼诺期间，当暖水覆盖东太平洋时，层状云就被积雨云取代，随之带来暴雨。厄瓜多尔和秘鲁会发生大范围的洪水，而在热带太平洋西岸降水大为减少，北澳大利亚，新几内亚和菲律宾会发生干旱。

在赤道强烈的日照下，拉尼娜又是如何使得那个纬度那么冷呢？通过风的作用，深海的冷水会被带到表面。与之伴随的是温跃层的倾斜，温跃层是表层暖水和下层冷水之间的界面。如果我们采用最简单的一级近似的话，热带太平洋可近似为两层流体：上层暖而浅，下层冷而深。以强东风为标志的拉尼娜把暖水往西边堆积，温跃层呈现倾斜，东面的冷水就会露出表面；在厄尔尼诺期间，向西吹的信风减弱，表层暖水和深层冷水的界面变得较平（如图1.3）。风的改变会导致温跃层坡度的改变，进而改变热带地区的海表温度。这是一个相互纠结的过程，因为反过来也是可行的，即温度的改变也会改变风。（举一个我们熟悉的例子：在白天，风从冷的海面吹向暖的陆地；而在晚上，当陆地比海洋冷时，风的方向正好是相反的。）在厄尔尼诺期间，东西热带太平洋温差的减少解释了为什么厄尔尼诺对应着较弱的信风。另一方面，拉尼娜时期，两处温差很大，所以信风更强。根据这种循环论证，风的震荡是海表温度变化的原因和结果！对于这种鸡－蛋关系的争论，科学家推测海气相互作用是事情的关键所在。这种相互作用相当于把“tit”变成“tat”。拉尼娜时，少许信风的增强使得热带太平洋地区温差变大，导致风变得更强，进而温差更大。（科学家和工程师们把这种相互作用取了个没有吸引力的名字――“正反馈”）。在广袤的太平洋上，这种密切的相互作用，产生了厄尔尼诺和拉尼娜，所以他们是水和空气的孩子。

这样外行人都理所当然认为厄尔尼诺和拉尼娜都同时包含大气和海洋两个方面。这两者合起来就共同构成了南方涛动，因此这三个现象一定都既包括大气又包括海洋。这个完美逻辑使得ENSO这种缩写（El Nino + Southern Oscillation）显得同义重复而且没有必要。如果厄尔尼诺只是一个海洋流动而南方涛动只纯粹是大气现象的话，使用ENSO这个词就是合理的。虽然我们曾一度想纠正ENSO的用法，但是没有成功。对于不同的作者，ENSO可能有不同的含义，这就容易造成混淆。是不是这也反映了我们的研究人员有权力决定他们自己的行话呢？

海洋或者大气任何一方都不可能产生南方涛动――海洋需要风来驱动，大气需要感受到海面温度的变化。只有大气和海洋一起结合成一个不可分割的整体，才能产生南方涛动。这种振荡的属性依赖于大气和海洋性质的差异，其中关键的一点是海洋对于风变化的响应很慢，而大气却能很快地响应海温的变化。我们可以通过举例来说明这种海气相互作用。假设我们在浴室用一种老式的卫浴设备洗澡，当我们打开淋浴器时，一开始水温很低。于是，我们把龙头的把手向“热”的方向拧，但是迟缓的卫浴设备需要一段时间来反应。但水温升的实在太慢了，我们不耐烦地接连不断的拧热水龙头，直到拧过了头，到了烫水的位置。过了一会儿，水温很适宜了，但很快就变的太烫了。我们不得不把龙头往回拧，（又拧过了头），调到了温水甚至冷水的状态。在这个过程中，水又太冷了。我们再次开始向回拧龙头，让水变暖。这里可以很清楚的看到，太热或太冷之间的转换类似于一个温度的跷跷板，原因就在于我们对于水温变化反映迅速而淋浴器对我们的指令却反应滞后。

在这个比喻里面，淋浴的人代表反应快而灵敏的大气，而卫浴设备代表反应迟钝的海洋。人与淋浴器之间的相互作用是温度波动的主要原因，同样，大气和海洋的相互作用是厄尔尼诺和拉尼娜之间循环往复的南方涛动的必要条件。海洋分量对于风变化的滞后响应决定了振荡的周期。把时间看作循环，我们就能洞察决定南方涛动时间尺度的因子，并能理解厄尔尼诺与拉尼娜是如何相联的。在一个没有开始，没有结束的理想世界里，循环会呈现出完美的对称。一次厄尔尼诺同下一次是没有区别的，而拉尼娜就象厄尔尼诺的镜像。如果是音乐的话，这样的组合会是节奏完全稳定不变的非常单调的曲子。如果现实也是如此，那我们面对的就是一个完全可以预报的类似单摆的现象。

然而复杂的现实是：每一个厄尔尼诺都不尽相同，音乐是有着切分韵律的欢快曲调。为了接近这个复杂的现实，我们不得不考虑时间箭头的观点，并引入短暂的随机发生的西风爆发。他们是音乐节奏相对快和高频的部分，就象由笛子和小提琴奏出的曲调。此外，从一个十年到另一个十年，厄尔尼诺的特性也会慢慢地发生变化。为了探索音乐中的低频部分――包括大提琴和低音提琴，让我们再一次检查厄尔尼诺和拉尼娜的信号。在图1.1中，我们用一个代表“正常”状态的水平参考线区分厄尔尼诺和拉尼娜，这条线代表了过去百年的平均温度。事实上，这条线决定了南方涛动的曲调。总是用同一种方法弹奏的曲调很快就会令人厌倦。有创新精神的音乐家们通过不时弹奏一些其他音键，调出一些或高或低的音调来增加音乐的色彩和变化。我们是不是因为擅自假设了厄尔尼诺的音乐曲调不变而低估了它的微妙之处呢？基于过去一百年收集的数据而作出一条参考线是一个武断的做法。为什么不是过去的两百年或是十年？在图1.4，上面一张图有一条不变的参考线，同图1.1，下面一张有一条连续变化的参考线，它对应于十年平均线。叠加在这条参考线之上的快速波动的温度曲线在两幅图中是一样的，但因为演奏音乐的曲调不同，厄尔尼诺信号看起来不一样。在上面的图中，厄尔尼诺的基调始终不变；而在下面的图中，其基调则在缓慢而连续不断的变化。在图1.4a中，厄尔尼诺在1982年和1997年振幅达到异常大，在1990年代早期持续时间异常长。而拉尼娜在1980和1990年代几乎消失了。图1.4b却是另一种说法，在整个记录期间，厄尔尼诺和拉尼娜交替发生，即使在1990年代也是如此。从1992年开始的漫长的厄尔尼诺仅仅是由于持续的背景条件造成的。这个不同的解释来自于我们采用的新参考线，可以很清楚看到厄尔尼诺是叠加在一个低频变化的背景场上，这个背景就是在几十年的时间尺度上东太平洋有缓慢变冷或变暖的现象。这就像音乐的基调也发生了缓慢连续的变化。这样的变调给音乐家们提供了新的机会，就象为协奏曲提供新的和音。同样，当厄尔尼诺的基调发生变化的时候，厄尔尼诺也会探求新的可能。这种热带太平洋缓慢的年代际时间尺度的冷却和增温对厄尔尼诺有着微妙的影响。仔细地检查厄尔尼诺的信号后发现，在二十世纪六十到七十年代期间，他大约每三年造访一次。在相对暖的八十到九十年代，他拜访的间隔增大到约五年一次。向低音调的变迁伴随着节奏从快到慢的改变。进一步我们发现，在1970年代后期的增暖之后，厄尔尼诺的旅程是穿越太平洋从西向东推进，而在1960和1970年代间，厄尔尼诺发生的路径大多是从东向西推进。不论它们如何改变，厄尔尼诺和拉尼娜依然是可以辩识的。这个复杂乐章有一个很容易辨别的主旋律，不管它们有多少面孔，相同的一点是，热带东太平洋在厄尔尼诺时增暖，在拉尼娜时变冷。

善变的厄尔尼诺之所以能产生具有无穷变化的音乐，是因为它袖子里有许多小把戏。为了避免一个有数年周期的海气耦合振荡变成一个单调枯燥的音乐，厄尔尼诺可以依靠背景条件的变化来改变音乐的基调。它也可以召唤短暂的零星的西风爆发来增强或者减弱、延长或者缩短暖的异常。科学家们还没能找到为什么有时拉尼娜会停留很长而厄尔尼诺却来去匆匆（1982年，1997年的厄尔尼诺状态持续了一年，而随后的拉尼娜状态持续了约四年。）科学家们不知道为什么这两种状态之间的振荡会以这种方式发生扭曲，这也许预示着厄尔尼诺在未来还会给我们带来更多惊奇。

厄尔尼诺产生于热带太平洋海洋和大气之间的相互作用。这些相互作用是如此强烈，以至于远离热带太平洋的地区都会受到强烈影响。例如，厄尔尼诺可以给加州和墨西哥湾附近国家带来大量降雨暴雨，让加拿大中部和美国东北部享受温和的冬天。如果厄尔尼诺在北半球夏季发展到极盛，那么大西洋飓风增多的可能性就会变大。对西太平洋而言，厄尔尼诺可能会使印度和非洲东南部的津巴布韦的降水减少，而使得赤道东非地区降水增多。

虽然厄尔尼诺有能力影响全球不同的地区，但我们也不应该夸大这些从热带太平洋发出的“遥相关”。例如，在没有厄尔尼诺时，加州也会下大雨。在厄尔尼诺来访时，美国东北部和加拿大中部更有可能经历暖冬，但没有厄尔尼诺时也有可能发生暖冬。虽然厄尔尼诺可能会使印度和津巴布韦的降水减少，但是在厄尔尼诺很强的1997-1998年，这些国家的降水维持在正常水平。大气状态依赖于许许多多不同的因子，厄尔尼诺只是其中之一。只有很少一部分的“异常天气”能归功于它。（它在北欧的影响就可以忽略不计。）

与太平洋厄尔尼诺类似的现象也偶尔会在热带大西洋出现。这并不奇怪，因为热带太平洋和大西洋的气候有显著的相似之处。这两个大洋都受到向西的信风的主宰，所以它们有相似的海温分布，西部是暖水区而东部除了赤道以北很窄的纬度带外是冷水区。因而非洲西岸与美洲西岸类似，除了赤道以北很窄的纬度带有温暖的海水和茂盛的植被外，在冷海水沿岸是贫瘠的沙漠。大洋东岸海面温度升高会使赤道洋面的信风减弱，从而会把降水带到那些本来贫瘠干旱的沿岸地区，如大西洋沿岸的非洲西南部和太平洋沿岸的秘鲁。与太平洋相比，大西洋发生这种情况较少而且强度也小。在太平洋，厄尔尼诺是不规则的连续的南方涛动的一个位相，南方涛动可以比作是一个自由摆动的钟摆。在大西洋，这个钟摆受到强烈的限制，多数时间处于垂直状态。偶尔在厄尔尼诺出现之后拉尼娜即将来临时，稍稍摆动几下。

对科学家而言，大西洋与太平洋之间的这些不同给他们的理论提供了一个极有价值的验证。他们能解释为什么南方涛动在大西洋受到很大抑制而在太平洋却没有吗？也许答案之一是大西洋尺度比太平洋尺度小。大西洋没有足够空间供厄尔尼诺发展，而广阔的太平洋却有。因为大西洋厄尔尼诺的振幅不大，所以他只是一个区域性的现象，仅影响邻近的地区，而太平洋厄尔尼诺的影响范围却遍及全球。

大多数时间里，大西洋和太平洋都呈现出拉尼娜情况，只有在厄尔尼诺造访时南美沿岸地带才会变暖。很有趣的是，印度洋并不是这样，那里厄尔尼诺状况占了大多数时间，大洋东部多数时间是暖的，只有偶尔发生拉尼娜时才会冷下来。有一次发生在1997年，当时向西的赤道信风主宰着整个赤道，给肯尼亚带来了异常多的降水。这与当时造访太平洋的厄尔尼诺并不相合，因为厄尔尼诺更倾向给印度洋带来相反的情况。

厄尔尼诺就象一条变色龙，每次来时总是以不同的面貌出现。要精确定义它那是枉费心机。但我们必须承认厄尔尼诺这个词是有用的，就象“冬天”这个词一样，即使每个冬天都是不同的。没有人希望看到严格的定量的对冬季和夏季的定义，就象下面所说的：――《查理三世》，威廉·莎士比亚

方重译. 1978. 北京：人民文学出版社

希望很快会有诗人用富有想象力的诗句来描绘“厄尔尼诺”，这样，行家们也许就会停止他们对于精确定义厄尔尼诺的争执了。

未完待续。。。

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