厄爾尼諾成因及氣候變化規律

厄爾尼諾成因及氣候變化規律

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厄爾尼諾成因及氣候變化規律

以強火山爆發為時間節點的厄爾尼諾冷年——拉尼娜暖年的Ei.La周期循環，是地球上氣候由冷到暖的年際變化周期，一個周期大約2~7年。

現在已發現的許多天氣現象均可以用Ei.La循環的周期變化來解釋、說明、預報、防範或利用。歷史氣候變化、當代氣候變化及未來的氣候變化都將遵循氣候年際變化的Ei.La循環規律。

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本書已由中國名家出版社出版。

作者簡介

羅固事，男，漢族，重慶市人。

早年就讀於重慶市第16中學，1973年入華中工學院，畢業後回重慶工業學校從事工程力學及高等數學教學。

1985年辭職創辦民營企業——重慶潛光機電研究所，從事變壓器油等潤滑油淨化工藝及設備的研究開發，獲有多項發明或實用新型專利，在《變壓器》雜誌等刊登論文多篇。曾擔任四川省私營企業協會副會長，被四川省人民政府於1994年評為《優秀私營企業》，榮獲1993年重慶市《十佳私營企業》。

2006年開始研究天氣學和氣候變化，著有《人工增雨助長了重慶2006年的高溫乾旱》《人工增雨也助長了霧霾的形成：一種消除霧霾恢復藍天白雲的方法》。

前 言

世界氣象組織關於《世界氣候研究計劃2005—2015年戰略框架》提出：評估已經發生的氣候事件、定義氣候系統的異常和趨勢以及確定這些事件受到人類活動和自然變率的影響程度。這是氣候系統行為分析中持續和十分緊迫的需求。

氣候變化及其影響不僅已經成為世界各國政府和科學家們關注的重大問題，而且也越來越為普通民眾所關心。筆者作為一個非專業的普通民眾，因為一次偶然機會涉及對氣候變化規律的研究。

2006年重慶遭遇了百年不遇的高溫與乾旱，同時也開展了規模空前、史無前例的人工增雨作業，筆者注意到人工增雨後的降雨呈現出奇特的天氣現象。可是當時電視新聞報導專家解讀川渝兩地高溫乾旱的原因，說是因為當時天空中盛行下沉氣流。盛行下沉氣流就會導致高溫乾旱嗎？筆者通過學習研究，認為氣流下沉的動力機制不存在，既使氣流下沉也不會導致高溫與乾旱，而且還發現天氣學中一些錯誤的概念。例如：傳統氣壓理論的缺陷、關於空氣運動作用力的誤區、水平氣壓梯度力、地轉偏向力、摩擦力和慣性離心力都不宜稱為空氣運動的力；傳統降水理論不符合自然規律，人工增雨助長了2006年重慶的高溫與乾旱，人工增雨也助長了霧霾的形成。

筆者從強火山爆發的氣候效應及厄爾尼諾與拉尼娜極端氣候影響有關報導中，猜想這二者之間可能存在密切的關聯。通過深入研究，發現強火山爆發是引起氣候變化的主要自然因素，但是採用傳統氣象學理論無法說明火山爆發引發厄爾尼諾的物理過程。為了研究和說明氣候變化規律，筆者提出了雲雨形成機理，主張大氣運動作用力、氣壓變化力及地轉慣性力、大氣環流形成機理及變化、颱風形成機理及對大氣運動的影響、厄爾尼諾生成原因及氣候變化規律。

筆者主張：

厄爾尼諾現象是強烈的火山爆發引起的氣候突然變化現象，是大量噴發的高聳入雲的火山灰影響了降雨過程，特別影響了颱風或颶風的形成和降雨過程，從而引起氣候突然變化，這就是厄爾尼諾現象，厄爾尼諾使氣候突然變冷。

潔淨的天空對降雨過程，特別是對颱風的形成也有很大的影響，從而引起氣候的逐漸變化並逐步發展到劇烈變化，這就是拉尼娜現象，拉尼娜使氣候逐漸變熱。

如果沒有出現對氣候有影響的火山爆發，天空將越來越潔淨，拉尼娜現象將越來越強烈，直到出現有噴發大量火山灰的強火山爆發，於是又開始了厄爾尼諾特有的天氣現象。

由於本人的知識和認識有限，書中的缺點與不足在所難免，懇請讀者批評指點！

本書得到了重慶潛能集團張龍義董事長的大力支持和資助，在此表示衷心的感謝。

重慶市教育科普協會秘書長田香遠建議本書重視並遵循自規律，發表獨特見解；重慶電力高等專科學校黃永銘教授對本書提出一些有益的建議；羅曼為文字錄入作了很多工作，並幫助各章選擇適合的圖例；在此一併表示衷心的感謝。

羅固事

2020年6月

內容節選

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北半球夏半年與南半球冬半年，北半球冬半年與南半球夏半年從2月立春到8月立秋期間，太陽光垂直射向地面位置從南往北移動、氣候帶也往北移動，稱為北半球的夏半年或南半球的冬半年；

從8月立秋到2月立春期間，太陽光垂直射向地面位置從北往南移動，氣候帶也往南移動，稱為北半球的冬半年或南半球的夏半年。

圖3-2大氣環流季節變化模型（半年反向特徵）

人工影響冰雹的作用

一、傳統降水理論認為，冰雹形成機制主要包含3個條件

一是由於大氣層結條件形成的不穩定狀態，在雲中造成一股隨高度變化的上升氣流。就冰雹形成來說，最大上升氣流速度必須超過15米/秒。二是在一塊對流雲中，上升氣流的速度分布為過冷卻水的累積創造了條件，在最大上升氣流速度層以上形成了水分累積帶，其中水分含量可達20克/米3以上。

三是當大氣層結導致大氣不穩定度使雲中水分累積帶下界高度上的溫度在0～-20℃之間時，冰雹基本上是靠消耗累積帶中的過冷大水滴或固體粒子而生長的。當冰雹粒徑長大到其降落速度超過最大上升氣流速度時，冰雹就開始降落下來。

二、人工影響冰雹過程的方法

基於上述有關冰雹形成機制的概念，作為阻止冰雹胚胎長大的一種有效方法，就是在雲體冰雹形成部分的整個過冷卻區中，大量投入人造冰晶，讓其形成為數眾多的人工冰晶粒子，形成人工冰晶粒子與自然冰雹胚胎爭食過冷雲滴或過冷大水滴的局面。冰雹粒子的這種人工增值，會使冰相總量增加，而使單個冰相粒子的平均體積增長速度減慢；從而促使冰雹粒徑由大變小，由小變無，起到減少冰雹危害程度的作用。

三、筆者主張的冰雹形成機理

降冰雹過程是本書所闡述積雨雲降水的一種特例，它是由強對流天氣引發的一種冷雲降水過程。發生冰雹的天氣形勢有三個特點。第一，對流中層、上層冷空氣層較厚，氣溫隨高度而降低的程度較快，即：溫度直減率較大；

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第二，連晴高溫多日，使地面及低層、中層大氣升溫較快，熱空氣中已聚積了大量水汽；

第三，當北方冷空氣侵入本地，當它與本地上空的熱空氣相遇，冷空氣吸收了熱空氣的熱量，使熱空氣冷卻，並使水汽凝結，在鋒面上形成低氣壓，形成積雨雲，使中、低層空間的冷空氣和暖溼空氣大量進入雲中。

此時的積雨雲發展過程十分迅速，而且由於高空冷空氣層深厚，使積雨雲從孕育期到成長期過程在較低高度時就已經完成。當它發展到成長期時已產生了很多的小水滴和冰晶，在過飽和條件下雲中有很高的過冷度，小水滴很快凍結成冰粒，水汽凝結速度加快，使氣流上升更快，冰粒隨氣流上升的行程更長。在更長的上行空間中，冰粒有更充裕的時間來凝華水汽而長大為雹粒。從雹粒長大為冰雹、冰雹再演變為大雨暴雨的過程來看，整個雹暴的降水過程可以分為三個階段。

第一階段，雹粒長大。隨著雹粒直徑逐漸增大，其下降速度V1也逐漸加快，它隨氣流上升的速度將變慢。當雹粒下降速度V1很接近氣流上升速度V2時，雹粒就只能緩慢地上升；當V1=V2時，雹粒既不上升也不下落，不過平衡是短暫的。雹粒長大後有更大的表面積、易於捕捉、凝華更多的水汽而長得更大，它的下降速度V1加快；當V1>V2時，雹粒開始下落，但剛開始下落時V1很接近V2，雹粒下落速度很慢。

雹粒在下落過程中繼續捕捉水汽而長大，隨著雹粒直徑增大、數量增多，其下落速度加快，向下落的雹粒與上升氣流的相對速度增大，雹粒捕捉上升氣流中過冷水汽和小水滴的機會增多，水汽凝結速度加快，雲中氣壓降低更多，吸引氣流上升速度加快。因此，雹粒開始下落以後，可能遇到上升更快的氣流，當上升氣流速度又大於雹粒下降速度時，雹粒將再次隨氣流往上運動。但此時氣流上升速度只是略為大於雹粒的下降速度，所以開始雹粒向上運動的速度也很緩慢。這樣，雹粒的運動隨氣流上升或下落，上下往復運動可能發生幾次。雹粒直徑大小不同，其上升速度也不同，較小的雹粒上升較快，因此能升到較高的高度，待其捕捉水汽或水滴逐步長大以後上升速度變慢，雹粒長得更大以後開始下落，較大的雹粒雲集在雲中氣壓最低、氣流上升最快的區域。在雹粒長大過程中，新的雹粒也不斷產生。雹粒的多少和雹粒長大的程度，取決於它在氣

流中上下運動的時間，當上升氣流達一定速度時，雹粒成長更快。

第二階段，冰雹成熟。當大量的雹粒已長大為冰雹時，冰雹群的總的冰面面積大大增加，其捕捉水汽的速度更快，此時上升氣流中的大量水汽在冰雹粒表面快速凝華，空氣體積迅速收縮，氣壓更低，吸引氣流運動速度加快。上升氣流挾帶著不斷長大的冰粒冰雹往上升，最後形成數量眾多的冰雹雲衝出雲頂，拉出大片帶有冰雹的砧狀雲層，氣流速度減慢，冰雹開始降落。與此同時，低層空間的冷暖氣流繼續湧進雲中，形成雲中快速上升的氣流，維持著雲內很高的過飽和度和過冷度，使水汽凝結為水滴和冰粒、水滴凍結為冰粒，冰粒凝華水汽或捕捉水滴而長大為冰雹。大風和雷電往往同時產生，表現出強對流天氣的典型現象。

第三階段，冰雹演變為大雨暴雨。當雲內上升氣流增大到一定程度時，水汽凝結速度更快，雲滴和小水滴來不及凍結成冰粒就已經長大為大顆雨滴，大顆的雨滴群隨上升氣流衝出雲頂，上升速度減慢，於是降冰雹過程演變為傾盆大雨。此時，（6.3）式表示的雲雨狀態函數值可達f4或f5，這表明冷暖氣團的溫度差△T所形成的過飽和度和過冷度促使積雨雲發展旺盛。產生冰雹的雹暴總是帶來強度較大的降水。從上述冰雹形成的三個階段中看到，冰雹成熟後很快轉為大雨暴雨過程，這就是前面論述的積雨雲的降雨過程，所以，在一次雹暴過程的總降水量中，冰雹總質量偏低。Crow等根據雨雹觀測網計算得出，在1972～1974年期間，在美國科羅拉州東北部1600km2範圍內，每個雹日冰雹質量對雨水質量的比值（H/R）平均為1.8%。石安英等1985年6～9月在河北張家口地區15個站共取得20組資料，分析得H/R平均為2.2%，同時發現雨量隨著雹量的增加，呈指數式遞增。

圖6-1中高緯度積雨雲降水過程

有一種雲會在短時間內輸送大量的雨，引起大雨、暴雨或特大暴雨，這種雲叫作「積雨雲」，或叫「對流雲」。積雨雲能提供地球上75%的雨水，是主要的降雨過程。

重慶夏天主要是積雨雲降雨，人工增雨作業也主要是針對積雨雲。依據本書提出的降水理論，可將積雨雲的降水過程分為三個階段：即：孕育期、成長期和成熟期（參見圖6-1）。

《厄爾尼諾成因及氣候變化規律》

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