太平洋如何改变全球天气

以下是西蒙·温彻斯特 (Simon Winchester) 所著《当天空破晓时》 (When The Sky Breaks)的摘录。

如今，人们越来越认识到，世界天气是密不可分的：天气是全球性的。地球的天气故事始于世界上最大的海洋——太平洋。

无论什么季节，太平洋都会被太阳炙烤。由于地球轴线倾斜，北半球夏季太平洋北部被炙烤，南半球夏季太平洋南部被炙烤。北回归线和南回归线之间的数英里海洋一直处于炙烤状态。

太阳无休止地向地球发射的热能的影响取决于热量照射的是固体还是液体。当强烈的阳光照射到固体地球上时，岩石会很快变得非常热。由于固体的物理特性，它们会以同样快的速度释放热量并将其返回大气，几乎不会留存。对于在炎热沙漠中流浪的人来说，夜间的岩石可能会非常凉爽。海上的情况总是不同。

当同样的强烈热量辐射到海洋上时，海水一开始会慢慢变暖，但会长时间保留所吸收的热量。由于海水是流动的液体，因此它会将所吸收的热量转移。洋流和海面风将所吸收的热能从东到西或从北到南地驱赶。另一种不太为人所知的海洋运动模式，即温盐环流，也可以将这种热量转移到海洋深处。由于太平洋是迄今为止最深、最宽、最长的海洋，它所能吸收和循环的热量几乎超乎想象。

全球海洋中储存着不可计量的热量，特别是占地球表面三分之一的太平洋。这些热量中的大部分会加热大气。尤其是在太阳辐射最强的海洋中，即热带和赤道之间的宽阔水域，随着季节变化，这一水域会向南和向北移动。

在这个明确的区域内，强烈的热量导致海水蒸发，上方的暖空气上升。巨大的云层形成并翻腾至天空。随着云层上升，云层留下的空隙中的气压降低。然后，较冷、较重的空气从北部和南部涌入，填补这个低压区。由于地球自西向东旋转，这些空气在向内流动时或多或少会偏西：来自北方的空气流向西南，来自南方的空气流向西北。正如我们所见，由于风是根据其吹来的方向来命名的，这些冷空气的涌入就成了著名的信风——北半球的东北信风，赤道以南的东南信风。

这条热带赤道带是世界气候事件的起源地。信风从这里吹来（如果你来到无风的赤道低气压区，信风就不会吹来）。季风从这里开始。世界上所有的气旋、飓风和台风都从这里诞生。而在这一地区的太平洋部分——迄今为止最大的部分——发生了一系列奇怪的大气和海洋事件，这些事件似乎对世界天气的形成至关重要。

这些事件是切实可见的、公认的和有记录的。早在十六世纪末，在秘鲁北部港口工作的南美渔民（从厄瓜多尔边境的通贝斯到利马附近的钦博特）就注意到了海水中发生的情况。他们的生计依赖​​于此——现代气象科学证实了他们的发现。

秘鲁的钦博特被称为世界凤尾鱼之都。在离岸仅 20 英里（32 公里）的冷水中，可以发现数量惊人的这种银色、气味难闻的小鱼；这种被称为凤尾鱼的小凤尾鱼催生了一个非常繁荣的产业。很少有鱼类经历过如此繁荣：在过去的一个世纪里，秘鲁凤尾鱼渔业在沿海所有可能的港口涌现。成千上万的渔民在海里捕鱼，最终使凤尾鱼成为世界上捕捞量最大的野生鱼类。1971 年，有 1300 万吨的鱼被拖入渔网；其中大部分被磨成鱼粉，或被送往世界各地作为农田肥料或喂养牲畜。

但凤尾鱼的丰产却时有时无。每隔五六年，钦博特的渔民们就会发现，凤尾鱼会消失一次，通常是在十一月或十二月。有一天，四周会是成群结队的水银鱼群；第二天，就只剩下深海的蓝色寂静。还有另一件事：与此同时，带来晚雾的冷海变得温暖起来。雾散了，天空放晴了。

渔民们当然对捕捞量不足感到沮丧，他们诅咒空空的渔网。但是，凤尾鱼的消失产生了影响，并蔓延到了整个食物链。以凤尾鱼为食的塘鹅、鸬鹚和鹈鹕要么死了，要么放弃了巢穴。雏鸟在等待父母徒劳地长途寻找食物时死去。鱿鱼、海龟，甚至小型海洋哺乳动物也死了，因为水温太高，或者食物不足。这些死去的生物大量浮出水面，形成腐烂的小岛，它们散发出的酸性气体使船体上的油漆起泡。对渔民来说，凤尾鱼的消失是一场经济灾难；但其他各种死亡和失踪事件——加上他们的船只被毁——让这一事件看起来既奇怪又险恶。由于这种现象总是在庆祝基督诞生时出现，渔民们带着一丝苦涩的幽默将其称为 El Niño de Navidad，即“圣诞儿童”。

“厄尔尼诺”这个用来描述气候变化的词语在十九世纪末首次出现在英语中，其原因并不在于渔民们的痛苦，而在于其具体原因：水下洋流的变化。

洪堡洋流的冷水是太平洋环流的正常模式之一，它强力地将南极海域沿南美洲海岸向北卷起，然后沿赤道向西流动。在厄尔尼诺现象期间，这种海洋运动会神秘地中断。相反，洪堡洋流会被一股暖水取代，或被推向更远的海域。这股暖水从赤道一路向下，抑制了凤尾鱼赖以生存的冷水营养物的上涌。然后这些小鱼就去了其他地方，远远超出了秘鲁渔船的捕捞范围。起初，人们称这种洋流变化和海洋异常变暖为厄尔尼诺现象。后来在二十世纪中叶，海洋学家和气候学家意识到，秘鲁近海洋流的变化只是一个更大、更重要的现象的众多特征之一。

许多人的名字都与证实这一点的研究有关。其中一位是吉尔伯特·沃克 (Gilbert Walker)，他是一位数学家、长笛设计师、回旋镖和古代凯尔特长矛飞行路径的热心学生、鸟类翅膀空气动力学和云层形成方面的权威、滑冰和滑翔运动以及统计学应用的倡导者，也是英属印度的一名公务员。沃克在 1924 年获得了气象方面的顿悟，帮助巩固了太平洋作为世界天气发生器的声誉。

1904 年，沃克被任命为印度天文台台长，并花了 20 年时间研究预测季风的数学方法。（他之所以这样做，是因为 1900 年季风未能到来，结果引发了一场可怕的饥荒。）虽然沃克没有解开季风之谜，但他的工作仍然带来了一项具有全球意义的发现。

沃克对大英帝国数十年的气象记录进行了详尽的分析，他能够证明发生在秘鲁海岸的厄尔尼诺现象（渔民的记录现在已被世界各地的科学家所熟知）实际上是太平洋上一系列巨大而无所不包的天气模式的一部分。这些模式就像一面海洋镜子。如果海洋一侧发生了某种气象现象，另一侧就会发生完全相反的情况。在不同的季节或较长的时期内，气象情况也是如此。

这边的海洋变暖时期导致那边的海洋变冷。在局部海温较高的厄尔尼诺现象期间，秘鲁的海水枯竭，随后当地海水变冷，恢复丰收，这就是所谓的（按照圣诞节的命名惯例）拉尼娜现象。海洋一侧的洪水导致另一侧的干旱。天气和人类对此的反应都有周期性的变化。有时气旋多，有时少。有数年季风不降，有数年夏季阴雨连绵；有饥荒时期，也有丰收时期；有沙尘暴夏季，有丰收秋季，有繁荣与毁灭，有和平与动荡。在太平洋内，在太平洋沿岸，甚至可能在太平洋以外和全球各地都是如此。

吉尔伯特·托马斯·“回旋镖”·沃克爵士在 20 世纪 20 年代初宣称，这是由于一种以前未被认识到的自然现象造成的。沃克说，太平洋天气出现规律而剧烈的变化，一定是大气中某种重复的机制造成的。不管是什么，这种看不见的风和运动模式似乎就像一种跷跷板，一种横梁发动机平衡器围绕着位于海洋中心某处的中央枢轴移动。

这条轴线似乎徘徊在国际日期变更线与赤道的交汇处，位于当时被称为吉尔伯特群岛和菲尼克斯群岛的石灰岩斑点的中央，即现在的基里巴斯共和国。这边高，那边低；这边高压，那边低压；这边热，那边冷；这边湿透，那边干燥。这其中有着美妙的逻辑，而此后多年的测量早已证明沃克是对的。

沃克发现的跨太平洋大气风模式最终被命名为沃克环流以纪念他。这种风模式产生了来回反复、冷热交替、干湿交替、风暴和平静的时期，这些时期似乎主宰了热带太平洋的天气，沃克将其命名为南方涛动。

南方涛动 (Southern Oscillation) 的首字母与厄尔尼诺 (El Niño) 的首字母组合形成了 ENSO，这是地球上无可否认的最重要气候现象的缩写。如果说太平洋是世界天气的发电机，那么 ENSO 就代表为发电机提供动力的涡轮机，而沃克环流则是让涡轮机旋转的动力。

沃克环流是由海洋某些地方长期存在的气压单元引起的。东太平洋的气压通常较高。西太平洋上空通常有一个大片低压区，最明显的是印度尼西亚和菲律宾海岛周围，海洋学家和气象学家喜欢称该地区为海洋大陆。然后，海洋上方的空气按照物理学的要求从高压区移动到低压区，换句话说，从东向西移动。海面上的信风几乎一直朝这个方向吹，这是这种运动非常明显和熟悉的表现。

随着信风的吹拂，它们有助于将下方热带海洋的暖水推向同一方向。尽管这听起来令人难以置信，但随着巨浪稳步穿过并进入海洋西部边缘，海水随后会非常缓慢而有条不紊地堆积起来。西太平洋的水位有时可能比东部的水位高出整整两英尺。其中一些暖水蒸发，有助于形成西海的巨型气旋风暴和台风，如特蕾西和海燕。一些暖水潜入海洋，冷却后通过深海流返回东部。在正常的年份里，这种模式会反复出现：上方空气为沃克环流；下方海水迁移；远西太平洋风暴的爆发性增长；凉爽干燥的空气和上升的冷水（和凤尾鱼！）返回太平洋东部。平静和稳定占据了主导地位。

但出于无法解释的原因，沃克环流有时会发生变化。信风减弱、减弱甚至逆转方向，然后出现厄尔尼诺现象，系统随之发生剧烈变化。或者沃克环流有时会以相反的方式增强，并且同样剧烈；然后相反的拉尼娜现象反而主导了天气图景。

跟踪、测量和预测厄尔尼诺和拉尼娜现象的到来最近已成为全球天气预报和气候建模的主要内容。可以肯定地说，在计算地球天气时，所有人的目光始终关注着太平洋的动向和南方涛动。据说，在本书撰写时（2015 年夏末），一场重大的厄尔尼诺现象即将开始，全球各地的人们都在焦急地关注着。因为太平洋的振荡就是整个世界的振荡。

摘自西蒙·温彻斯特 (Simon Winchester) 所著的《当天空破晓时》 ，由 Viking Books for Young Readers 于 2017 年 1 月出版。经出版商许可出版。 《大众科学》很高兴为您带来新颖且值得关注的科学相关书籍。如果您是作者或出版商，并且有一本您认为我们的读者会喜欢的新颖且令人兴奋的书，请与我们联系！发送电子邮件至 [email protected]。