極渦的移動(dòng)與全球氣候變化的關(guān)系

鐘萃相

【摘 要】全球氣候的變化越來越受到世界各國的關(guān)注，而且在應(yīng)對(duì)全球氣候變化的策略方面也引起了廣泛的爭論和研究。盡管許多人認(rèn)為全球氣候變化是由于人類燃燒化石燃料導(dǎo)致的，但科學(xué)界仍有爭議。于是，作者分析了影響全球氣候變化的各種因素，發(fā)現(xiàn)極渦的移動(dòng)是全球氣候變化的主要原因，從而提出了防止全球氣候變化異常的合理對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】極渦;移動(dòng);全球氣候變化;原因;對(duì)策

中圖分類號(hào)： P42 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）20-0114-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.053

0 引言

在過去的數(shù)十年中全球氣候發(fā)生了快速變化，冰川融化、海平面上升、物種瀕危、大氣洋流異動(dòng)，使全球許多國家自然災(zāi)害頻發(fā)、天氣異常，對(duì)人類和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了顯著影響[1]。例如，近年來美國接連遭到超強(qiáng)颶風(fēng)的襲擊、猛烈山火的破壞和極寒天氣的侵?jǐn)_;許多相鄰地區(qū)也受到不同程度的牽連或影響。全球氣候的異常變化越來越受到世界各國的關(guān)注，而且在應(yīng)對(duì)全球氣候變化的策略方面也引起了廣泛的爭論和研究。

為了對(duì)癥下藥地應(yīng)對(duì)全球氣候的變化，首先必須找出全球氣候變化的原因，再確定有效的對(duì)策。然而，科學(xué)界對(duì)全球氣候變化的原因眾說紛紜、莫宗一是[2]。為此，作者重新分析了影響全球氣候變化的各種因素，發(fā)現(xiàn)極渦的移動(dòng)是影響全球氣候變化的主要原因，并提出了防止氣候異常變化的對(duì)策。

1 全球氣候變化研究的已有結(jié)果

經(jīng)過多年的研究，人們發(fā)現(xiàn)能影響氣候變化的主要因素有。

（1）地球軌道的改變：地球軌道的微小改變就能影響陽光在地球表面上的季節(jié)性分布和地理性分布，而且與冰期和間冰期顯著相關(guān)[3，4]。

（2）太陽的輻射量：衛(wèi)星對(duì)太陽輻射的精確測(cè)量表明自1978年以來太陽輻射并未增加，所以在過去40年中，氣候變暖不能歸咎于到達(dá)地球的太陽能的增加[5]。

（3）火山的活動(dòng)：火山可以噴發(fā)出大量的氣體和微粒到大氣層中。能夠影響全球氣候的火山噴發(fā)平均每個(gè)世紀(jì)發(fā)生幾次，而且（通過阻擋太陽輻射到達(dá)地球表面）導(dǎo)致數(shù)年內(nèi)氣候變冷[6]。

（4）磁場的強(qiáng)度和海洋的變化：一些近來的研究表明全球氣候的變化還與磁場的強(qiáng)度和海洋的變化有某種程度的關(guān)系[7]。

（5）人類的活動(dòng)：許多人認(rèn)為氣候變化很可能是由于人類活動(dòng)造成的。在這些人類因素中最值得關(guān)注的是燃燒化石燃料所排放的CO2濃度的提高，其次是制造水泥所產(chǎn)生的飄塵的增多，另外還有土地濫用、臭氧層的破壞、畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)的盲目活動(dòng)、森林的砍伐等都可能對(duì)氣候有不同程度的影響，從而成為氣候變化的因素[8]。

由此可見目前人們更多地認(rèn)為影響氣候變化的主要原因是人類燃燒化石燃料、砍伐森林等活動(dòng)。但是，學(xué)術(shù)界對(duì)此結(jié)論仍有爭議，他們用大量的證據(jù)駁斥了這一觀點(diǎn)，并認(rèn)為自然驅(qū)動(dòng)才是全球氣候變化的主要原因，但他們并未找到具有說服力的自然驅(qū)動(dòng)力。于是，作者重新研究了構(gòu)成地球系統(tǒng)的幾個(gè)要素，找到了影響全球氣候變化的主要原因，并提出了相應(yīng)的對(duì)策。

2 關(guān)于全球氣候變化的新發(fā)現(xiàn)

近年來北美部分地區(qū)接連遭到極寒天氣的侵襲，美國中西部地區(qū)氣溫甚至跌破零下50華氏度（約-45.6℃）。專家把這種極寒天氣的成因歸結(jié)為“極渦南下”。由此啟發(fā)人們極渦的移動(dòng)是引起氣候變化的重要因素，但為何極渦偏向北美或歐亞大陸而較少沿別的方向移動(dòng)？為何近年來極渦肆虐變本加厲？極渦移動(dòng)與全球氣候變化的真正關(guān)系是什么？這些問題仍然困擾著科學(xué)界，懸而未決。幸而，近來作者研究了極渦的形成與變化機(jī)制[9，10]，能夠解答這些問題。

2.1 極渦的形成與電流暖心機(jī)制

由于地球具有巨大的質(zhì)量，因此地球擁有濃密的大氣層。在地球自轉(zhuǎn)離心力的作用下，地球逐漸成長為赤道隆起、兩極稍扁的球體，使地球兩極位置的半徑小于赤道及其他位置的半徑，而萬有引力和距離的平方成反比。當(dāng)?shù)厍蚩焖僮赞D(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生的強(qiáng)大離心力使赤道和低緯度地區(qū)上空的云氣容易遠(yuǎn)離其旋轉(zhuǎn)軌道而沿著螺旋軌道向兩極移動(dòng)。由于極地位置的萬有引力大于其他位置的萬有引力，因此當(dāng)云氣移到極地上空時(shí)容易被極地的萬有引力吸引住，云氣吸入冷空氣后便凝結(jié)成厚重的云團(tuán)而下沉。許多墜向極地的云團(tuán)隨著地球的自轉(zhuǎn)便形成一股很強(qiáng)的圍繞極地旋轉(zhuǎn)的環(huán)流，即“極地渦旋”，如圖1所示。地球有兩族較大的渦旋結(jié)構(gòu)，分別位于南極和北極，深度可跨越地球的對(duì)流層和平流層。這種渦旋結(jié)構(gòu)常年存在，在冬季達(dá)到最大強(qiáng)度。當(dāng)北極處于夏季，其渦旋不顯著時(shí)，南極處于冬季，其渦旋顯著;當(dāng)南極處于夏季，其渦旋不顯著時(shí)，北極處于冬季，其渦旋顯著。所以這兩族渦旋結(jié)構(gòu)具有優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的作用[11，12]。

由于卷入極地渦旋的云團(tuán)數(shù)量巨大且以螺旋方式快速旋轉(zhuǎn)，因此可形成一系列寬厚的螺旋云帶，這種云帶不僅便于較重的水滴向下流動(dòng)而且便于電荷的傳遞，可謂是導(dǎo)電性能極佳的電路。由于卷入極地渦旋的云團(tuán)數(shù)量巨大且快速旋轉(zhuǎn)，容易發(fā)生劇烈的摩擦和碰撞，使渦旋中充滿了正離子和負(fù)離子，并在渦旋中產(chǎn)生許多電流和閃電，如圖2所示。云中的水滴“優(yōu)先”吸收大氣中的負(fù)離子，使水滴逐漸帶上了負(fù)電荷，因?yàn)閹ж?fù)電的云滴比較重，就下移到云的下部甚至沿螺旋云帶流落到渦旋底部，較輕的正離子逐漸被上升氣流帶到云的上部甚至渦旋頂部，從而在螺旋云帶中形成了從渦旋底部流向渦旋頂部的電流。特別地，由于螺旋云路上的云團(tuán)數(shù)量巨大且快速旋轉(zhuǎn)，容易發(fā)生劇烈的摩擦和碰撞，不斷地產(chǎn)生雷暴，每個(gè)雷暴好似一部靜電起電機(jī)，將電流送到渦旋頂部和底部，形成一系列的云帶電路。由于這些云帶電路會(huì)產(chǎn)生巨大的熱量，因此形成渦旋的暖心結(jié)構(gòu)。暖心部分的空氣膨脹上升，上升到風(fēng)眼墻的冷凝段時(shí)水汽凝結(jié)，使螺旋云帶的導(dǎo)電性能增強(qiáng)，電流增大，暖心更熱，暖心部分空氣膨脹上升速度進(jìn)一步加快，上升水汽凝結(jié)過程愈演愈烈。因?yàn)樗Y(jié)成水珠時(shí)其體積縮小1000多倍，形成低壓中心，四周較涼空氣迅速向低壓中心流動(dòng)，形成強(qiáng)烈的大氣渦旋[9，10]。

2.2 極渦偏移與全球氣候變化的關(guān)系

極地渦旋是一種形成于地球極地的持續(xù)不斷、規(guī)模宏大的氣旋，一般位于對(duì)流層中上部并可延伸到平流層。通常它們環(huán)繞北（或南）極活動(dòng)，不能輕易越出極區(qū)盆地。極地渦旋一般會(huì)在冬季加強(qiáng)，在夏季減弱。當(dāng)極渦未受到外界破壞時(shí)，它能很好地控制極圈的冷空氣;但當(dāng)極渦受到外界破壞而分裂時(shí)，可為中低緯度地區(qū)帶來冷空氣[11，12]。

由于南極冰蓋較厚，氣溫較低，極渦周圍又有高原環(huán)繞，受到外來風(fēng)的干擾較小，因此南極渦旋比北極渦旋更為穩(wěn)定和強(qiáng)大，很難破裂，持續(xù)時(shí)間也相應(yīng)更長。但在北極，由于北極航道的開通和油氣的勘探和開采，使得北極冰蓋大量融化，冰川流失，永久性凍土層下降，極區(qū)盆地邊緣沉陷，北極地區(qū)海平面和大氣等位面也大幅度下降，導(dǎo)致北極渦旋變得瘦弱，生風(fēng)乏力，使全球氣候逐漸變暖[13]。

正如月球能引海潮那樣，月球也能牽引漂浮在空氣中的渦旋，眾所周知的北極渦旋南移就是月球牽引的結(jié)果。每當(dāng)月球經(jīng)過北極上空向南運(yùn)行時(shí)，極地渦旋會(huì)受到月球萬有引力的作用而被分裂成兩個(gè)或幾個(gè)渦旋，從而被削弱，此時(shí)北極變暖，而中低緯度地區(qū)溫度下降。當(dāng)北極渦旋分裂成兩個(gè)或多個(gè)渦旋時(shí)，最強(qiáng)一個(gè)渦旋靠近加拿大的巴芬島，另一個(gè)位于西伯利亞的東北部。

每月當(dāng)月球經(jīng)過北極上空向南運(yùn)行時(shí)（通常為陰歷初七至初十），如圖3和圖4所示，月球都會(huì)牽引一些渦旋向南移動(dòng)，由于南部的暖濕空氣被干冷的空氣所代替，南部的人覺得異常寒冷，并且天空陰云密布，冷鋒的云雨隨之而來，一連數(shù)天陰雨連綿。當(dāng)月球經(jīng)過南極上空向北運(yùn)行時(shí)（通常為陰歷二十二至二十五），也會(huì)出現(xiàn)類似的天氣現(xiàn)象。可見，極渦的移動(dòng)是影響全球氣候變化的重要因素，兩極就是地球的空調(diào)器。

每年冬季（12月份至次年2月份），每當(dāng)月球經(jīng)過北極上空南下時(shí)，極渦會(huì)在月球的牽引下向南移動(dòng)，導(dǎo)致北極變暖而中緯度地區(qū)和低緯度地區(qū)氣溫下降，甚至出現(xiàn)極寒天氣。隨著月球?qū)⒁粋€(gè)又一個(gè)的極渦從中心盆地拖出南下，沿途的森林疊嶂被極渦的風(fēng)雨雷電逐漸地夷為平地，使極渦南移受到的阻擋越來越少，造成北美極寒變本加厲。另外，由于北極航道的開通和油氣的勘探和開采，北極冰川流失，北極冰蓋和永久性凍土層下降，極區(qū)盆地邊緣沉陷，也使得南下的渦旋受到的阻擋變少，其風(fēng)眼墻被削減得也少，這也是導(dǎo)致近年來北美出現(xiàn)極寒的原因之一[14，15，16]。

每年春季（3-5月份）常有來自西伯利亞東北部的渦旋在月球的牽引下南移。由于對(duì)流層上部的氣流速度可達(dá)50m/s，因此在以1020m/s運(yùn)行的月球的帶動(dòng)下，極渦能以超過50m/s的速度向南（或北）移動(dòng)。但因此季北亞氣溫仍然偏低，沿途缺乏水蒸氣，渦旋不能立即加強(qiáng)為重大氣旋，只能長時(shí)間漂流在高空。但到了3月底亞洲中南部地區(qū)氣溫逐漸上升，深山谷地蒸發(fā)起大量的水氣，但因受到周圍高山的阻擋而難以逃逸，只能在谷地上方形成云團(tuán)。因此，當(dāng)南下的渦旋漂流到這種谷地上方時(shí)立即吸收從谷地蒸發(fā)起來的云氣，可能加強(qiáng)為龍卷風(fēng)，墜入谷地，蛻化為火龍卷，燃起森林大火，2019年四川涼山州木里森林大火就是典型一例。

每年春夏季（4-8月份）也有來自西伯利亞東北部的渦旋南下，但因此季北亞氣溫開始上升，像貝加爾湖之類的大湖泊開始蒸發(fā)起大量水氣，當(dāng)南下的渦旋漂過這種大湖上空時(shí)能夠吸收不少云氣，逐漸加強(qiáng)為龍卷風(fēng)，墜入附近的森林或草原，蛻化為火龍卷，燃起森林或草原大火。2010年7-8月份的俄羅斯南部森林大火和2019年4月中旬的中俄邊境草原火災(zāi)就是其中的典例。

每年夏秋季（5-11月份）生于西伯利亞東北部的北極渦旋，隨著月球的運(yùn)動(dòng)而跨越歐亞大陸南移，但因陸地上空缺乏水蒸氣，待到漂移到西北太平洋上空時(shí)已削減為小小的氣旋。但后來遇到西北太平洋海面的高溫氣流，可能演變成強(qiáng)烈的臺(tái)風(fēng)[17，18]。雖然臺(tái)風(fēng)可能給當(dāng)?shù)鼐用裨斐梢恍p失，但是能使大范圍氣溫下降，消除炎熱，促使季節(jié)的轉(zhuǎn)變。

每年夏秋季（5-11月份），生于加拿大巴芬島的渦旋也可能在月球的牽引下進(jìn)入大西洋上空，不日即可以到達(dá)美國東南部海域上空。由于秋分季節(jié)美國東南部海面的溫度在26.5℃以上，因此當(dāng)渦旋遇到海洋表面的高溫氣流時(shí)，就立即加強(qiáng)為超級(jí)強(qiáng)烈的颶風(fēng)。由于沿著海洋南下的渦旋受到的阻擋較少，其風(fēng)眼墻被削減得也少，加上沿途可吸收到較充足的水蒸氣，因此佛羅里達(dá)東南部海面生成的颶風(fēng)要比其他地方的颶風(fēng)要強(qiáng)[19]。

每年11月份也常有來自加拿大巴芬島的渦旋南下，但因冬季氣溫較低，沿途缺乏水蒸氣，使漂流在平流層的氣旋難以加強(qiáng)。但隨著地球自西向東快速旋轉(zhuǎn)，渦旋可能被風(fēng)帶到積水較多的深谷盆地上空。由于谷地溫度較高，蒸發(fā)起來的水氣較多，但因受到周圍高山的阻擋而難以逃逸，只能在谷地上方形成云團(tuán)。因此，當(dāng)南下的渦旋漂流到這種谷地上方時(shí)立即吸收從谷地蒸發(fā)起來的云氣，可能加強(qiáng)為龍卷風(fēng)，墜入谷地，蛻化為火龍卷，燃起森林大火。2018年11月美國加利福尼亞州的坎普山火就是一個(gè)典例[20，21]。

南極極地渦旋比北極極地渦旋更為顯著，持續(xù)時(shí)間也更長。當(dāng)月球經(jīng)過南極上空向北運(yùn)行時(shí)，它能牽引南極極地渦旋向北漂移。當(dāng)漂移到南印度洋或孟加拉灣附近時(shí)，由于受到海洋表面高溫氣流的影響，瞬間變成橫掃千里的旋風(fēng)，使附近地區(qū)慘遭重災(zāi)[22，23]。

根據(jù)月球的行駛路線，可以看出月球自南極北上時(shí)，月球牽引的南極渦旋因受非洲大陸和歐亞大陸的阻擋， 除非落在非洲南端、印度洋、孟加拉灣、阿拉伯海或地中海，否則不能成為可怕的狂風(fēng)，故大西洋南部很少出現(xiàn)猛烈的熱帶氣旋[24]。

3 防止全球氣候變化異常的策略

通過上述對(duì)全球氣候變化異常原因的分析可知，極地是整個(gè)星球的空調(diào)器，極渦的移動(dòng)是引起全球氣候變化的直接原因，而人類在極地的活動(dòng)則是造成極渦移動(dòng)異常的真正原因，所以要防止全球氣候變化異常就得控制人的行為。

（1）為了防止全球變暖或北美地區(qū)反復(fù)出現(xiàn)異常寒冷的天氣，應(yīng)該沿著北極航道加固堤岸，防止冰川流失;為了防止北極冰蓋和永久性凍土層下降，應(yīng)該在勘探和開采的地方填塞石頭泥沙或木頭，穩(wěn)住冰基;為了防止極區(qū)盆地邊緣沉陷導(dǎo)致月球輕易牽引極渦溜出極區(qū)盆地，應(yīng)該測(cè)出月球攜渦行駛的慣常路徑，然后在這些路徑上布設(shè)多道百米以上高墻防線，以便截?cái)酀撎拥臉O渦風(fēng)眼墻。

（2）減少人們?cè)跇O地的盲目活動(dòng)（如盲目地開采油氣、不必要的旅游），保持南北極海冰覆蓋不減不融，氣溫不升，則能使極渦旋恢復(fù)原狀或得到加強(qiáng);極渦生風(fēng)有力，才能使全球氣溫下降，解決全球變暖的問題。

（3）對(duì)于可能肆虐于美國東海岸的颶風(fēng)或引起美國西部山火的氣旋，除了實(shí)施策略（1），還應(yīng)該在颶風(fēng)或氣旋盛勝前一個(gè)月對(duì)出現(xiàn)在西伯利亞東北部和加拿大巴芬島的氣旋胚胎加以監(jiān)控和消除削弱。

（4）對(duì)于可能引起歐亞大陸的森林草原火災(zāi)，除了實(shí)施策略（1），還應(yīng)該在氣旋盛勝前一個(gè)月對(duì)西伯利亞東北部的氣旋胚胎進(jìn)行監(jiān)控，削弱有潛在危險(xiǎn)的氣旋胚胎。

（5）對(duì)于可能肆虐于西北太平洋或南海的臺(tái)風(fēng)，除了實(shí)施策略（1），還應(yīng)該在臺(tái)風(fēng)盛勝前一個(gè)月對(duì)西伯利亞東北部的氣旋胚胎進(jìn)行監(jiān)控，削弱有潛在危險(xiǎn)的氣旋胚胎。

（6）對(duì)于可能肆虐于南印度洋或孟加拉灣的旋風(fēng)，除了實(shí)施策略（1），還應(yīng)該在旋風(fēng)盛勝前一個(gè)月對(duì)南極的旋風(fēng)胚胎嚴(yán)加監(jiān)控，削弱有潛在危險(xiǎn)的氣旋坯胎。

4 結(jié)論

全球氣候變暖、極端天氣頻發(fā)等異?，F(xiàn)象使人們?nèi)崭薪箲]。為了對(duì)癥下藥地應(yīng)對(duì)全球氣候的變化，首先必須找出全球氣候變化的原因，再確定有效的對(duì)策。然而，科學(xué)界對(duì)全球氣候變化的原因爭論不休，懸而未決。為此，作者重新分析了影響全球氣候變化的要素，發(fā)現(xiàn)極渦的移動(dòng)是影響全球氣候變化的主要因素，并提出了相應(yīng)的對(duì)策。

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