其它
南北两极气候冷暖变化“跷跷板”成因是什么
投稿人:徐列明 投稿时间:2016-09-06 12:22 访问量:

近几十年来,许多科学家都注意到地球南北两极呈现相反的气候变化,北极地区显著变暖,南极和南大洋则大范围变冷,地球南北两极存在相反的、好似“跷跷板”的气候变化。

虽然科学家对此现象作出多种解释,但始终难有确切结论得以解释其成因之谜。是什么原因导致了南北两极气候冷暖出现了“跷跷板”现象呢?

有观点认为南半球西风带的变化在南半球气候变化中起主导作用,对全球气候变化有重要影响。南半球西风带减弱时,高纬海表的温度升高;而南半球西风带加强时,高纬海表的温度下降。由此推测“南半球西风带的加强或减弱,可引起南大洋表层冷埃克曼流的加强或减弱,也可增加或减少海表海盐气溶胶的释放,并进而导致云反射太阳辐射的增加或减少,从而导致南半球高纬变冷或变暖。”对西风带强弱带来海温变化的解读,笔者认为并没有那么多因素影响。中纬度西风带强弱只是海温高低的直接反映并由此决定高纬度冷暖,而并非是西风强弱释放什么物质决定了高纬度冷暖。

夏季西风之所以比冬季弱,那是因为夏季气温比冬季高、水汽蒸发量大,对西风动能的削弱也最大,是热能增加、增添了气流分子自由能、削弱了西风气流分子原有风速惯性,就像磁铁在高温下,磁性减弱消失一样,因能量输入使得旋转电子降低了原来旋转动能、导致磁性消失;其次水汽热量上升也是对西风动能的阻挡,气流上升就如地心引力的延伸,阻挡了西风速度。故气温、水汽蒸发量的高低决定了西风大小,西风大小本身是由气温决定的,气温高低是由海洋(陆地)接受光辐射转化为海温(地表温)的高低决定。这也是低纬度西风之所以表现不明显的根本原因(气温越高西风越弱、气流对流越频繁西风越弱)。西风越大,海面水温越低,海温越低则预示了冬季南北两极气温越低,因而南北半球西风大小决定了两极冬季气温最终高低;南半球因海洋辽阔缺乏陆地阻挡,故冬季西风更强,南极陆地缺乏海洋热容量,体现南极更加严寒。南半球海洋面积大热容量大,其西风强弱所体现气温高低,更能左右主导全球气温;北半球热容量小、气温变幅大,更易反映气候敏感性,故北半球气温具有气候暖化先导性。

那么决定两极气候“跷跷板”效应的神秘推手到底是什么?是南北半球海陆分布巨大不同导致的,南半球海洋面积是陆地(81/19)的4.26倍、北半球海洋面积是陆地(61/39)的1.56倍。由于南半球海洋面积大、陆地小,所以南半球无论是海洋还是大气,其热容量都大于北半球。如果南北半球气温在对等前提下,那么在每年同等光辐射下,此时北半球无论海温还是大气由于北半球热容量小,气温都比南半球上升快,北极气温自然也比南极高,此时南半球因气温低、气压相对较高,气流流向北半球。由于北半球本身气温高,加之南半球热量输入,将气温推向更高,所以此时赤道北侧气温会远高于南侧气温;经过多年气温、海温上升、北半球大气压随之上升,当气压累积高于南半球时、此时流向南半球并逐渐拉开南北半球气温、海温转折序幕,北半球由于输出热量而使得北半球、北极气温降低,南半球由于增加热量而获得气温上升;随着南半球气温海温多年累积上升,气压又随之上升反转,最终高于北半球,而又反流向北半球,由此开始了南北半球气流新循环;由于南半球热容量大,所以南半球流向北半球气流热量会大于北半球流向南半球热量。即便是南北半球气温达到平衡,南半球由于海洋面积大,水汽蒸发量大、气压仍然会大于北半球,南半球热源仍然会流向低气压北半球一方,导致北半球气温尤其是北极气温将远高于南极。其次、由于北半球陆地面积是南半球2倍多,大气尘埃量大,容易形成降雨降低大气水汽含量,故由此也容易引导南半球湿润气流更多流向北半球 ,将北半球带来降雨多于南半球同时带来更多热源,加速了北半球气候暖化和副高压覆盖面延伸。

由于南北半球气温平衡并不是每年同等光辐射所能决定的,而是由于海陆分布比例不同,决定了其热容量不同导致了同一时期南北半球不同气压不同气温不平衡结果,而气压平衡力导致的高气压流向低气压的结果伴随了半球热量输出与输入,从而造成了被输入半球方的气候暖化和输出半球方的气温下降这种两极气候走向相反的“跷跷板”现象。

有专家认为“上个世纪四十年代至七十年代,主要由于人类活动排放气溶胶的影响,北半球表面出现半球尺度的变冷;上个世纪七十年代以后,主要由于大气温室气体增加的影响,北半球表面则出现半球尺度的变暖”。无论是气溶胶还是温室气体排放,其排放时间也应该是同时的,两者对气候影响都是同时发生的,也不可能依次独立产生一前一后一冷一热不同效应,北半球之所以产生一前一后不同时期前冷后热双重气温现象,可能正是北半球热量输出导致上个世纪四十年代至七十年代,出现半球尺度的变冷与被南半球热量输入导致上个世纪七十年代以后,北半球出现半球尺度的变暖效应放大的结果。近年来北半球臭氧空洞逐渐扩大与南半球臭氧空洞逐渐缩小不仅证明了臭氧空洞大小由气温高低决定,而且证明了南北半球两极气候相反变化(跷跷板)效应客观存在。由此也使我们有理由认为气候暖化进程绝不仅仅是只看见北极气温上升,而有意忽视南极气温同时下降,而正是北极北半球气温近年不断上升,为若干年后北半球气温的突然掉头向下埋下了伏笔。重复上个世纪四十年代至七十年代,北半球表面出现半球尺度的变冷现象。