预测灾害的潮汐

潮汐是地球表面最明显的海水周期运动。受天体引潮力作用，联结地球和天体中心的直线与地球表面交点附近部分海平面升起形成高潮，与连线垂直的地球表面部分海水自行退去，出现低潮。由于地球自转、公转和月球轨道变化，高潮与低潮交替发生，反复循环——这种现象就是潮汐。因此潮汐被定义为海水在天体(主要是月球和太阳)引潮力作用下所产生的周期性运动。根据计算，潮汐有1.0303、1.1145、2.0538、2.0606、2.2014、2.2087、2.2289、18.6年的基本周期。

　　近几年来，与潮汐相关的理论研究发展迅速，遍及气象、地质、天文、灾害等不同的研究领域。比较典型的有2000年美国学者查尔斯·季林提出的“潮汐调温说”，2003年蓝永超研究员提出的“潮汐调制降水说”，以及国内外多名学者提出的“潮汐激发地震说”、“潮汐激发火山说”、“厄尔尼诺潮汐说”、“潮汐影响地球自转说”等等。值得一提的，查尔斯·季林也是“二氧化碳温室效应”的提出者之一，与风靡世界的“二氧化碳温室效应”不同的是，“潮汐调温说”并没有引起世人的注意——也许这只是一个时间问题。

　　最新研究表明，潮汐不仅可以激发地震火山活动，还可以调节海温、调制降水和影响地球自转，而海温、地震、火山、地球自转变化都是厄尔尼诺事件的激发因素，这就可以建立起潮汐与厄尔尼诺事件之间的联系。潮汐是联系不同学说的一条主线，通过这条主线，不同学说可能连贯成为一个合理的物理机制：潮汐可以通过地震火山活动、地球自转、降水、大气和海洋温度影响厄尔尼诺现象、拉尼娜现象和拉马德雷现象的发生和发展。

　　

　　潮汐与气候的关系

　　

　　在潮汐基本周期的基础上，又衍生出3.1、4.1、4.9、5.5、5.57、6.68、9、9.2、9.9、10、11.137、18.6、19.96、22.3、27、29.95、33、44、54、55、55.7、55.8、60、77、90、110、179.6、182.4、186、200、205、220年等一系列周期，并且与气候现象循环的记录有着很好的对应性。有关气候现象循环的记录75项，与潮汐周期相同的有66项，占88％，这表明潮汐是影响气候现象循环的主要因素。

　　厄尔尼诺事件和拉尼娜事件是全球气候异常变化的最强信号，它们使全球气候反常，严重旱涝灾害交替发生，是自然灾害发生的主要根源。研究表明，当太阳的位置由南北回归线移向赤道时，太阳引潮力使地球的扁率变大——这是春分和秋分时的地球自转速度小于夏至和冬至时的自转速度的原因。实际上，每年4月9日～7月28日及11月18日～1月23日为地球自转加速阶段；1月25日～4月7日及7月30日～11月6日为地球自转减速阶段。快慢时段的昼夜时间(日长)长短的差别不超过几千分之几秒，但是这种微小的变化足可以影响到气象事件，并且与计算值量级完全相符。

　　地球各圈层潮汐形变的规模不相同，大气圈的起伏约为80m，海洋圈的起伏大约为60cm，固体地球的起伏约为20cm，比例为400:3:1。当日食在赤道、日月大潮在赤道处形成最大潮汐高潮区时，地球的大气圈、水圈和岩石圈的扁率变大，自转变慢。以岩石圈为参照，水圈相对减慢最少，气圈相对减慢最多——这导致赤道东风增强，赤道太平洋热水集中在西太平洋，有利于拉尼娜事件的形成，对应时间为3月末或9月末(春分3月20～22日，秋分9月22～24日，太阳在赤道面上)。

　　在6月末或12月末(夏至6月21或22日，冬至12月21～23日)日月大潮发生在南北回归线附近，地球各圈层自转加快。以岩石圈为参照，水圈相对加快最少，气圈相对加快最多——这导致赤道东风减弱，赤道太平洋热水回流到东太平洋，有利于厄尔尼诺事件的形成，对应时间为6月末或12月末，与发生在12月25日圣诞节附近的季节性特征相符。季节性厄尔尼诺现象发生在12月末的原因还在于，每年1月3日或4日为地球轨道近日点，太阳引潮力增大10.2％，与11月18日～1月23日(66天)地球自转加速阶段相对应。这时如有月亮的配合，如发生日食或月食，就可能激发厄尔尼诺事件的发生。

　　此外，近10年研究发现，厄尔尼诺和拉尼娜事件的发生与更大时间尺度的“太平洋十年涛动”(Pacific Decadal Oscillation，缩写为PDO)密切相关。PDO是近年来揭示的一种年代际时间尺度上的气候变率强信号，它是叠加在长期气候趋势变化上的一种扰动，直接造成太平洋及其周边地区气候的年代际变化。“拉马德雷”(Lamadre西班牙语“母亲”的意思，即她是厄尔尼诺和拉尼娜的母亲)是一种高空气压流，形成原因尚待研究，在气象学和海洋学上也被称为“太平洋十年涛动”，其“暖位相”和“冷位相”两种形式分别交替在太平洋上空出现，每种现象持续近20～30年，其中，拉马德雷冷位相时期是潮汐南北震荡最强烈的时期。

　　

　　潮汐对降水的影响

　　

　　中国科学院的蓝永超研究员曾根据相关资料得出结论：从上世纪20年代初到90年代，黄河大体上经历了5个枯水期和4个丰水期。每个丰、枯水期的持续时间长短不一，枯水段持续时间为4～15年，平均为9年；丰水段持续时间为7～14年，平均为9.25年。黄河上游每个丰、枯水周期平均持续时间基本相同，一个完整的丰枯循环周期大约在18年左右。而18.6年是典型的潮汐周期，月亮轨道与地球赤道之间的夹角称为月亮赤纬角，在18.5～28.5度之间变化，周期为18.6年。历史上，月亮赤纬角最小值时的1941～1943年(河南大旱)、1959～1960年(山西大早)、1977～1978年(山西、长江中下游大旱)、1995～1997年(华北、辽宁、吉林等地连续4-5年大旱)中国北方都发生了大旱；月亮赤纬角最大值时的1932年(松花江大水)、1933年和1935年(黄河特大水)、1951年(辽河大水)、1969年(松花江大水)、1986年(辽河大水)中国北方都发生了大水。最大的月亮赤纬角增大潮汐南北震荡的幅度，激发大气和海洋的南北摆动。两者的对摩关系表明降水与潮汐的相关性。

　　最近的研究结论是：强潮汐不仅影响大气潮、海洋潮，而且影响地球固体潮和岩浆潮。大气环流、海洋环流和地震火山活动是相互影响的。3个月亮赤纬角变化周期，对应3个黄河枯水期与丰水期转换期，对应一个拉马德雷冷暖位相交替周期，对应一个8.5级以上大震强烈与减弱变化周期(55.8年周期)。这种55.8年的一一对应关系，表明天文变化、气象交化与地质变化的一一对应性，以及准60年变化周期中月亮赤纬角变化所起的主要作用。

　　

　　潮汐对地震火山活动的影响

　　

　　历史上，强潮汐与强地震有着很明显的对应关系。在15～17世纪小冰期时期的200余年内，潮汐强度达到了最大值，而这一时期的全球强震频繁发生，时值中国华北第六地震活动期，前后延续了200多年，其间发生了4次8级地震，7次7级地震。2009年2月美国学者麦蒂夫等人发表题为《地球固体潮激发地震的证据》的文章，为潮汐激发地震提供了新的证据。通过全球最多的地震目录(包括442412个事件)，他们得出了固体潮位相与地震事件时间清晰的对应关系(99％的置信度)：当岩石圈正常的压力减少时，地震多发生在固体潮使地面上升的时刻。新证据的重要性是无可置疑的，它强调了地球固体潮和地震的关系。

　　作者在2004年的研究表明，在圆心角大于90度的太平洋地壳，东西太平洋海面可以形成60厘米的潮汐高度差，潮汐负荷导致洋壳板块的均衡运动，这是环太平洋地震带形成的原因之一。拉尼娜事件发生时，赤道信风导致暖水在赤道西太平洋集中，冷水集中在赤道东太平洋，海水温差为3～6℃，海平面高度差为40～60厘米；当厄尔尼诺事件到来时，情况发生逆转。由于地壳均衡原理，洋壳发生反向的13～20厘米的均衡升降，增强了潮汐引发的大洋地壳运动。

　　过去，人们仅仅把日月大潮时发生的地震火山活动看成是潮汐激发的结果，因而，强潮汐与地震火山活动的对应关系并不明显。但是，如果把朔、望、上弦、下弦、月亮近地潮、月亮赤纬角最大值和最小值7个天文要素综合起来，这种对应关系就非常明显了。考虑到全球变暖导致的海平面上升可能超过历史的记录，由此导致的地壳均衡运动也可能超过历史的规模——这是比温室效应更危险的变化趋势。

　　

　　潮汐对严重低温冻害的影响

　　

　　历史记录表明，20世纪初期和60～70年代的低温期与拉马德雷冷位相对应，30～40年代和80年代迅速变暖与拉马德雷暖位相对应。在“拉马德雷”的“冷位相”时期，厄尔尼诺年易发生低温冷害。1957、1969、1972和1976年中国发生的严重低温冷害恰好在1947～1976年“拉马德雷”的“冷位相”。

　　2000年4月温室效应提出者之一查尔斯·季林提出，强潮汐把海洋深处的冷水带到海面，使全球气候变冷。在全球变暖的大背景下，拉马德雷的冷位相时期(1890～1924年和1947～1976年)与全球低温气候对应，暖位相时期(1925～1946年和1977～1999年)与全球变暖对应。不仅如此，1959～1961年冷位相中的暖信号和1989～1991年暖位相中的冷信号也准确地对应相应的气候波动。这种准确的对应关系为预测全球气温变化提供了可靠的方法。

　　将2008年1月中国南方冰雪冻灾与1952～2008年长江中下游冬季最大连续冰冻天数历年的变化对比，可以发现有很好的对应关系。1946～1976年为拉马德雷冷位相时期，长江中下游冬季最大连续冰冻天数历年变化的高峰值从1955年～1984年，开始时间后延了9年，结束时间后延了8年；2000～2030年也是拉马德雷冷位相时期，长江中下游冬季最大连续冰冻天数历年变化的高峰值从2008年开始，开始时间后延了8年，依照规律，结束时间也应后延8年。长江中下游冬季最大连续冰冻天数历年变化的高峰值相对拉马德雷冷位相滞后8～9年。这对预测今后低温冻灾有借鉴意义：未来30年中国低温冻灾可能频发。

　　事实上，自然灾害预测面临着自然变异的多因子性、多解性和不确定性，单灾种的、以提高监测技术水平和单方面灾变规律的研究固然重要，但更重要的是广泛收集信息，向综合预报方向发展。潮汐规律和潮汐作用是一个十分复杂的地球物理问题，潮汐与其他自然现象的综合作用对自然灾害有着很好的预警作用，关注潮汐预警可以提高我们的防灾效果，把握灾害发生的一般规律。(文章代码：101506)

　　

　　[责任编辑]李军