極渦的移動與全球氣候變化的關系

鐘萃相

【摘 要】全球氣候的變化越來越受到世界各國的關注，而且在應對全球氣候變化的策略方面也引起了廣泛的爭論和研究。盡管許多人認為全球氣候變化是由于人類燃燒化石燃料導致的，但科學界仍有爭議。于是，作者分析了影響全球氣候變化的各種因素，發現極渦的移動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策。

【關鍵詞】極渦;移動;全球氣候變化;原因;對策

中圖分類號： P42 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）20-0114-004

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.20.053

0 引言

在過去的數十年中全球氣候發生了快速變化，冰川融化、海平面上升、物種瀕危、大氣洋流異動，使全球許多國家自然災害頻發、天氣異常，對人類和生態系統產生了顯著影響[1]。例如，近年來美國接連遭到超強颶風的襲擊、猛烈山火的破壞和極寒天氣的侵擾;許多相鄰地區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注，而且在應對全球氣候變化的策略方面也引起了廣泛的爭論和研究。

為了對癥下藥地應對全球氣候的變化，首先必須找出全球氣候變化的原因，再確定有效的對策。然而，科學界對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，發現極渦的移動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策。

1 全球氣候變化研究的已有結果

經過多年的研究，人們發現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性分布和地理性分布，而且與冰期和間冰期顯著相關[3，4]。

（2）太陽的輻射量：衛星對太陽輻射的精確測量表明自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地球的太陽能的增加[5]。

（3）火山的活動：火山可以噴發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平均每個世紀發生幾次，而且（通過阻擋太陽輻射到達地球表面）導致數年內氣候變冷[6]。

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

（5）人類的活動：許多人認為氣候變化很可能是由于人類活動造成的。在這些人類因素中最值得關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生的飄塵的增多，另外還有土地濫用、臭氧層的破壞、畜牧業和農業的盲目活動、森林的砍伐等都可能對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。但是，學術界對此結論仍有爭議，他們用大量的證據駁斥了這一觀點，并認為自然驅動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動力。于是，作者重新研究了構成地球系統的幾個要素，找到了影響全球氣候變化的主要原因，并提出了相應的對策。

2 關于全球氣候變化的新發現

近年來北美部分地區接連遭到極寒天氣的侵襲，美國中西部地區氣溫甚至跌破零下50華氏度（約-45.6℃）。專家把這種極寒天氣的成因歸結為“極渦南下”。由此啟發人們極渦的移動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？為何近年來極渦肆虐變本加厲？極渦移動與全球氣候變化的真正關系是什么？這些問題仍然困擾著科學界，懸而未決。幸而，近來作者研究了極渦的形成與變化機制[9，10]，能夠解答這些問題。

2.1 極渦的形成與電流暖心機制

由于地球具有巨大的質量，因此地球擁有濃密的大氣層。在地球自轉離心力的作用下，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。當地球快速自轉時，產生的強大離心力使赤道和低緯度地區上空的云氣容易遠離其旋轉軌道而沿著螺旋軌道向兩極移動。由于極地位置的萬有引力大于其他位置的萬有引力，因此當云氣移到極地上空時容易被極地的萬有引力吸引住，云氣吸入冷空氣后便凝結成厚重的云團而下沉。許多墜向極地的云團隨著地球的自轉便形成一股很強的圍繞極地旋轉的環流，即“極地渦旋”，如圖1所示。地球有兩族較大的渦旋結構，分別位于南極和北極，深度可跨越地球的對流層和平流層。這種渦旋結構常年存在，在冬季達到最大強度。當北極處于夏季，其渦旋不顯著時，南極處于冬季，其渦旋顯著;當南極處于夏季，其渦旋不顯著時，北極處于冬季，其渦旋顯著。所以這兩族渦旋結構具有優勢互補的作用[11，12]。

由于卷入極地渦旋的云團數量巨大且以螺旋方式快速旋轉，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而且便于電荷的傳遞，可謂是導電性能極佳的電路。由于卷入極地渦旋的云團數量巨大且快速旋轉，容易發生劇烈的摩擦和碰撞，使渦旋中充滿了正離子和負離子，并在渦旋中產生許多電流和閃電，如圖2所示。云中的水滴“優先”吸收大氣中的負離子，使水滴逐漸帶上了負電荷，因為帶負電的云滴比較重，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數量巨大且快速旋轉，容易發生劇烈的摩擦和碰撞，不斷地產生雷暴，每個雷暴好似一部靜電起電機，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產生巨大的熱量，因此形成渦旋的暖心結構。暖心部分的空氣膨脹上升，上升到風眼墻的冷凝段時水汽凝結，使螺旋云帶的導電性能增強，電流增大，暖心更熱，暖心部分空氣膨脹上升速度進一步加快，上升水汽凝結過程愈演愈烈。因為水汽凝結成水珠時其體積縮小1000多倍，形成低壓中心，四周較涼空氣迅速向低壓中心流動，形成強烈的大氣渦旋[9，10]。

2.2 極渦偏移與全球氣候變化的關系

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

由于南極冰蓋較厚，氣溫較低，極渦周圍又有高原環繞，受到外來風的干擾較小，因此南極渦旋比北極渦旋更為穩定和強大，很難破裂，持續時間也相應更長。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，極區盆地邊緣沉陷，北極地區海平面和大氣等位面也大幅度下降，導致北極渦旋變得瘦弱，生風乏力，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果。每當月球經過北極上空向南運行時，極地渦旋會受到月球萬有引力的作用而被分裂成兩個或幾個渦旋，從而被削弱，此時北極變暖，而中低緯度地區溫度下降。當北極渦旋分裂成兩個或多個渦旋時，最強一個渦旋靠近加拿大的巴芬島，另一個位于西伯利亞的東北部。

每月當月球經過北極上空向南運行時（通常為陰歷初七至初十），如圖3和圖4所示，月球都會牽引一些渦旋向南移動，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，一連數天陰雨連綿。當月球經過南極上空向北運行時（通常為陰歷二十二至二十五），也會出現類似的天氣現象?？梢?，極渦的移動是影響全球氣候變化的重要因素，兩極就是地球的空調器。

每年冬季（12月份至次年2月份），每當月球經過北極上空南下時，極渦會在月球的牽引下向南移動，導致北極變暖而中緯度地區和低緯度地區氣溫下降，甚至出現極寒天氣。隨著月球將一個又一個的極渦從中心盆地拖出南下，沿途的森林疊嶂被極渦的風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，極區盆地邊緣沉陷，也使得南下的渦旋受到的阻擋變少，其風眼墻被削減得也少，這也是導致近年來北美出現極寒的原因之一[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。由于對流層上部的氣流速度可達50m/s，因此在以1020m/s運行的月球的帶動下，極渦能以超過50m/s的速度向南（或北）移動。但因此季北亞氣溫仍然偏低，沿途缺乏水蒸氣，渦旋不能立即加強為重大氣旋，只能長時間漂流在高空。但到了3月底亞洲中南部地區氣溫逐漸上升，深山谷地蒸發起大量的水氣，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。因此，當南下的渦旋漂流到這種谷地上方時立即吸收從谷地蒸發起來的云氣，可能加強為龍卷風，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起大量水氣，當南下的渦旋漂過這種大湖上空時能夠吸收不少云氣，逐漸加強為龍卷風，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，隨著月球的運動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，可能演變成強烈的臺風[17，18]。雖然臺風可能給當地居民造成一些損失，但是能使大范圍氣溫下降，消除炎熱，促使季節的轉變。

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入大西洋上空，不日即可以到達美國東南部海域上空。由于秋分季節美國東南部海面的溫度在26.5℃以上，因此當渦旋遇到海洋表面的高溫氣流時，就立即加強為超級強烈的颶風。由于沿著海洋南下的渦旋受到的阻擋較少，其風眼墻被削減得也少，加上沿途可吸收到較充足的水蒸氣，因此佛羅里達東南部海面生成的颶風要比其他地方的颶風要強[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。但隨著地球自西向東快速旋轉，渦旋可能被風帶到積水較多的深谷盆地上空。由于谷地溫度較高，蒸發起來的水氣較多，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。因此，當南下的渦旋漂流到這種谷地上方時立即吸收從谷地蒸發起來的云氣，可能加強為龍卷風，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典例[20，21]。

南極極地渦旋比北極極地渦旋更為顯著，持續時間也更長。當月球經過南極上空向北運行時，它能牽引南極極地渦旋向北漂移。當漂移到南印度洋或孟加拉灣附近時，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，使附近地區慘遭重災[22，23]。

根據月球的行駛路線，可以看出月球自南極北上時，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，故大西洋南部很少出現猛烈的熱帶氣旋[24]。

3 防止全球氣候變化異常的策略

通過上述對全球氣候變化異常原因的分析可知，極地是整個星球的空調器，極渦的移動是引起全球氣候變化的直接原因，而人類在極地的活動則是造成極渦移動異常的真正原因，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反復出現異常寒冷的天氣，應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，應該在勘探和開采的地方填塞石頭泥沙或木頭，穩住冰基;為了防止極區盆地邊緣沉陷導致月球輕易牽引極渦溜出極區盆地，應該測出月球攜渦行駛的慣常路徑，然后在這些路徑上布設多道百米以上高墻防線，以便截斷潛逃的極渦風眼墻。

（2）減少人們在極地的盲目活動（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，則能使極渦旋恢復原狀或得到加強;極渦生風有力，才能使全球氣溫下降，解決全球變暖的問題。

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

（4）對于可能引起歐亞大陸的森林草原火災，除了實施策略（1），還應該在氣旋盛勝前一個月對西伯利亞東北部的氣旋胚胎進行監控，削弱有潛在危險的氣旋胚胎。

（5）對于可能肆虐于西北太平洋或南海的臺風，除了實施策略（1），還應該在臺風盛勝前一個月對西伯利亞東北部的氣旋胚胎進行監控，削弱有潛在危險的氣旋胚胎。

（6）對于可能肆虐于南印度洋或孟加拉灣的旋風，除了實施策略（1），還應該在旋風盛勝前一個月對南極的旋風胚胎嚴加監控，削弱有潛在危險的氣旋坯胎。

4 結論

全球氣候變暖、極端天氣頻發等異?，F象使人們日感焦慮。為了對癥下藥地應對全球氣候的變化，首先必須找出全球氣候變化的原因，再確定有效的對策。然而，科學界對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，發現極渦的移動是影響全球氣候變化的主要因素，并提出了相應的對策。

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