地球

厄尔尼诺,这个小男孩真不简单

秘鲁-马丘比丘-1983年被认定为世界遗产

图1 马丘·比丘,这个在1983年被认定为世界遗产的”空中城市”,位于秘鲁南部雄伟的安第斯山脉的尾部,海拔2430米处,见证了南美最大的印加帝国辉煌的过去。1911年7月24日,一个美国青年在原著民的帮助下,在热带原始森林中找到了这座印加帝国最后的城市遗址,从此,”失落的印加帝国”享誉全世界。遗址的魅力还在于这座石头结构的城寨巧妙地利用山根和地面凸凹不平的地势,达到了自然与建筑的完美协调。(图片来源:wiki)

16世紀,秘鲁Perú,这个曾经辉煌一时的印加帝国所在地,在当时最强大的西班牙舰队摧毁下,一去不复返。他们被彻底征服了,从此,秘鲁文明的根基,他们的国语,改姓了西班牙。

幸好,秘鲁的海岸线没有像轮流做庄的皇帝一样风雨飘荡。而且,太平洋发给了秘鲁一张用”水”写成的优惠卷。这太不公平了,秘鲁拿起这张优惠券,就代表了对世界最著名的渔场-秘鲁渔场的拥有权。

秘鲁渔场-太平洋发给秘鲁的一张优惠券

图2 海洋并不是静止的,整个海洋的水就像人体血液一样在循环往复,我们将全球最大的海水运移叫做洋流。太平洋赤道地区,海水在太阳直射下一年四季都很温暖,在东面吹来的信风的鼓动下,海水夹带着大量暖气从东往西流。于是在正常年份,太平洋的西面,也就是印尼、菲律宾和澳大利亚东北部一带温暖湿润。但是别忘了,表面的海水被吹走了,就会有其他海水流过来补充。于是,一股寒冷的水流在海底,经南极边缘,带着一身”冷酷”,悄悄地运动到了南美,当水流碰到了秘鲁突出的海岸线时,水流前途受阻,被迫抬升,这恰好补充了秘鲁附近被信风吹走的海水。这股寒流将海底的有机物带到了海面,吸引了一大群一大群鱼儿,从此,这里就成了世界上最著名的渔场-秘鲁渔场。这不是太平洋发给秘鲁的优惠券吗?(图片来源:wiki)

但是,秘鲁的渔民发现太平洋有时并不友好,特别是到了圣诞节前后,海边的风变弱了,平时温度较低的海水温度升高了,水中的浮游生物也跟着减少了,更要命的是,鱼也大大减少了,这是怎么回事?莫非这是上帝的旨意?要求秘鲁的渔民回去庆祝小耶稣的诞生?

可怜的秘鲁渔民无法解释这个现象,于是用他们的国语-西班牙语,给它取了个名字-El Nino,这就是大名鼎鼎的厄尔尼诺。在西班牙语里,他的意思就是”圣婴”,也就是圣诞节期间的小男孩的意思!

这个”兴风作浪”的小男孩真不简单!直到1997年,一颗卫星的报告让世界彻底认识了这个小男孩的威力。

TOPEX/Poseidon测高系统

图1 GPS卫星总是高高在上,位于地球10000公里以上。而一般的气象卫星不过几千公里的高度。为什么呢?因为如果要更好地观测地球,他们就要尽可能贴着地面,太远了分辨率自然就降低了,而且越靠近地球,飞得也越快,这样一天就能覆盖更多的范围。比如图上这颗卫星,距离地球1336km,每秒钟飞7km左右,约10天就可以把全球所有的海面覆盖一遍。当然,这颗卫星的轨道,也就是自己的高度,是由高高在上的几颗GPS卫星精确给定的。那为什么不让卫星飞得再低点呢?太低很容易掉下来啊,太低了被人拿竹竿子(或导弹)捅下来怎么办?(图片来源:NASA)

1973年,人类历史上第一颗测高卫星Skylab S-193(天空实验室)由美国发射升空,人类进入空间卫星测高的年代,但是卫星测高一开始的精度并不高,为什么呢?如果卫星连自己的高度都测不准,那又怎么精确地测地面的高度呢?

当然,人类要想办法解决这个问题。早在50年代,GPS(全球定位系统)就开始走进了科学家的视野。1989年2月4日,在经历很多颗试验卫星后,第一颗GPS卫星正式发射成功,随后,他们彻底改变人们对时间和空间的精度概念,改变了世界。

1992年,一颗名叫Topex/Poseidon的卫星由法国和美国联合发射成功,这颗卫星身负一个重要的使命,就是精确地测量海平面高度。在GPS卫星的协助下,这颗卫星的测量精度可以高达4-5cm,于是,从1992年开始,我们就有了全球海平面高度变化的精确资料(验潮站也有资料,但是验潮站通常位于海边,受到干扰多)。请看下面视频,为1992-2007年的海平面高程变化,红色的表示比多年平均值高,蓝色的表示比多年平均值低,这些资料不仅仅来自Topex/Poseidon,还包括2001年发射的Jason-1卫星测高资料。

测量海面高度的基本原理就是,卫星向地面发射电磁波,然后接收地面(或海面)对电磁波的反射波,根据距离=光速×时间,就可以求出卫星距离地面的高度了,而卫星自己的轨道高度可以由GPS卫星精确给出,相减就可以得到地面的高度。(见图1)

1997年11月,正当秘鲁的渔民又开始为反常的气候烦恼不已的时候。科学家在这颗卫星身上发现了有意思的东西:卫星记录的太平洋赤道两端的海水高度和往年大不相同(请你再回头观看视频,注意1997年的时候)!这立刻引起了科学家极大的注意:是什么原因引起海水的高度差呢?这和秘鲁渔民所称呼的”厄尔尼诺”有什么关系呢?

真相终于大白了!

这种海平面高度差异就是厄尔尼诺这个小男孩”兴风作浪”引起的,小小男孩真不简单!

从1997年开始,厄尔尼诺,这个小男孩开始正式进入新闻社交界。但是,小男孩的脾气实在让科学家摸不着头脑,至今人类还不知道这个小男孩是谁生的。更要命的是,小男孩的身世还没弄清楚,又来了一位神秘的小女孩!

没发生厄尔尼诺时的太平洋赤道地区

没发生厄尔尼诺的太平洋赤道地区

图2 3 正常时(上图),赤道一带吹东信风,在风里作用下,太平洋赤道西面的海平面要比东面高,气候也更多雨湿润!但是当厄尔尼诺发生的时候(下图),赤道上空的信风风向变了!东风变成了西风,也就是说,这个时候,太平洋赤道东岸的海平面升高了,而且由于这些风把大量的雨水带到了东岸,使得原本干燥的东岸多雨,温度升高,冰冷的寒流无法上升,导致鱼类因为缺少食物而大量减少。(图片来源:气象之友

图3 这两颗卫星一颗是Topex/Poseidon,一颗是Jason-1。Jason-1也是法国和美国的合作产品,在2001年升空,是Topex/Poseidon的后续产品。很不幸的是Topex/Poseidon在2006年1月18日因为动力故障关闭,从此成了一颗游荡在地球外的孤魂野鬼。而这个鬼,曾为人类对全球的气候和海洋变化研究,做出了丰功伟绩。

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