楊東方，苗振清，石 強(qiáng)，陸建新，陳 豫

（1.浙江海洋學(xué)院海洋科技學(xué)院 舟山 316000；2.國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測中心 青島 266033；3.浙江省海洋監(jiān)測預(yù)報中心杭州 310007；4.上海海洋大學(xué)信息學(xué)院 上海 201306）

“未來地球氣候變化的模式”得到了初步印證＊

楊東方1，2，苗振清1，石 強(qiáng)2，陸建新3，陳 豫4

（1.浙江海洋學(xué)院海洋科技學(xué)院 舟山 316000；2.國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測中心 青島 266033；3.浙江省海洋監(jiān)測預(yù)報中心杭州 310007；4.上海海洋大學(xué)信息學(xué)院 上海 201306）

通過海洋生態(tài)變化，確定了海洋生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展的動力是營養(yǎng)鹽硅和水溫。營養(yǎng)鹽硅是主要發(fā)動機(jī)，水溫是次要發(fā)動機(jī)。對此，楊東方等提出了營養(yǎng)鹽硅的補(bǔ)充機(jī)制。文章揭示了“未來地球氣候變化的模式”：近岸地區(qū)和流域盆地的氣候模式、內(nèi)陸的氣候模式和海洋的氣候模式。由于這樣的氣候，產(chǎn)生了3個不同的區(qū)域：近岸地區(qū)和流域盆地成為多雨區(qū)，內(nèi)陸成為干旱區(qū)，海洋成為風(fēng)暴潮區(qū)。這個“未來地球氣候變化的模式”在以后的年代中逐漸得到證實，在2010年的天氣變化中得到了充分的證明。因此，應(yīng)該充分了解這樣的氣候變化模式，積極應(yīng)對它給人類帶來的旱澇災(zāi)害和高溫，為中國的防災(zāi)減災(zāi)，提供科學(xué)依據(jù)。

營養(yǎng)鹽硅；浮游植物；氣候；模式；防災(zāi)減災(zāi)

浮游植物是主要的初級生產(chǎn)者，是海洋食物鏈的基礎(chǔ)。浮游植物的優(yōu)勢種在一般海域是硅藻，營養(yǎng)鹽硅對于硅藻生長是必不可少的。在海洋水域內(nèi)，水溫和營養(yǎng)鹽硅控制浮游植物生長的時間變化及空間變化過程［1］。水溫、營養(yǎng)鹽硅的變化會引起浮游植物生長和結(jié)構(gòu)的變化以及引起海洋生態(tài)系統(tǒng)的變化。營養(yǎng)鹽硅和水溫是浮游植物生長的一大一小兩個發(fā)動機(jī)，營養(yǎng)鹽硅是主要的、強(qiáng)烈的、迅速的，水溫是次要的、輔助的、緩慢的［2］。在海洋中，硅對浮游植物生長的限制日趨嚴(yán)重，在海洋中缺硅會造成海洋生態(tài)的破壞。對此，地球生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)鹽硅的補(bǔ)充機(jī)制［3－4］給予了解決。

在2006年，楊東方等提出了地球系統(tǒng)的營養(yǎng)鹽硅補(bǔ)充機(jī)制，展示了“未來地球氣候變化的模式”，這個“未來地球氣候變化的模式”在以后的年代中逐漸得到證實，在2010年的天氣變化中得到了充分的證明。

1 地球生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)鹽硅補(bǔ)充機(jī)制

海洋中缺硅造成海洋生態(tài)的破壞。如何來解決這個缺硅的嚴(yán)重問題，人類無法向占地球表面積70.8%的海洋投放硅。只有地球生態(tài)系統(tǒng)才能向大海提供大量的硅，才能夠維持海洋生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。于是，筆者提出了營養(yǎng)鹽硅的補(bǔ)充機(jī)制。

1.1 硅的補(bǔ)充起因

海洋真光層中的硅主要是由陸源輸入的。大氣和上升流向海洋真光層輸入硅的量與河流相比是可以忽略的。人類建壩、建水庫、引流、種植，均會造成自然生態(tài)的破壞，并改變自然生態(tài)的平衡。

修建大壩和水庫會使懸浮物濃度降低，進(jìn)而輸入海洋的硅的濃度下降；將河流上游進(jìn)行引流和分流，使主河流的輸送能力下降，流量變小，輸入海洋的硅濃度降低，從而改變河口水域和近岸水域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，尤其是營養(yǎng)鹽比例失調(diào)，浮游植物集群結(jié)構(gòu)失控，誘導(dǎo)赤潮的產(chǎn)生，而且赤潮面積逐年加大，發(fā)生頻率逐年增多；在沿河兩岸和沿河流域盆地進(jìn)行大面積的植樹造林，改變了雨水對地表層的沖刷力度，雨水形成的小溪向河流輸送的硅濃度降低，使水流清澈，減少了河流攜帶的硅量。這樣入海河流流量大幅減少，輸送營養(yǎng)鹽硅能力顯著降低，河流含硅量減少，河流對硅總的輸送量降低。

對于大氣輸送，由于大量種植綠化，使土壤被固定，地表層的沖刷能力下降，空氣變得清新，大氣對硅的輸送減少。

這樣，河流、大氣向海洋的真光層輸送硅量在大幅度減少，不斷地改變了從陸地向海洋輸送硅的含量，導(dǎo)致了海水中氮、磷過剩，硅缺乏，氮、磷、硅的比例嚴(yán)重失調(diào)，硅限制浮游植物的生長進(jìn)一步加劇。

1.2 營養(yǎng)鹽硅的補(bǔ)充途徑

通過近岸的洪水、大氣的沙塵暴和海底的沉積物向缺硅的水體輸入大量的硅。這樣，由陸地、大氣和海底3種途徑將陸地的硅輸入大海中，滿足浮游植物的生長（圖1）。

圖1 地球生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)鹽硅補(bǔ)充機(jī)制

陸地的輸送：在近岸地區(qū)和流域盆地，長時間的暴雨形成了洪水，向大海的水體輸入大量的硅。大氣的輸送：在內(nèi)陸地區(qū)，長期的干旱經(jīng)過大風(fēng)形成了沙塵暴，向大海的水體輸入大量的硅。海底的輸送：在海面上，水溫的提高形成了風(fēng)暴潮，通過海底的沉積物，向大海的水體輸入大量的硅。大氣的二氧化碳溶于大海，浮游植物生長要吸收大量海水中二氧化碳，并將碳隨著浮游植物的沉降帶到海底。

1.3 營養(yǎng)鹽硅的補(bǔ)充機(jī)制

地球生態(tài)系統(tǒng)為了保持海洋中浮游植物生長的平衡和海洋的生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展以及大氣二氧化碳的增長放慢，啟動營養(yǎng)鹽硅的補(bǔ)充機(jī)制［3－4］。

（1）近岸地區(qū)和流域盆地成為多雨區(qū)，連續(xù)遭受暴雨襲擊，其中雨量加大，次數(shù)頻繁，下雨區(qū)域擴(kuò)大，并導(dǎo)致塌方、落石、山洪、泥石流和山體滑坡，使沿岸向海洋的洪水增大，向海洋輸入硅量增加。

（2）使內(nèi)陸成為干旱區(qū)，長期干旱缺雨。由于太陽暴曬，地面溫度升高。地表土壤干燥化、顆?；?。由于晴天使地表引起了上升流，將沙塵刮向天空，經(jīng)過大風(fēng)形成了遮天蔽日的沙塵暴，使得沙塵暴次數(shù)增多，面積擴(kuò)大，在強(qiáng)風(fēng)的推動下，向海洋的近岸水域和遠(yuǎn)海中央了輸送大量的沙塵，也是向海洋輸入大量的硅。

（3）在海底有大量的沉積物，在沉積物中硅酸鹽濃度比海水中硅酸鹽濃度高幾倍到幾十倍。由于風(fēng)暴潮，如臺風(fēng)、颶風(fēng)、熱帶風(fēng)暴和寒潮等，都移向近海和沿岸。其中經(jīng)過水域和近岸的面積加大，次數(shù)增多，強(qiáng)度加大，旋轉(zhuǎn)速度加快，移動速度放慢。路徑曲折，路程加長，使海底的沉積物不斷被攪動進(jìn)入水體，使水體硅酸鹽濃度升高。由海底通過沉積物向海洋水體輸入大量的硅。

2 未來地球氣候變化的模式

2.1 模式種類

根據(jù)地球生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)鹽硅補(bǔ)充機(jī)制，筆者認(rèn)為“未來地球氣候變化的模式”為：近岸地區(qū)和流域盆地的氣候模式，內(nèi)陸的氣候模式和海洋的氣候模式。

2.2 模式特征

（1）暴雨和強(qiáng)暴雨頻繁出現(xiàn)。盡可能地在短時間內(nèi)，使地面有雨水存積，對土壤形成沖刷。同時，如果有持續(xù)的暴雨，進(jìn)一步加大對沖刷土壤的力度。

（2）干旱持續(xù)發(fā)生。干旱的時間在延長，使地面干燥化，土壤顆粒化，為沙漠化、沙塵暴做好鋪墊。

（3）風(fēng)暴潮個數(shù)和強(qiáng)度在不斷地增加。對海底連續(xù)的攪動，尤其對海洋深度小于100m的海底水域。在海洋和陸地的交界區(qū)域，包括近海水域和近岸陸地區(qū)域，都會形成海底的攪動和陸地土壤的沖刷。

（4）高溫時間在延長。與往年相比，在一年的四季中，相對的溫度在提高，形成相對的高溫時間在延長。這樣，無論在冬天還是在夏天，相對的高溫在提前出現(xiàn)，而且在時間上持久。

（5）強(qiáng)風(fēng)在增多。強(qiáng)風(fēng)在海洋和陸地上都在增加，強(qiáng)度在增大。在海上，盡可能攪動更深的海底，使海底的泥沙到海水表層。在陸地上，盡可能吹動地面的土壤顆粒，帶到天空中。這樣，全球的強(qiáng)風(fēng)在增多。

2.3 模式分布

未來地球氣候模式在我國具有不同的地區(qū)分布。根據(jù)未來地球氣候變化的模式，將中國分為幾個大區(qū)域。① 在內(nèi)陸區(qū)域：甘肅、內(nèi)蒙古、山西、寧夏和新疆等地區(qū)；② 在近岸地區(qū)：浙江、廣西、廣東、福建和海南等地區(qū)；③ 在流域盆地：長江沿線的湖南、湖北、江西、浙江和重慶等10個省、市局部地區(qū)；④ 在海洋區(qū)域：南海、東海和黃海等水域。了解我國的區(qū)域符合那一類氣候模式，以便在不同的區(qū)域采取不同的方式來應(yīng)對氣象，采取相應(yīng)的防災(zāi)減災(zāi)措施。

2.4 模式功能

“未來地球氣候變化的模式”通過近岸的洪水、大氣的沙塵暴和海底的沉積物向缺硅的水體輸入大量的硅，補(bǔ)充海洋真光層硅的缺乏，緩解硅進(jìn)一步限制浮游植物的生長。這樣，未來地球氣候模式由陸地、大氣和海底的3種途徑（圖1），將陸地的硅輸入大海中，而且加大從陸地向海洋輸送硅的含量，來滿足浮游植物的生長。

3 2010年天氣變化對模式的印證

根據(jù)中國環(huán)球網(wǎng)發(fā)布的2010年的天氣資料［5－6］，進(jìn)行分析得到以下研究結(jié)果。

3.1 近岸地區(qū)和流域盆地

2010年4月29日至5月17日，中國南方地區(qū)出現(xiàn)4次大范圍強(qiáng)降水天氣過程。江南、華南降雨日數(shù)普遍在8d以上，部分地區(qū)超過10d。江南、華南大部降水量有100～200mm，其中廣東中部和北部、江西南部達(dá)200～300mm。其中廣東韶關(guān)、南雄降水量均為1951年以來歷史同期極大值。

4月底以來，中國南方地區(qū)多次出現(xiàn)的強(qiáng)降雨過程，具有過程頻繁、雨量大、短時強(qiáng)度高、極端性強(qiáng)、影響范圍廣和致災(zāi)重的特點(diǎn)。持續(xù)強(qiáng)降水造成湘江、漓江出現(xiàn)超警戒水位洪水，贛江出現(xiàn)2010年以來最高水位，北江支流滃江發(fā)生1964年以來的最大洪水。

這次降雨過程歷時很長，華南地區(qū)連續(xù)出現(xiàn)了14次強(qiáng)降雨過程，多條河流發(fā)生超出警戒水位的大洪流。福建閩江干支流、晉江、九龍江、汀江，廣西西江支流桂江、蒙江、賀江，江西贛江上游及湖南湘江上游等河流都超過警戒水位。其中閩江支流嶺尾溪及九龍江支流新橋河發(fā)生超過歷史記錄的大洪水。

7月8日以來的強(qiáng)降雨已造成長江沿線的湖南、湖北等10省市局部地區(qū)遭受洪澇災(zāi)害。

2010年水情突出表現(xiàn)為3個特點(diǎn)：一是主要江河洪水量級大，部分河流超過1998年。江西信江、撫河發(fā)生超歷史紀(jì)錄特大洪水，重現(xiàn)期50年；福建閩江發(fā)生30年一遇的大洪水。二是發(fā)生洪水河流眾多。6月13日以來的暴雨洪水涉及長江、閩江和西江3個流域，江西和福建等110余條河流發(fā)生超警洪水，9條河流發(fā)生超歷史紀(jì)錄洪水。三是閩江、湘江和資水等南方11條主要江河同時發(fā)生洪水，近年來少見。

3.2 內(nèi)陸地區(qū)

新華網(wǎng)北京7月9日的題目：《中國面臨旱澇災(zāi)害雙重考驗》。近來，我國一度呈現(xiàn)北旱南澇之勢。甘肅、內(nèi)蒙古和山西等地區(qū)滴水如金，廣西、江西、福建、湖南一帶卻暴雨成災(zāi)，這種旱澇并存的局面對中國的防災(zāi)、減災(zāi)、救災(zāi)能力提出了極大考驗。

2010年旱情主要有3個特點(diǎn)：一是受旱地區(qū)集中，主要集中在黑、豫、內(nèi)蒙古、晉、皖等省區(qū)，局地旱情十分嚴(yán)重；二是旱情發(fā)生早，冬麥區(qū)旱情發(fā)生時間明顯早于常年；三是受旱面積大，3月中下旬，全國耕地受旱面積一度達(dá)0.17億hm2，比往年同期多166.7萬hm2。我國中部、北部地區(qū)滴水難求，而華南一帶卻連日大雨，湍急的水流沖垮房屋，沖破大壩，引發(fā)山洪，造成多處險情。

3.3 臺風(fēng)

從2010年3月25日至9月10日一共有10個臺風(fēng)。在3月只有1個，7月13日至9月10日一共有9個臺風(fēng)，這表明臺風(fēng)集中在這3個月。

（1）臺風(fēng)路徑增長。2010年第4號熱帶風(fēng)暴（電母）在韓國南部沿海登陸后繼續(xù)向東移動，影響東海北部、黃海南部。2010年第7號臺風(fēng)（圓規(guī)）9月2日在朝鮮半島西部登陸。2010年第9號熱帶風(fēng)暴（瑪瑙）于9月4日向浙江北部沿海移動，然后逐步靠近韓國南部沿海。

（2）臺風(fēng)對近岸陸地和水域帶來很大影響。2010年第5號強(qiáng)熱帶風(fēng)暴（蒲公英）于8月25日凌晨登陸越南北部，2010年第6號熱帶風(fēng)暴（獅子山）于9月2日在福建省漳浦縣沿海登陸，2010年第7號臺風(fēng)（圓規(guī)）于9月2日在朝鮮半島西部登陸。2010年第9號熱帶風(fēng)暴（瑪瑙）于9月4日向浙江北部沿海移動，然后逐步靠近韓國南部沿海。2010年第10號熱帶風(fēng)暴（莫蘭蒂）在福建省石獅市沿海登陸。

強(qiáng)熱帶風(fēng)暴（蒲公英）帶來的影響，南海西部海域、北部灣將主要有7～9級大風(fēng)，中心附近海域的風(fēng)力可達(dá)10～11級，并伴有7m以上的巨浪；8月24日海南大部、廣東中西部和廣西將有暴雨到大暴雨；8月25日廣東和廣西沿海仍有大雨到暴雨。

受熱帶風(fēng)暴“獅子山”影響，華南中東部、江南中東部、江淮、黃淮以及東北地區(qū)將有大到暴雨，局部大暴雨，風(fēng)力6～7級；其中福建南部和廣東大部、江西北部、安徽中南部及江蘇中北部有暴雨到大暴雨，過程降雨量可在100mm以上，極值可在300mm，臺灣海峽、巴士海峽、巴林塘海峽和福建南部、廣東南部沿海將有8～9級大風(fēng)和3～4m的大浪。

受熱帶風(fēng)暴（瑪瑙）影響，東海大部、臺灣移動洋面、巴士海峽、巴林塘海峽將有6～8級大風(fēng)，“瑪瑙”中心經(jīng)過附近海域風(fēng)力可達(dá)9～10級，陣風(fēng)11～12級。黃海北部、黃海中南部將有6～8級大風(fēng)，琉球、東海北部、黃海中南部有4～6m的巨浪。

受熱帶風(fēng)暴（莫蘭蒂）影響，在廣東東部、福建、浙江、江西東北部、上海、江蘇南部和安徽東部等地將有大雨到暴雨；其中，福建中北部、浙江西部、江蘇南部和安徽東部部分地區(qū)有大暴雨，以上地區(qū)局部有特大暴雨。臺灣海峽、東海沿海、福建和浙江沿海將有7～8級大風(fēng)，陣風(fēng)可達(dá)9～10級；以上海域有2～3m大浪。

（3）臺風(fēng)密度加大。2010年8月29日有1個臺風(fēng)出現(xiàn)，第6號熱帶風(fēng)暴（獅子山）。2010年8月30日有2個臺風(fēng)同時出現(xiàn)，第6號熱帶風(fēng)暴（獅子山）和第7號臺風(fēng)（圓規(guī)）。2010年8月31日有3個臺風(fēng)同時出現(xiàn)，第6號熱帶風(fēng)暴（獅子山），第7號臺風(fēng)（圓規(guī)）和第8號熱帶風(fēng)暴（南川），7級大風(fēng)圈的半徑分別為200km、230km和100km。

4 結(jié)論

通過地球系統(tǒng)的營養(yǎng)鹽硅補(bǔ)充機(jī)制，筆者提出了“未來地球氣候變化的模式”。對此模式的分析研究，展示了未來地球氣候變化模式的種類、內(nèi)容、特征、分布和功能。并且通過2010年的天氣變化印證了未來地球氣候變化模式?，F(xiàn)在經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有極端天氣，然而極端天氣在長時間地、經(jīng)常地出現(xiàn)，也就沒有極端了。這只是氣候變化的未來發(fā)展趨勢。

在不同的區(qū)域，根據(jù)不同的“未來地球氣候變化的模式”，建立不同的防災(zāi)減災(zāi)體系和基礎(chǔ)設(shè)施。在近岸地區(qū)和流域盆地，建設(shè)排水系統(tǒng)，做好城市、農(nóng)田的排澇，注意連續(xù)遭受暴雨襲擊，防范可能引發(fā)的洪澇災(zāi)害，如塌方、落石、山洪、泥石流和山體滑坡等災(zāi)害。在內(nèi)陸區(qū)域，建設(shè)節(jié)水灌溉系統(tǒng)，做好城市、農(nóng)田的干旱，注意高溫、強(qiáng)風(fēng)和持續(xù)的干旱，防范可能引發(fā)的干旱災(zāi)害，如沙漠化和沙塵暴等災(zāi)害。在海洋區(qū)域，建設(shè)預(yù)測、預(yù)報的設(shè)施和設(shè)備，完善預(yù)測、預(yù)報的機(jī)制，注意風(fēng)暴潮的面積、強(qiáng)度、速度等級別，防范臺風(fēng)、颶風(fēng)、熱帶風(fēng)暴和寒潮等風(fēng)暴潮可能引發(fā)的海上災(zāi)害。

洪水、沙塵暴和風(fēng)暴潮，以3種方式向大海水體輸送硅。這3種方式對人類生存來說是3種災(zāi)害，但是這些災(zāi)害與全球氣溫和水溫上升所帶來的災(zāi)害相比是微不足道的［8］。這是由于洪水、沙塵暴和風(fēng)暴潮是局部的災(zāi)難，然而全球氣溫和水溫上升所帶來的災(zāi)害是全球性的災(zāi)難。因此，通過“未來地球氣候變化的模式”，對洪澇災(zāi)害、干旱災(zāi)害和風(fēng)暴潮災(zāi)害等災(zāi)害進(jìn)行時時監(jiān)測，提高預(yù)報精度和準(zhǔn)確率。人類要應(yīng)對這個氣候變化給生態(tài)環(huán)境帶來的變化和給人類帶來的旱澇災(zāi)害，都需要人類積極采取應(yīng)急措施和方案，利用現(xiàn)代技術(shù)加強(qiáng)防災(zāi)減災(zāi)的系統(tǒng)建設(shè)，以便減少未來的自然災(zāi)害對人類的影響。

［1］ 楊東方，高振會，王培剛，等 .營養(yǎng)鹽硅和水溫影響浮游植物的機(jī)制［J］.海洋環(huán)境科學(xué)，2006，25（1）：1－6.

［2］ 楊東方，高振會，孫培艷，等 .膠州灣水溫和營養(yǎng)鹽硅限制初級生產(chǎn)力的時空變化［J］.海洋科學(xué)進(jìn)展，2006，24（2）：89－96.

［3］ 楊東方，高振會，秦潔，等 .地球生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)鹽硅補(bǔ)充機(jī)制［J］.海洋科學(xué)進(jìn)展，2006，24（4）：407－412.

［4］ YANG Dongfang，GAO Zhenhui，YANG Yingbin，et al.Silicon limitation on primary production and its destiny in Jiaozhou Bay，ChinaⅦ The Complementary mechanism of the earth ecosystem ［J］.Chin J Oceanol Limnol，2006，24（4）：401－412.

［5］ 佚名 .全國多省暴雨襲擊發(fā)生洪澇災(zāi)害［EB/OL］.（2010－07－18）［2011－07－18］.http：//world.huanqiu.com/roll/2010年的天氣資料 .

［6］ 佚名 .南方多省市遭受暴雨洪澇災(zāi)害［EB/OL］.（2010－07－18）［2011－07－18］.http：//www.huanqiu.com/zhuanti/china/zhuantinfby/.

［7］ 佚名.發(fā)布的臺風(fēng)預(yù)報分析［EB/OL］.（2010－07－10）［2011－07－18］.http：//www.typhoon.gov.cn/forecast/.

［8］ 楊東方，吳建平，曲延峰，等 .地球生態(tài)系統(tǒng)的氣溫和水溫補(bǔ)充機(jī)制［J］.海洋科學(xué)進(jìn)展，2007，25（1）：117－122.

中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重要方向項目——長江口及其附近海域的營養(yǎng)鹽的變化過程（KZCX 2－207）；國家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測中心主任科研基金資助——長江口、膠州灣及其附近海域的生態(tài)變化過程.