楊學(xué)祥，楊冬紅

根據(jù)轉(zhuǎn)動慣量守恒地理,，地球的扁率受日月引潮力作用而發(fā)生周期變化,，并使地球自轉(zhuǎn)速度發(fā)生相應(yīng)的變化：

地球扁率變大，自轉(zhuǎn)速度變??；地球扁率變小，自轉(zhuǎn)速度變大,。

黃赤交角為23.5^o,，當(dāng)太陽的位置由南北回歸線移向赤道，地球扁率變大,，由此造成地球自轉(zhuǎn)速度的半年周期變化,。

當(dāng)?shù)厍蛴蛇h日點運動到近日點時，太陽引潮力的強度增加10%,，由此造成地球自轉(zhuǎn)速度的年變化。

白赤交角,，即月亮赤緯角在18.6-28.6度之間變動,，由此引發(fā)地球自轉(zhuǎn)速度的18.6年、27.3天,、13.6天變化周期,。

實際上，每年4月9日-7月28日及11月18日-1月23日為地球自轉(zhuǎn)加速階段,；1月25日-4月7日及7月30日-11月6日為地球自轉(zhuǎn)減速階段^{[10, 11]},?？炻龝r段的晝夜時間（日長）長短的差別不超過幾千分之幾秒，但是這種變化可以影響到氣象事件,，與計算值量級完全相符,。

地球各圈層潮汐形變的規(guī)模不相同，大氣圈的起伏約為480米,，海洋圈的起伏大約為60厘米,，固體地球的起伏約為20厘米，比例為2400：3：1,。

計算表明,，地球各圈層潮汐形變的規(guī)模不同，引發(fā)的自轉(zhuǎn)速度變化也不同,，大氣圈,、海洋圈、巖石圈自轉(zhuǎn)速度變化的比例為2400：3：1,。

當(dāng)日食在赤道,，日月大潮在赤道處形成最大潮汐高潮區(qū)，地球的大氣圈,、水圈和巖石圈的扁率變?yōu)樽畲?，自轉(zhuǎn)變?yōu)樽盥０幢壤?，地球的巖石圈,、水圈和大氣圈的線速度增量dv分別為 -0.000145厘米/秒、-0.000435厘米/秒和-0.464厘米/秒,，即地球各圈層自轉(zhuǎn)減慢,。以巖石圈為參照，水圈相對減慢最少,，氣圈相對減慢最多,。這導(dǎo)致赤道東風(fēng)增強，赤道太平洋熱水集中在西太平洋,。所以,，日食在赤道有利于拉尼娜事件的形成，對應(yīng)時間為3月末或9月末（春分3月20-22日,，秋分9月22-24日,，太陽在赤道面上）。這與厄爾尼諾日食說的結(jié)論是一致的,，提供了新的動力機制,。

在6月末或12月末（夏至6月21或22日，冬至12月21-23日）日月大潮發(fā)生在南北回歸線附近,，地球各圈層自轉(zhuǎn)加快,。以巖石圈為參照,，水圈相對加快最少，氣圈相對加快最多,。這導(dǎo)致赤道東風(fēng)減弱,，赤道太平洋熱水回流到東太平洋，有利于厄爾尼諾事件的形成,，對應(yīng)時間為6月末或12月末,，與季節(jié)性厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生在12月25日圣誕節(jié)附近的季節(jié)性特征相符^[12]。

季節(jié)性厄爾尼諾現(xiàn)象發(fā)生在12月末的原因還在于,，每年1月3日或4日為地球軌道近日點,，太陽引潮力增大10.2%，與11月18日—1月23日（66天）地球自轉(zhuǎn)加速階段相對應(yīng),。冬至為12月22日或23日,，離地球軌道近日點1月3日或4日很近，太陽潮最強,。引起地球扁率變化也最顯著,。日食發(fā)生時，日,、地,、月成一線排列，潮汐強度最大,，對厄爾尼諾和拉尼娜的影響也最大,。

計算結(jié)果表明，一個旋轉(zhuǎn)速度不斷增大的氣體星球,，在扁率不斷變大的過程中,，被削平的兩極突起通過35^o不變?nèi)ο虺嗟懒鲃樱纬梢粋€幾乎靜止的（相對星球自轉(zhuǎn)方向相反的快速旋轉(zhuǎn)）大氣環(huán)流,。在星球外部看來,，加速旋轉(zhuǎn)的氣體星球象一個層層包裹的洋蔥，每層的旋轉(zhuǎn)速度不同,，中心轉(zhuǎn)速快,，外層轉(zhuǎn)速逐漸減小（見圖1）,。這非常符合木星環(huán)的旋轉(zhuǎn)特征：美國學(xué)院公園市馬里蘭大學(xué)的DouglasHamilton和德國海德爾堡馬普學(xué)會核物理研究所的Harald Krüger發(fā)現(xiàn),，行星環(huán)中的微粒緩慢圍繞木星運轉(zhuǎn)，其形成機制尚不清楚^[4],。理論計算結(jié)果給出了一個合理的行星環(huán)形成機制：變速旋轉(zhuǎn)的氣體星球，赤道有慢速旋轉(zhuǎn)的環(huán),，兩極有快速旋轉(zhuǎn)的帽,。

圖1  地球變扁南北緯35度線長度不變（楊冬紅,，2009）

根據(jù)這一變化規(guī)律，在引潮力使地球扁率變大時,，兩極流向赤道的大氣和海洋在科里奧利力的作用下向西偏轉(zhuǎn),，赤道上空的高速氣流，產(chǎn)生與地球自轉(zhuǎn)方向相反的由東向西運動,，加大赤道東風(fēng)帶的風(fēng)速,，在外空間看來幾乎靜止不動；有利于拉尼娜的形成,。

在引潮力使地球扁率變小時,，大氣赤道突起減小并向兩極流動，在南北緯35度線以上的中高緯度地區(qū),，形成兩極突起,，旋轉(zhuǎn)方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同，速度加快,，加大中緯度地區(qū)的西風(fēng)帶風(fēng)速,。有利于厄爾尼諾的形成。

這一變化規(guī)律與星體大小以及形變規(guī)模無關(guān),。

以前的研究認為,，厄爾尼諾與地球自轉(zhuǎn)速減慢對應(yīng)。在這樣的對應(yīng)關(guān)系中,，地球自轉(zhuǎn)變化的原因尚不清楚,。

鄭大偉等的研究表明，地球自轉(zhuǎn)的年際變化與表征El Nino事件的東太平洋赤道帶（180^o-80^oW,，5^oS-5^oN）海面水溫（SST）的月距平曲線存在相當(dāng)好的一致性^[13],。分析表明，當(dāng)?shù)厍蜃晕飨驏|旋轉(zhuǎn)加速時,，由于慣性作用,，海洋和大氣仍保持靜止狀態(tài)不變，因此,，赤道帶附近自東向西流動的洋流和信風(fēng)加強,，把太平洋表面暖水吹向西太平洋，東太平洋深層冷水必然會上涌補充,，海面溫度自然下降而形成拉尼娜現(xiàn)象,；當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)減速時，“剎車效應(yīng)”使赤道帶大氣和海水獲得一個向東慣性力,，赤道洋流和信風(fēng)減弱,，西太平洋暖水向東流動，東太平洋冷水上翻受阻,，因為暖水堆積而發(fā)生海水增溫,、海面抬高的厄爾尼諾現(xiàn)象^[14],。以上討論是在地球不受外力作用下，由角動量守恒定律導(dǎo)出大氣,、海洋和固體地球角動量交換導(dǎo)致的結(jié)果,。

任振球的研究發(fā)現(xiàn)，厄爾尼諾與地球自轉(zhuǎn)速減慢對應(yīng),。當(dāng)?shù)厍蜃晕飨驏|旋轉(zhuǎn)加速時,，赤道信風(fēng)加強，把太平洋表面暖水吹向西太平洋,，東太平洋海面溫度下降而形成拉尼娜事件,；當(dāng)?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)減速時，赤道太平洋一帶大氣和海水在慣性力的作用下向東運動,，赤道信風(fēng)減弱轉(zhuǎn)為西風(fēng),，西太平洋暖水向東流動，因為暖水堆積而發(fā)生海水增溫,、海面抬高的厄爾尼諾事件^[8],。計算表明，南大洋的海洋環(huán)流,，即環(huán)南極西風(fēng)漂流速度的增加與減少是地球自轉(zhuǎn)速度異常減慢與加快的原因^[8,39],。鄭大偉等的研究表明，在赤道帶海溫增暖時期（稱為El Nino形成時期）,，地球自轉(zhuǎn)年際速率減慢,；海溫減暖時期（稱為非El Nino時期），地球自轉(zhuǎn)速率加快,。每次El Nino事件幾乎都發(fā)生在地球自轉(zhuǎn)年際速率由加速變?yōu)闇p慢之后^[5-7],。在這一變化過程中，計算排除了潮汐變化的影響,。

綜合上述分析,，由潮汐形變引起的地球自轉(zhuǎn)減慢有利于拉尼娜事件發(fā)生，由潮汐形變引起的地球自轉(zhuǎn)加快有利于厄爾尼諾事件發(fā)生,；與此相反,，由大氣和固體地球角動量交換引起的地球自轉(zhuǎn)減慢有利于厄爾尼諾事件的發(fā)生，由大氣和固體地球角動量交化引起的地球自轉(zhuǎn)加快有利于拉尼娜事件發(fā)生,。如果兩種情況同時發(fā)生,，則發(fā)生相互干擾作用。

一個比較合理的解釋是,，地球潮汐形變在地球扁率變小時地球各圈層自轉(zhuǎn)速度加快,，引起赤道東風(fēng)減弱，西風(fēng)增強，形成厄爾尼諾事件,。厄爾尼諾事件導(dǎo)致赤道太平洋堆積大量熱水,，赤道太平洋海平面升高，地球扁率變大,，因而導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)速度變慢。所以,，每次El Nino事件幾乎都發(fā)生在地球自轉(zhuǎn)年際速率由加速變?yōu)闇p慢之后^[5-7],。

參考文獻

楊冬紅。潮汐周期性及其在災(zāi)害預(yù)測中應(yīng)用,。博士論文,，吉林大學(xué)，2009.

楊冬紅,，楊德彬,。日食誘發(fā)厄爾尼諾現(xiàn)象的熱-動力機制。世界地質(zhì),。2010,，29（4）：652-657.