目前，大多数人都听说过厄尔尼诺，而只要听说过的人都知道它与某种异常天气有关。不过，“异常” 这个词的定义因地区不同变化很大。对居住在印度尼西亚、澳大利亚、东南非的人来说，厄尔尼诺意味着 严重的干旱和致命的森林火灾。厄瓜多尔、秘鲁、加利福尼亚的人则认为厄尔尼诺会带来暴风雨，然后引 发严重洪水和泥石流。在全世界范围内，强厄尔尼诺事件不但造成几千人的丧生，还会使成千上万人流离 失所、数十亿美元损失。而在美洲东北沿岸的居民认为厄尔尼诺会使冬天变得更温暖（可节省取暖费）， 飓风季节相对平静。

　　厄尔尼诺（西班牙语为“圣婴”）这个名称最早起源于十九世纪末秘鲁沿岸的渔民中间，指季节性的 向南流动的暖洋流入侵，取代了往常他们捕鱼时向北流动的冷洋流，这种现象一般发生在圣诞节前后。如 今，厄尔尼诺不再指局地性的洋流的季节性变化，而是指ENSO现象中的一部分。

　　厄尔尼诺/南方涛动（ ENSO）指的是影响全球的连续但不规则的大气和海洋循环变化的一种现象。厄尔尼诺指中东太平洋地区海洋表面异常增温并与低层大气相互作用，它能产生较为显著的天气影响。与之相对应，自1985年起，中东 太平洋地区海表异常变冷的现象被称为“拉尼娜”（小女孩）。

　　厄尔尼诺与拉尼娜相互转变需要大约四年的时间。最近十年，科学家们开始致力于解开海洋与大气之间的错综复杂的关系，这使人们有可能了 解这种不规则天气振荡的机理以及它对全球气候的影响。虽然气象学家长期以来都利用全球大气的观测资料来做每天的天气预报，但在全世界海洋的许多地方相对缺少资料的问题直到太平洋中有自动观测的定点 浮标列阵和人造卫星才得以解决。

　　但是，技术的进步并不是唯一的关键所在。正如以下的文章所述，气象学家和海洋学家各自对大气和海洋经过数年的基础研究后，最终联合了起来。这两个研究领域的完美结合使得气象学家和海洋学家构造出了模拟和预报与ENSO有关的大范围的气候变化的理论模式。例如，科 学家已经能提前几个月给易受厄尔尼诺影响的人群发出厄尔尼诺来临的警报，从而让他们利用这段宝贵的时间来采取措施以减缓极其坏的影响。尽管厄尔尼诺的预报已经取得了巨大的成功，但相对于将气候预报 作为我们已经习以为常的日常天气预报的一部分这个长期目标而言，只是迈出了第一步。

　　天气一直 是人类的一个关注重点，但我们却无法驾驭它。为此，几代人都努力地去观测、并与以往天气比较进而做 出预报。然而，做预报需要大量不同地区的天气状况的信息并需要具有将这些信息进行远距离传输的工具 。在十九世纪后半叶，电报的发明使气象资料有可能从大范围分散的测站快速收集起来，所以，一些国家 成立了气象部门。二十世纪期间，尤其从1957年第一颗人造卫星发射后，比较成熟的全球观测网发展了起 来。如今，卫星、商用飞机、海上船舶都可以用于观测。另外，高层大气的资料可以通过全球各气象测站 一日两次施放的探空气球来获取，海洋中的定点浮标也可以测得海洋深达数百米的温度。

　　尽管在高科技，包括复杂的计算机模式的帮助下，我们可以提前数天比较准确地预报出天气，然而，气候学家怎么才 能提前几个月预报出ENSO的厄尔尼诺位相的建立呢？问题的解决有赖于了解大气和海洋的相互作用是如何 经过一段时间后表现出来的。

　　从根本上讲，许多理论都认为驱动气候长期变化的动力是热带太平洋的 加热和冷却。海风就是个众所周知的例子。在晴朗的下午，大陆要比海洋增温快；陆地上的空气加热并抬升，海洋表面上的冷空气流向海岸取代热空气。在高层，热空气流向海洋并冷却下沉，于是一个循环就形 成了。这种原理在整个地球都适用。一年中，赤道得到的太阳直射光线比中纬度和极地都要多，因此，赤 道海洋比其它海域吸收的热量要多得多。赤道海洋上空的空气被海水加热后膨胀上升（带着热量），流向 极地；相反，副热带和极地的高密度冷空气流向赤道，取代了那里的热空气。

　　换言之，大气和海洋的 相互作用就像一个地球的热机。这种热量的连续再分配，再加上受地球自西向东转动的影响，产生出了高 空急流和盛行向西吹的信风。然后，风随地球的旋转带动了大尺度的洋流，如北大西洋的墨西哥湾流、南 太平洋的洪堡海流、南、北赤道洋流。在热带海洋处，东风获得了海上的水汽并将之从世界的一个地方带 到另一个地方然后下沉。例如，海洋-大气的动力作用使南美太平洋沿岸地区一般比较干燥，而在太平洋 海盆另一侧的印度尼西亚和新几内亚却有着茂密的丛林。信风向西吹带动热带海洋的上层暖水。当暖水在 西太平洋堆积时，东太平洋的深层海水便涌升至表面。

　　正如研究人员逐步认识到的那样，如果他们获 取了热带太平洋某些海域的次表层温度， 就能提前几个月预报出信风。相反，如果知道了信风的特点， 海表温度也能预报出来。 厄尔尼诺问题首先是在大气研究中提出的。二十世纪初，英国数学家、印度气象台台长Sir Gilbert Walker利用已有的气象资料在大气科学研究中做出了根本性的突破。1899年，印度农民所希冀的季风雨迟 迟未来，紧接着一场大饥荒发生了。

　　Walker授命研究这种天气异常的预报方法，他精选从全球气象观测网 中挑出来的四十年温度、气压和降水资料，发现东南太平洋（塔希提岛以东）和印度洋（澳大利亚的达尔 文站以西）气压之间有一种跷跷板式的关系，也就是说，这其中的一个地区气压偏高，另一个地区的气压 反过来就偏低。 在1928年给皇家气象科学会提供的一篇论文中，Walker将这种跷跷板式的气压型定义 为南方涛动，还给出了测量两个地区之间的气压差的尺度。他观测得到，每当气压东边很高西边很低时， 印度的季风雨量就会很大。而东西差异不大时，雨量则小，甚至无雨或干旱。此外，Walker的研究还指出干旱条件不仅袭击澳大利亚、印度尼西亚和印度，还会袭击非洲的次撒哈拉沙漠地带，与此同时，加拿大 则可能出现暖冬。

　　由于Walker用图点出了一年中不同时段两地气压差之间的时间滞后相关性，他认为这些 观测结果也可以用于一些地区的长期天气预报。 尽管Walker 很有洞察力和远见，但他却不能识别南方 涛动的物理机制。后来的三十年，由于各方面的因素，对南方涛动的深入研究跌入低谷。其中最主要的是 在1930年到1950年之间， 表征厄尔尼诺和南方涛动的气候信号较以前异常不明 显，人们的研究热情随之降低。而在1957年由于气候、科学和国际政治方面的事件同时爆发，又掀起了此 项研究的热潮。

　　那一年，前苏联发射了第一颗人造卫星Sputnik，这对整个西方的各种科 学研究起到了一个明显的推动作用。这时，一次大的厄尔尼诺事件爆发了。虽然这是一次强事件，却很可 能没有受到足够的关注便结束了。意外的是1957年恰好被确定为国际地球物理年，这一年各个国家的科学 家一起合作以提高对固体地球、海洋、大气的实际认识。结果是全世界科学家们对地球开展了全面的观测 。他们不仅收集了大气观测资料，而且还有整个太平洋的海表温度资料，这在Gilbert Walker 的时代都 是无法实现的。二十世纪五十年代，一些科学家注意到秘鲁沿岸高的海表温度与热带太平洋气压的微小差 异有关联。事实上，1959年，Scripps海洋研究所的科学家召集一批学者讨论了这种现象。

　　然而，直到六 十年代,洛杉矶加州大学的气象学家Jacob Bjerknes 才指出了Walker 的南方涛动与厄尔尼诺之间的联系 机制。 从在挪威算起，Jacob Bjerknes研究大气已经有几十年了。第一次世界大战时，他与父亲 Vihelm Bjerknes一起工作。老Bjerknes是气象界的老前辈，他创造了“锋面”一词，用来描述冷暖空气 相遇并产生暴风雨的分界面。他认为天气预报不仅需要全球大气资料，还需要较好地了解大气的一个状态 是从另一个状态演变而来这个规律。数十年后，他的儿子在美国为这个思想做出了重要的贡献。

　　Jacob Bjerknes的洞察力主要表现在他看出了大气和海洋的相互作用对风场、降雨、和天气的其它方面有重要的 影响。Bjerknes 描述出了一个位于太平洋上空的环流圈，将之称为Walker 环流。他认为这种环流模式与 东西太平洋的海表温度差异有关，温度的差异导致两处产生气压差。 东太平洋上的冷空气密度高，水 汽无法上升成云致雨，使得秘鲁和厄瓜多尔的一部分地区变成沙漠。沙漠始于远离海岸的地区，高密度的 冷空气使该地有效地形成高压带。东部的高压和西部暖水上空的低压（在Gilbert Walker 理论中提到的 气压差）使空气向西移动，产生并加强了赤道信风。风在向西太平洋吹的过程中，携带着海洋上的水汽； 暖湿空气上升凝结形成丰富的季风雨,养育了新几内亚和印度尼西亚的丛林。 Bjerknes认为在厄尔尼诺 条件时，秘鲁北部沿岸的海水温度比正常高，气压降低，东西部气压的差异减弱，于是信风也减弱。随着 信风衰弱，暖湿空气到不了西太平洋，只能在中太平洋上升，这样有效地窃走了本该降在印度尼西亚附近 的季风雨，孕育了侵袭南、北美西海岸的暴风雨。

　　大气科学家们目前希望利用计算机能确定 Bjerknes的观点是否具有预报能力。二十世纪五十年代初，数值计算机的主要发明家之一，数学家John von Neumann在新泽西州的普林斯顿大学前沿学科研究所领导了一批科学家，首先就在利用计算机模式开 发天气预报方面做了一些尝试。一直到七十年代，研究者们利用计算机构造大气环流模式（AGCMs）来模 拟大气对赤道太平洋上固定海表温度场的响应。AGCMs将大气分为若干个水平层，然后再次分为数千个正 方形网格。把诸如温度、气压、湿度、风等变量输入一系列方程中，每个网格点上就生成了新的数据和输出结果。

　　这个试验能够看出，在给定同一初始场的前提下模式是否能产生出与真实世界一致的结果，比如 某个海表温度场。 随之而来，亟需的帮助集中到了另一个研究领域——海洋学。不象天气预报那样在其发展过程中具有一种动力支持，海洋学缺乏类似探空气球那样携带仪器进入海洋来监测海洋状况的设备 。多年以来，海洋学家只能靠在个别船只的航行过程中开展研究活动。二十世纪七十年代，开始了对世界 海洋比较系统和更为广泛的监测尝试。一些项目集中研究热带海洋的变率及厄尔尼诺的现象。

　　夏威 夷大学的 Klaus Wyrtki和他的同事收集了太平洋潮汐和风向资料，绘制成图表，这对证实Bjerknes预计 的厄尔尼诺不仅局限于秘鲁和厄瓜多尔西海岸的远见做出了重要的贡献。1975年，Wyrtki建立了本质上是 由强信风将加热后的表层海水沿赤道向西吹送并在印度尼西亚海滨堆积的学说。这一热海水层使得西太平 洋海平面抬升18英寸之多，有效地抑制了被称之为斜温层的次表层海水，斜温层为次海表层热水和较冷海 水的交界面。相反，在东太平洋，暖海水层就要薄得多。因此，斜温层位于海面，由于深层冷海水的上翻 ，带来了支持渔业丰产的营养物质。

　　Wyrtki的工作同时表明，如果信风衰退，就会释放出将太平洋的暖水 由西向东传的波，那么东太平洋的斜温层将加厚，深层冷海水的上翻受到抑制。所以，东太平洋的海表温 度上升，表层海水失去了一些鱼类赖以生存的营养物。由于东太平洋对风向改变的响应滞后，所以Wyrtki 认为厄尔尼诺事件有预报的可能性。 就象跟ENSO有关的每件事一样，太平洋暖水的再分布呈现出不规 则的周期性，具有波、流和潜流相互复杂作用的特征，其中潜流随风的变化而产生或消失。研究这个项目 的海洋学家也同样寄希望于计算机。二十世纪七十年代中期，科学家开始设计数据模式来模拟海洋中的过 程。

　　在理想的计算机模式中，将海洋的上表层处理成为一层铺在又厚又冷的海水上的均温层，他们还试图 重建暖水的再分布。他们的目的是找出上层海水的厚度和斜温层的深度如何随风变化的。这些模式结果表 明，西太平洋上风的变化确实会引起与厄尔尼诺现象相关的东太平洋海平面发生变化。八十年代初，研制 出了包括海温在水平和垂直方向上变化的更实用的海洋模式。只要有某一时期风的资料，利用这个模式， 研究者就能再现出ENSO时期的主要海洋特征来，其中包括海表温度的变化。 要想知道暖水运动细节的 实际情况，就得对赤道海洋次表层进行连续的观测。但这些观测需要在赤道地区长期维持固定浮标，由于 赤道洋流太强，所以做到这点相当困难。

　　八十年代初，西雅图的国家海洋大气局（NOAA）的David Halpern和他的同事们决定证明常规想法的错误。他们集中了不同项目的资助建立了数条位于赤道附近110 °W到140°W的固定浮标线。如今，人们仍继续利用改进后的设施对上述范围和其它地点做观测。 警 钟 到八十年代初，研究者们已经有力地证明了早期Jacob Bjerknes关于厄尔尼诺事件如何演变的见解 。科学家们经过分析1950年到1976年厄尔尼诺六个事件的资料，发现秘鲁海岸的海表温度在12月或1月与 正常情况不同可能会升高，而在南半球秋季（2-4月）时还不下降。这种海温的异常增暖将逐渐向西蔓延 ，西边的海水也同样变暖。东太平洋暖海水最终使那里的气压降低，从而引起信风崩溃，大约在年底，中 、东太平洋的海温达到峰值。

　　厄尔尼诺事件对北半球的影响最大，通常会延续到春季。最后，中太平洋的 海表开始变冷，厄尔尼诺事件结束，取而代之的或许是拉尼娜，或许是正常情况。 不过，1982到1983 年的强厄尔尼诺事件爆发时间十分异常。4月前后，秘鲁沿岸的海温并不是特别高。后来才知道1982年7月 ，厄尔尼诺的信号就已明显表现出来。不幸的是，4月份，墨西哥El Chichon 火山爆发，向大气高层喷射 出大量微粒云团，使监测太平洋海温的卫星受到干扰，卫星监测到的海温比实际要低得多。那时虽然赤道 处也有浮标，但观测资料却在数月后仪器被修复才得到。

　　所以，实际上科学家们没有意识到一场威胁即将 来临。 澳大利亚经历了本世纪最严重的灾难，大火、农业灾害和牲畜死亡造成了数亿美元的财政亏损 。非洲的次撒哈拉的大部分地区遭受了旱灾，象南非共和国和津巴布韦这样的食物出口国也不得不向国际 社会求援。而厄瓜多尔南部和秘鲁北部部分地区在六个月的时间里竟下了100英寸的雨，河水的流量是正 常的一千倍。在整个事件中，全世界有2100人丧生，几十万人被迫疏散，更多的人无家可归，全球损失超 过130多亿美元。 更全面的资料需求 需要向大家强调的是，不是所有的厄尔尼诺事件都是一样的， 而且许多因子同时都在起作用。具破坏性的1982到1983年期间的那次厄尔尼诺事件是对计算模式科学严格 的检验。研究人员意识到，要进一步了解厄尔尼诺并做出及时预报就需要有比当时正在运作的计划更系统 更全面的观察系统，这一认识为支持一项大的国际研究计划奠定了基础。

　　1985年，热带海洋-全球大气（ TOGA）计划不仅开始研究太平洋的大气或海洋，而且 注重两者之间的相互作用。由联合国世界气象组织 发起的TOGA计划的主要目标是获取可靠的资料来支持实验性预报。这项计划同时促进了新一代观测仪器的 研制，比如定点浮标和由卫星跟踪的可移动浮标，它们可采集资料，再通过气象卫星将资料实时转发给气 候研究人员。西雅图的NOAA科学家们和其他众多研究所的合作者开始用这些浮标、卫星、船舶和潮汐、温 度观测仪器监测赤道太平洋，结果取得了大量关于洋流、海平面高度、海表以下500米的水温以及大气温 度、湿度、风向和风速的数据资料。如今，实施了十年的TOGA计划得到的宝贵遗产是一个众所周知的赤道 大气-海洋列阵（TAO）——一个由70个浮标所组成的系统，它现在继续收集和传输有关赤道太平洋现状的 重要信息。来自NOAA的监测计划的数据流受到海洋学家的欢迎，他们想设法找出海洋运动的基本物理 过程。80年代末，华盛顿D.C.的国家天气局国家气象中心的研究人员在太平洋逐月资料的基础上，与实时 观测相结合建立了一个真实的海洋模式，使海洋学家对海洋运动过程有了一个更彻底的了解。

　　跨学科 方法的力量 如果没有配合模拟厄尔尼诺特征的计算机的同步发展，就得不到这些大量的TOGA数据和由 卫星观测的海平面高度和海表温度资料。海洋学家和气象学家手挽手的所有共同努力的成果为最后设计出 真正有效的耦合模式铺平了道路, 这种模式将所有得到的信息结合起来跟踪大气海洋是如何相互作用变化 的，运用这种模式，使得预测长期气候振动成为可能。八十年代中期，一个以筛选的变量如印度尼西亚海 平面气压和东赤道太平洋海表温度随时间变化的统计关系为基础的统计耦合模式预报出了发生在1986年末 的那次厄尔尼诺。几乎同时，别的研究人员用相对简化的动力模式也预报出了这次事件。（这个动力模式 与统计模式不同之处在于它利用特定经度、纬度和深度上的网格的综合资料基础上求解数学方程）。不出 所料，这次厄尔尼诺出现于1986年初，一直持续到1988年的上半年。 对耦合模式为什么能成功的一个 重要见解——关于海洋和大气涛动何者领先这样一个一直悬而未决而又急需解决的难题的突破时刻在1988 年到来了。就象研究人员感觉到的那样，海洋和大气存在着相互交织的联系，但它们并不是平衡的一对。

　　大气的变化快捷，在几天或几个星期内就能响应海洋的变化。相反，海洋体积庞大变化迟钝，要用几个月 才能与风的变化达到新的平衡。因此，任何特定时间的海洋状态，都在海表以下以波的形式反映前一时刻 而不是当前时刻的风的特征。科学家们认为这种海洋响应的滞后性揭示出影响ENSO循环变化的时间的某种 混沌特性。 到九十年代末，全世界范围的几个小组一起设计出更为复杂的全球耦合大气环流模式（ CGCMs）来充分利用TAO列阵的资料。1997年初，其中一些模式就把海温变暖的报警信号显示了出来。春季 ，NOAA咨询报告向世人警示，可能会出现一场大的厄尔尼诺事件。到十一月，厄尔尼诺增暖的高峰期， 4500英里的广阔海域上的海表温度上升了5摄氏度，这是有记录以来最强的升温。

　　1997到1998年的 厄尔尼诺事件如同1982年到1983年的那次一样，对社会产生了灾难性的影响。暴风雨连续数月袭击了加利 福尼亚，许多山体滑坡，危害到1400多个家庭。仅美国就有大约90人丧失，包括弗罗里达州中部39人，那 里受到了一系列看似无序的龙卷风袭击，一些人认为这跟厄尔尼诺对高空急流影响有关。印度尼西亚遭受 了森林和泥炭火灾，整个东南亚上空被黑色笼罩。在秘鲁沿岸，鱼类储量骤然跌落，也危及了当地的海豹 、海狮、洪堡企鹅、以及海鸥和燕鸥那样的海鸟。在墨西哥，熊熊大火烧焦了珍贵的云雾林。在巴拿马发 生了旱灾，为巴拿马运河供水的湖水水位下降，政府被迫下令禁止船只通过运河，这种情况在15年来还是首次。 尽管这次的损失惨重，但否则还会更惨。

　　早期的预报就警告有可能出现旱灾，所以巴西东南部 的农民种植了耐旱的庄稼。洛杉矶、加利弗尼亚的居民联合起来清理疏导排洪沟渠、建筑防洪大堤、布置 沙包。加利弗尼亚投保的人数从不到265，000剧增并超过333，000。加拉帕哥斯群岛的居民重新铺设了道 路，安装了排水系统，加强了例如供水和交通的这样的基础服务。 在海洋学家和气象学家的共同努力 下，我们现在终于拥有了可以预报出气候振动的工具，使气候预报在世界上的一些地区就象每天的天气预 报一样普通。对印度季风中断的初步探索和对大气海洋物理过程的基础研究极大地提高了人类在地球气候 格局发生重大转变之前未雨绸缪的能力。 厄尔尼诺和拉尼娜研究史中的事件年表 十九世纪末 渔 民发明了厄尔尼诺一词，用来指圣诞节前后秘鲁和厄瓜多尔沿岸海水周期性增暖的现象。

1928 Sir Walker Gilbert 描绘出了南方涛动，即太平洋东部和西部的气压读数呈跷跷板式的变化型。

1957 强 厄尔尼诺发生，参加国际地球物理年的科学家对之追踪研究。结果表明，厄尔尼诺不仅能影响秘鲁和厄瓜 多尔沿岸，甚至影响整个太平洋。

1969 洛杉矶加利福尼亚大学的Jacob Bjerknes发表了一篇论文， 其中初步将南方涛动和厄尔尼诺联系起来。

1975 夏威夷大学的Klaus Wyrtki 跟踪观察太平洋的海平 面，并建立了西太平洋表面暖水向东流引起东太平洋海表温度上升的学说。

1976 研究人员使用一种 理想化的海洋计算机模式证实了远在赤道西太平洋的风能引起秘鲁沿岸海表温度的变化。

1982 一场 强厄尔尼诺事件以出乎意料的方式发生了，但它的发展演变过程都被刚刚布置的海洋浮标所详细记录。

1985 几个国家联合发起了热带海洋-全球大气（TOGA）计划，这是一个热带海洋和全球大气的十年研 究计划。

1986 研究人员设计出第一个海洋大气耦合模式，它准确预报出了1986年的厄尔尼诺事件。

1988 研究人员解释了海洋的记忆——风的改变与海洋的响应之间的滞后关系，是如何影响厄尔尼诺事 件的结束和拉尼娜的建立。

1996-1997 利用仪器列阵监测太平洋再加耦合大气-海洋模式的配合，科 学家能够向公众预报出即将来临的一次厄尔尼诺事件。