地球和太阳之间的距离变化，对季节的影响有多大？

我们很早就知道，季节是由地轴倾斜造成的。几个世纪以来，大量研究让我们充分理解了这种影响。但是，地球与太阳之间的距离变化对季节的影响却相对少有人知。

地球和太阳之间的距离在一年中会发生缓慢变化，因为地球的轨道略呈椭圆状。目前，近地点（距离太阳最近的时候）与远日点（距离太阳最远的时候）离太远的距离相差约500万千米。因此，阳光在近日点的强度比远日点的高约7%。

近日，一项新研究表明，这种“距离效应”对气候的影响可能比以前认识的更重要，尤其是在气候模拟中。

新的计算机模拟显示，赤道太平洋东部的年度天气周期，特别是沿赤道从南美海岸向西延伸的表层冷水舌的一个重要的驱动因素，就是地球和太阳之间的距离变化。这处冷舌反过来又影响了厄尔尼诺与南方涛动现象（ENSO），从而可能带来全球性的影响。这一发现对气候模拟和预测相当重要。研究已于近日发表在《自然》上。

两个不同的年度周期

全球天气变化的主要驱动力是季节更迭。地球的赤道相对于它围绕太阳的轨道而言是倾斜的，因此北半球和南半球的光照不同。当太阳直射北半球时，北半球就更温暖，南半球则比较冷，反之亦然。

这些年度变化对太平洋赤道信风产生了重大的影响，信风从东南向西北吹过南太平洋和赤道太平洋，将表层水向西推，造成赤道上的冷水上涌，形成一条从厄瓜多尔延伸到太平洋的表层冷水舌，几乎占到了地球周长的四分之一。

1993年12月的太平洋温度图显示了一条从南美海岸沿赤道向西延伸的表面冷水舌（蓝色）。冷舌的温度和范围会随着季节更迭而变化。（图／UCB）

每年半球的季节性温度变化改变了信风的强度，导致冷舌的温度每年都会出现一个周期。这反过来又对厄尔尼诺现象产生重大影响。厄尔尼诺现象（或者与之相反的拉尼娜现象）的发生，会影响到比如美洲部分地区冬季的情况，同时还决定了亚洲部分地区是否会有雨水或干旱。

在正常、厄尔尼诺和拉尼娜现象出现的年份，东太平洋的月度海面温度。太平洋冷舌的强度与ENSO密切相关。（图／NOAA）

在探索地球的历史气候时，很多研究都在试图了解热带太平洋的变化，也就是厄尔尼诺/拉尼娜的周期在过去是否出现了变化。

但新研究选择转而关注东太平洋冷舌中海洋温度的年度周期。2015年，一些研究人员借助计算机气候模型发现，地球椭圆轨道引起的距离变化极大地改变了冷舌的年度周期，但很多模拟都忽略了它。团队随即使用了4个不同的气候模型检验了类似的模拟，并证实了这一发现。

“海洋”和“大陆”半球带来的区别

当他们进一步研究时，注意到了一种关键的区别。

太阳与地球距离的变化，不会对南北半球产生不同的影响，而是会让由美洲、非洲和欧亚大陆主导的东部“大陆半球”变得更温暖，让太平洋主导的西部“海洋半球”的升温相对不那么明显。

随着地球在椭圆轨道上越来越靠近太阳，以大陆为主的半球（右）比以海洋为主的半球（左）升温更多，产生了影响太平洋冷舌的信风，并可能影响厄尔尼诺/拉尼娜循环。（图／NOAA）

关于季风的传统思维方式是，北半球相对于南半球升温，在陆地上产生风，带来季风降雨。但这里的区别实际上是东西向的温度差异，从而产生了风。换句话说，距离效应也有和倾斜效应类似的机制，但风的变化却来自东西向的季风。

这种海洋半球和大陆半球的差异性加热所产生的风，改变了西赤道太平洋的东信风的年度变化，从而改变了冷舌。

当地球最接近太阳的时候，这些风很强。相反，当太阳在最远处时，这些风变得很弱。这些风的变化随后通过温跃层传播到东太平洋，驱动了冷舌的年度周期。

但有趣的是，这种距离效应产生的年周期，比倾斜效应产生的年周期略长。因此，在大约11000年的时间里，这两个年周期从合相到不合相，结果便是，两者叠加的净季节性发生了显著变化。

如今，对冷舌的距离效应大约是倾斜效应强度的三分之一，它们会相互加强，导致冷舌产生一个剧烈的年度周期。在大约6000年前，它们相互抵消，产生了一个柔和的冷舌年度周期。

过去，当地球轨道更椭圆时，对冷舌的距离影响会更大，并可能导致相位不一致时更完全的抵消。这些都有可能对天气模式带来全球性的影响。

长期影响

研究人员指出，尽管距离效应对赤道太平洋的影响直到现在才被认识到，但这项发现不会改变天气或气候预测。对气候的距离效应虽然在气候模型模拟中相当显著，但在观测中或许没有那么明显，因为它无法轻易地与倾斜效应区分开来。

但是，相位周期可能会带来长期的历史性的影响。例如，众所周知，地球的轨道偏移影响了冰河时期的时间。它也可能影响着地球上其他天气系统。比如，同样起源于赤道太平洋的ENSO可能受到影响，因为它的运作与冷舌的季节性周期紧密相连。

理论研究已经告诉我们，冷舌的季节性周期在ENSO现象的发展和终止中起着关键作用。正因如此，ENSO的许多关键特征是与季节性周期同步的。例如，ENSO事件往往在北半球的冬季达到高峰，并且它们通常不会持续到北方的春季月份，科学家将这称为“春季可预测性屏障”。

由于这些联系，研究人员表示，他们有理由认为距离效应也可能对厄尔尼诺现象产生重大影响。这也将是未来研究的方向之一。

参考来源：

https://news.berkeley.edu/2022/11/09/earth-sun-distance-dramatically-alters-seasons-in-equatorial-pacific-in-a-22000-year-cycle/

封面图&首图：Kevin Gill, Flickr, CC BY