转载：翁文波可公度性预测理论在预测厄尔尼诺事件中的应用(修订稿）

作者：杨冬红，杨学祥 上传日期：2005-10-4

翁文波可公度性预测理论在预测厄尔尼诺事件中的应用 ——预测厄尔尼诺事件的周期叠减法

杨冬红，杨学祥

       摘要：厄尔尼诺事件是多因素共同作用的结果，任何单一因素模式将受到其他因素的强烈干扰。这是厄尔尼诺事件的时间序列出现可公度性规律的物理原因，即在周期性的规律中，因其他因素干扰而使某些个别时段该出现的事件没有出现，形成间断性的周期。5年和11年周期是厄尔尼诺事件权重最大的可间断型主周期，受干扰较轻。1997-1998年几乎具有所有产生厄尔尼诺事件因子的可间断型周期特征，所以形成最强的厄尔尼诺事件。2008年在所有7个因素的可间断型周期中出现了6个（2、3、4、5、11、18年周期），出现厄尔尼诺的可能性为90%。

       关键词：可公度性，强潮汐，厄尔尼诺，日食，太阳黑子，火山活动，地球自转

       翁文波院士将技术经济领域内通用的预测技术和自然科学中的外推和预测方法尽可能有系统地汇合起来，开创了中国“预测论”的先河，取得了令世人瞩目的成就。马宗晋指出，自然灾害预测面临着自然变异的多因子性、多解性和不确定性，单灾种的、以提高监测技术水平和单方面灾变规律的研究固然重要，但重要的是广泛收集信息，向综合预报方向发展[1]。

1．理论根据

       厄尔尼诺事件是多因素共同作用的结果，任何单一因素模式将受到其他因素的强烈干扰。这是厄尔尼诺事件的时间序列出现可公度性规律的物理原因，即在周期性的规律中，因其他因素干扰而使某些个别时段该出现的事件没有出现，形成间断性的周期。海温指数的小波变换结果表明[2]，在不同阶段的同一个周期振荡以及同一个阶段的不同周期振荡所表现出的强弱程度互不相同；具有不同位相的各种周期振荡相互作用时不可能出现很强的厄尔尼诺；强度极强的厄尔尼诺只有在几乎所有周期的震荡都表现为较强的正位相时才会发生。

       1982－1983年的主要周期振荡为3－5年，而且在所有周期上均表现为较强的正位相，1997年发生的厄尔尼诺也表现在所有周期上均为正位相的特点，不同周期的振荡同位相叠加，从而形成了两次20世纪最强的厄尔尼诺事件。

       近期研究表明，强潮汐产生海温均衡效应，使东西太平洋海温差别减少，是厄尔尼诺事件发生的重要外强迫条件（周期为18.6年）[3]；日食诱发厄尔尼诺现象的热-动力机制及其预测方法反映了厄尔尼诺事件中能量变化的重要规律（日食沙罗周期为18年）[4]。5年是火山活动最重要特征尺度[5]。3－4年也是地球自转速度变化的准周期（任振球，1990）。对近百年全球气候变化与外强迫因子信号检测的结果表明，火山活动是影响ENSO的最重要的外强迫因子[5]。它不但揭示了构造活动与气候变化的关系，而且使刘厚赞等人的厄尔尼诺海底火山说、郭增建等人的引潮力说和地球扁率变化说得到有力的支持。赵得秀等人认为太阳黑子对厄尔尼诺有重要作用。国家海洋环境预报中心王彰贵研究员等人发现,“厄尔尼诺”的发生周期与太阳黑子位相有关：97%的“厄尔尼诺”现象出现在太阳黑子11年周期的峰值区、谷值区和太阳黑子衰减位相,尤其是峰值区出现的概率比较大。在太阳黑子谷值区附近发生的“厄尔尼诺”现象周期较短，一般为2年—3年；而在太阳黑子增加期，“厄尔尼诺”现象的周期为4年—5年。

2．周期叠加法模型的建立

       1997-1998年发生了20世界最强烈的厄尔尼诺事件，我们检验2、3、4、5、11、18、19（18.6取整）年是否是厄尔尼诺的合成周期分量（以下括号内的年份为非厄尔尼诺年）。5年序列（火山活动周期）：

1997-1998，1992-1993，1987-（1988），1982-1983，1977-（1978），1972-1973，（1967）-1968，（1962）-1963，1957-1958，（1952）-1953，（1947）-1948，（1942）-1943，（1937-1938），1932-（1933），（1927-1928），（1922）-1923，1917-1918，（1912-1913），（1907-1908），1902-（1903）；由此外推的厄尔尼诺年为，2002-2003（已证实），2007-2008，2012-2013，2017-2018。

       该序列在第12周期才受到第一次干扰，表明其权重在本次循环中最大，是最重要的因素，预测效果是最好的。火山活动受气象因素影响的理论正在形成，如北半球冬季积雪造成的海平面变化影响火山活动。火山活动与厄尔尼诺的相关性得到侯章栓的证实。

11年序列（太阳黑子）：

1997-1998，1986-1987，（1975）-1976，（1964）-1965，1953-（1954），（1942）-

1943，1931-1932，（1920-1921），（1909-1910），（1898）-1899，1887-1888，

（1876）-1877，（1865）-1866，1854-1855，（1843）-1844，1832-1833，1821-（1822），（1810-1811）；由此外推的厄尔尼诺年为，2008-2009，2019-2020。

       该序列在第7周期才受到第一次干扰，表明其权重在本次循环中较大，是最重要的因素，预测效果较好。太阳黑子对地球磁场和极地涡旋均有影响，与厄尔尼诺的相关性也十分明显。

18年序列（日食沙罗周期）：

1997-1998，1979-1980，（1961-1962），1943-1944，1925-1926，（1907-1908），1889-（1890），1871-（1872），（1853）-1854，（1835-1836），1817-（1818）；1799-

       1800由此外推的厄尔尼诺年为，2015-2016，2033-2034。该序列在第2、5周期就受到第一次干扰，表明其权重在本次循环中较小，预测效果较差。林振山指出，日食-厄尔尼诺系数与厄尔尼诺事件有1-2年误差，可见其易受其他因素干扰。历史数据表明，日食-厄尔尼诺系数是最重要的因素[4]。由日食-厄尔尼诺系数预测法，2008，2011，2015，2018年可能发生厄尔尼诺[4]。4年序列（海温，地球自转速度）：

1997-1998，1993-1994，（1989-1990），（1985）-1986，（1981）-1982，1977-（1978），1973-（1974），1969-1970，1965-（1966），（1961-1962），1957-1958，

1953-（1954），（1949-1950），（1945）-1946，1941-（1942），（1937-1938），（1933-1934），1929-1930，1925-1926，（1921-1922）；由此外推的厄尔尼诺年为，

（2001）-2002，（2005）-2006，2009-2010。2013-2014，2017-2018。

       该序列在第2、9周期就受到干扰，表明其权重在本次循环中较小，预测效果较差。它是形成厄尔尼诺的基本因素，但不是最重要的因素，易受其他因素干扰。

19年序列(潮汐)：

1997-1998，（1978）-1979，（1959-1960），1940-1941，（1921-1922），1902-（1903），1883-（1884），1864-（1865），1845-1846，（1826-1827），1807-（1808

       该序列在第2、4周期就受到干扰，表明其权重在本次循环中最小，预测效果最差。它是影响厄尔尼诺的因素，由于其数值近似程度较差，易受其他因素干扰。

3年序列（地球自转速度）

1997-1998，1994-1995，（1991-）-1992，（1988-1989），（1985）-1986，1982-1983，1979-1980，1976-1977，1973-(1974)，（1970-1971），（1967）-1968，（1964）-1965，（1961-1962），1958-（1959），（1952）-1953，（1949-1950），1946-（1947），1943-1944，1940-1941，（1937-1938），（1934-1935），1931-1932，（1928）-1929，1925-1926；由此外推的厄尔尼诺年为，（2000-2001），2003-2004，2006-2007，2009-2011，2013-2014，2016-2017，2019-2020。该序列在第3、9周期就受到干扰，表明其权重在本次循环中较小，预测效果较差。它是影响厄尔尼诺的因素，但不是最重要的因素，易受其他因素干扰。

2年序列（大气、海温、臭氧活动）：

1997-1998，1995-（1996）．1993-1994，（1991）-1992，（1989-1990），1987-（1988），（1985）-1986，1983-（1984），（1981）-1982，1979-（1980），1977-（1978），（1975）-1976，1973-（1974），（1971）-1972，1969-（1970），（1967）-1968，1965-（1966），1963-（1964），（1961-1962），（1959-1960），1957-1958，（1955-1956），1953-（1954），1951-（1952）；与此外推的厄尔尼诺年为，（1999-2000），（2001）-2002，2003-（2004），（2005）-2006，2007-2008，2009-2010，2011-

2012，2013-2014，2015-2016，2017-2018，2019-2020。

       该序列大部分预测结果都是一半正确，一半错误，是厄尔尼诺事件权重较小的周期，表明它是产生1-2年误差的一种干扰因素。数据推演表明，5、11年是厄尔尼诺事件的可间断型主周期，抗干扰性好，一般的厄尔尼诺事件必有其一起主要作用。18年日食-厄尔尼诺系数月尔尼诺事件有很好的对应关系，但易受干扰，有1-2年的误差。由于系数值可通过轨道周期获得，可作为厄尔尼诺预测的初值。2、3、4、19年是厄尔尼诺事件的可间断型非主周期，一般起加强或干扰作用。

3．检验

       2000年有非常高的日食-厄尔尼诺系数，林振山等预测会发生强厄尔尼诺，但没有发生。其原因是5、11年两大可间断型主周期厄尔尼诺峰值不包含2000年。（2000年），（1995），（1990），（1985），（1980），（1975），（1970），1965，（1960），（1955），（1950），（1945）；这表明，2000年不具备厄尔尼诺5年可间断型主周期特征。（2000年），（1989），（1978），（1967），（1956），（1945），（1934），（1923），1912，（1901），(1890)；这表明，2000年不具备厄尔尼诺11年可间断型主周期特征。2008年，2003，1998，1993，（1988），1983，（1978），1973，1968，1963，1958；这表明，2008年具备厄尔尼诺5年可间断型主周期特征。

2008年，1997，1986，（1975），（1964），1953，1942，1931，（1920），（1909），（1898），1887；这表明，2008年具备厄尔尼诺11年可间断型主周期特征。

2008年，2004，（2000），（1996），1992，（1988），（1984），1980，1976，1972，1968，（1964）；这表明，2008年具备厄尔尼诺4年可间断型周期特征。2008年，（2005），2002，（1999），（1996），1993，（1990），1987，（1984），（1981），（1978），（1975），1972，1969，（1966），1963，（1960），1957，（1954），1951，1948；这表明，2008年具备厄尔尼诺3年可间断型周期特征，但连续期较短。2008年，（1989），（1970），1951，1932，（1913），（1894），1875，（1856），1837，（1818），（1799）；这表明，2008年不具备厄尔尼诺19年可间断型周期特征。2008年，2006（未知），2004，2002，（2000），1998，（1996），1994，1992，（1990），（1988），1986，（1984），1982，（1980），（1978），1976，（1974），1972，1970，1968；这表明，2008年具备厄尔尼诺2年可间断型周期特征。

2008年，（1990），1972，（1954），（1936），1918，1900，（1882），1864，（1846），1828，（1810）；2008年的日食-厄尔尼诺系数为12，具备厄尔尼诺18年可间断型主周期高潮特征。2008年在所有7个因素的可间断型周期中出现了6个（2、3、4、5、11、18年周期），发生厄尔尼诺的可能性高。取2、3、4、5、11、18、19年周期的权重分别为1、1、1、2、2、2、1。则1997-1998年出现厄尔尼诺的可能性为100%，2008年出现厄尔尼诺的可能性为90%。

4．结论

       5年和11年周期是厄尔尼诺事件权重最大的可间断型主周期，受干扰较轻；18年的日食-厄尔尼诺系数周期有很好的历史对应数据，但易受干扰；2年、3年、4年和19年是厄尔尼诺事件权重较小的可间断型周期，受干扰较重。1997-1998年几乎具有所有产生厄尔尼诺事件因子的可间断型周期特征，所以形成最强的厄尔尼诺事件。2008年在所有7个因素的可间断

型周期中出现了6个（2、3、4、5、11、18年周期），发生厄尔尼诺的可能性为90%。

参考文献

1.马宗晋, 康平, 高庆华, 等. 面对大自然的报复——防灾与减灾. 北京: 清华大学出版社; 天河: 暨南大学出版社, 2000. 120-125.

2.任福民, 郭艳君, 周琴芳, 等. 小波变换及其对厄尔尼诺研究的初步应用. 数理统计与管理, 1998, 17 (3): 21-25.

3.杨学祥,陈震,陈殿友,乔淇源.强潮汐与厄尔尼诺的对应关系. 吉林大学学报(地球科学版),2003,33 (1): 87-91.

4.林振山, 赵佩章, 赵文桐. 日食-厄尔尼诺系数及其应用. 地球物理学报, 1999, 42（6）: 732－738.

5.侯章栓, 李晓东. 近百年全球气候变化与外强迫因子信号检测. 北京大学学报(自然科学版).2000,36(5): 641-650