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2016/05/31 臺灣氣候變遷推估與資訊電子報003期 3656 點閱人次
封面故事

作者:TCCIP計畫辦公室

全球暖化與聖嬰現象

透過觀測資料與現象的佐證(如北極海冰融化、高緯度國家的冰川覆蓋範圍減少……等),人們確信上個世紀以來,全球平均溫度已逐漸上升,且持續暖化中。大氣溫度的上升,將改變既有的天氣與氣候型態,使世界各地的豪雨、乾旱、熱浪等極端事件越趨頻繁,對生態、環境、漁業與經濟造成嚴重影響。

近一百多年來的氣溫變化中,除了長期的暖化趨勢外,亦包含週期性的年代變化,如PDO (Pacific Decadal Oscillation,太平洋年代際振盪)與年際變化,如ENSO(El Nino Southern Oscillation,聖嬰-南方振盪)。ENSO係指熱帶太平洋上,大氣與海洋間交互作用的變化。從1950年以來的資料顯示,全球經歷前三大劇烈的聖嬰事件,除1982-1983與1997-1998外,最近期是去年才經歷的2015-2016。ENSO雖源自於熱帶,卻能改變全球的大氣環流,進而影響各地的溫度與降水。

近年來的研究發現,聖嬰現象可被區分為東太平洋聖嬰(Eastern Pacific El Nino)與中太平洋聖嬰(Central Pacific El Nino,又稱為El Nino Modoki)事件,差異在於暖海水出現的位置。本文專指典型的東太平洋聖嬰事件,其週期約為2-7年。根據NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration,美國國家海洋暨大氣總署)的解釋,此現象有數種定義方式,一則以秘魯附近外海海溫氣候距平值(SST Anomaly, SSTA)為基準;SSTA須較平均值高/低達一定程度,並持續一段時間以上才可以稱之;極盛時期為當年冬季。海水溫度較高為聖嬰事件(El Nino);海溫較低為反聖嬰事件(La Nina)。另外則是以大溪地與澳洲達爾文兩地的氣壓差異定義ENSO事件,稱為SOI(Southern Oscillation Index,南方振盪指數)。當達爾文的平均氣壓高於大溪地的平均氣壓時,稱為聖嬰年;反之則稱為反聖嬰年。

正常年時,赤道上吹東風,對流系統主要發展於太平洋西岸。聖嬰年時,秘魯外海海表面溫度較正常年高,赤道東風減弱,太平洋東側海溫的偏高使對流主要發展區域東移,,同時也使得熱帶主要降雨區域東移;另一方面,太平洋西側則因空氣下沉而抑制了降雨,易造成乾旱。相反地,在反聖嬰年時,秘魯外海海表面溫度較正常年低,將伴隨赤道上東風增強以及熱帶主要降雨區域的西移。

歷史上的聖嬰事件常伴隨著環境衝擊。聖嬰現象發生時,東太平洋沿岸的湧升流強度減弱;較弱的湧升流帶來較少的浮游生物,減少當地的漁獲量。與此同時,位處西太平洋的臺灣則因海溫的變化而造成冬季烏魚捕獲量的改變。此外,1997-1998年的聖嬰現象,也造成了印尼霾害與亞馬遜森林大火。

聖嬰事件的發生破壞了原有的天氣與氣候規律,也破壞了全球各地原有的經濟活動模式。根據英國劍橋大學(University of Cambridge)一份總體經濟的研究指出,聖嬰現象牽連糧食貨物的價格波動,對全球各國的經濟造成不同的影響。在西太平洋國家如澳洲,因聖嬰年時的大氣下沉運動抑制當地降水,容易發生大火,減少當地小麥出口量,使全球小麥價格上漲;在印度,聖嬰年造成當地季風減弱與高溫,使農作物產量不如預期,進而衍生通貨膨脹的問題。反觀位處東太平洋地區的美國加州,雖長期受乾旱所苦,聖嬰年時當地增多的降水反而紓緩了乾旱的困境。

在全球暖化的背景下,強大的聖嬰事件對全球環境的衝擊將加劇。2015年的印尼霾害就是其中一個明顯案例。全球平均溫度的上升提高了森林大火發生的機率,加上聖嬰現象所導致的下沉氣流,使當地空氣乾燥且不易降雨,一旦發生森林大火,災害將更難解除。此外,在對自然環境的衝擊上,珊瑚的白化是其中一例。珊瑚主要生長於熱帶地區,生長環境的適宜水溫為23-29℃,且水質需足夠的乾淨。然而全球暖化、汙染與聖嬰現象的加乘作用下,不僅海水變暖,海水中還溶解過高濃度的二氧化碳。NOAA科學家便發現,暖化作用與2015-2016的聖嬰現象的影響下,全球珊瑚白化的持續時間已創歷史新高。

誠如2014年一份在Nature Climate Change的研究指出,全球暖化將造成聖嬰現象發生的頻率更高、強度更強。這將造成天氣與氣候環流的變化逐漸偏離既定的軌道,使災害更為劇烈。全球暖化對生態的影響是不可逆的,在面臨物種滅絕危機的同時,原本環環相扣的食物鏈也正一步一步地在破壞中。若要抑制暖化,達成深度減碳的目標將勢在必行。

1880-2015年全球溫度距平值。資料來源: NOAA

1950年以來最強7次聖嬰事件的多重變數ENSO指標。資料來源: NOAA

(a)ENSO正常年;(b)聖嬰年;(c)反聖嬰年的海溫與大氣環流。資料來源: IRI

本文取材自:中央研究院環境變遷研究中心許晃雄副主任「當全球暖化遇上超級聖嬰」簡報與訪談錄音檔。

參考資料:

知識小櫥窗
Q : 過去變遷資料有測站資料與網格資料,兩者的差異為何?

測站資料使用的是中央氣象局25個局屬測站,資料時間較長,依據測站設站時間的不同,最長從1897~2013年,且有溫度、雨量、濕度、風速等參數,但是由於只有單點測站的觀測僅能以時序變化呈現(如圖1),因此TCCIP使用了51個單位將近1500個測站產製了TCCIP網格資料,範圍涵蓋全台及離島,可呈現空間分佈(如圖2),及各分區(四大分區、縣市、流域)的時序變化資料,但是由於各單位的測站觀測時間長度不一,為使資料均一化,因此僅取1960~2012年資料,且參數僅有溫度及雨量。

圖1 測站資料時序變化圖

圖2 網格資料空間分佈圖

Q : Global Warming Hiatus (暖化遲滯)

自1950年以來的資料顯示,全球平均地面溫度(global mean surface temperature, GMST)呈一增加趨勢(參見封面故事圖1)。根據IPCC AR5 (Stoker et al., 2013),1951~2012年GMST上升幅度為每10年0.11ºC,1998~2012年為0.04ºC 10yr-1,1984~1998年為0.26ºC 10yr-1,顯見GMST上升幅度呈現年代變化,並非定值 (如下圖)。其中1998~2012年的暖化趨勢延緩,科學家稱之為暖化遲滯(須注意21世紀初仍是有GMST紀錄以來最暖的10年)。在1998年之後的十多年,雖然氣溫距平值仍相當高,但因其上升趨勢並不明顯,這一暖化遲滯現象成為反對全球暖化理論者的證據。

不過後續的研究指出,這其實是因為在溫室效應持續加強的暖化過程中,地球氣候系統的自然年代際變化依仍存在,有時其變化幅度甚至比暖化趨勢還大。受此年代際變化與人為暖化趨勢共存的現象影響,某些年代暖化的趨勢明顯,某些年代的不明顯,甚或降溫。但關於自然年代際變化是否可能與人為暖化形成交互作用,目前了解甚少。

觀測與模擬GMST (CMIP3:藍線,CMIP5:紅線) 的比較:(a) 考慮所有外在強迫的模擬。(摘自Stocker et al., 2013, Figure TS.9)

TCCIP最新消息
TGA推廣活動

2016年5月16-18日,TCCIP於【2016年臺灣地球科學聯合學術研討會 2016 Taiwan Geosciences Assembly (TGA)】4F設立宣傳攤位。會議期間許多貴賓蒞臨,部分與會者原對本計畫不甚清楚,經講解及計畫平台實地操作後,對氣候變遷之議題及本計畫服務項目更為認識。本次活動亦不乏國高中地科教師參與,多表示可將本平台作為科普教材,利用網站內容設計氣候變遷知識講授課程。這將對於TCCIP計畫成果之推廣,有其正面效益。

科普沙龍

為因應地球環境之變化衝擊,TGA於2016年5月16日邀請國家災害防救科技中心主任陳宏宇擔任科普沙龍之首場與談人,題目為「防災前線的科學家」,該節目為全國國高中生提供網路直播服務,並引發廣泛討論。相關網路連結,歡迎點選觀賞。

氣候變遷新聞
期刊“PLOS ONE”刊登一篇由美國地調所與非營利組織奧杜邦學會的研究,利用兩個機構長期累積的超過600種全國鳥類分布圖與氣候模式對氣候變遷的推估趨勢做分析,即使是在最輕微的情境下,依然有126種鳥類會因為溫度升高而失去至少一半面積的棲息地,如此的生存威脅不是只限於棲息地的......
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