2017年12月28日

從傳統聖嬰現象到新型聖嬰現象—聖嬰現象專家:加州大學余進義教授專訪

文詠萱/本刊主編。



傳統聖嬰現象為東太平洋在隔幾年海水異常升溫的現象,早在數百年前南美洲祕魯地區漁民就已發現此現象。他們發現,在正常時期,會因海底深層湧升流上升,其中富含大量營養鹽,帶來大量漁獲;而在每隔2~5 年,會有某一年因海水升溫,導致漁獲量大減。

而到了1960 年代,加州大學洛杉磯分校(University of California, Los Angeles, UCLA)氣象學家畢雅克尼斯(Jacob Bjerknes)在大量氣象與海洋資料中,觀察出聖嬰現象為大氣與海洋交互作用,不單只是海洋現象。科學家開始深入對聖嬰現象有興趣,而從對於聖嬰現象一無所知,到研究出整套物理理論、並能將物理理論以電腦模擬,共花了2、30 年的時間。


自21 世紀起,科學家發現太平洋上聖嬰現象的模式有些改變,過去海水從東太平洋開始升溫的現象,自1990 年代出現了從中太平洋、國際換日線附近開始升溫的聖嬰現象。美國加州大學爾灣分校(University of California, Irvine)教授余進義與其研究團隊在2009 年提出此種中太平洋海水溫度異常上升的特殊氣候變化,稱之為「中太平洋聖嬰現象(Central-Pacic El Niño)」,又稱為「非典型聖嬰現象」。

《科學月刊》本月專訪全球聖嬰現象研究具領先地位的余進義教授,請他分享非典型聖嬰現象研究心得與過程。

21 世紀的非典型聖嬰現象
相對非典型聖嬰,20世紀的傳統聖嬰現象又稱為「東太平洋聖嬰現象」,或稱「典型聖嬰現象」。「這兩種聖嬰都是聖嬰,都是自然界本來就存在的,只是我們20世紀不知道聖嬰現象有兩種,直到21世紀我們才觀察到。」余進義說。

「到了21 世紀,發現我們的聖嬰預報沒有以前準了。我們發現聖嬰改變了, 不是我們20世紀所認識的傳統聖嬰。」余進義說。

21 世紀發現新型聖嬰現象後,開啟了科學家對聖嬰研究的新章節。氣候學家了解聖嬰現象具多種樣子後,著手進行研究,並討論為什麼地球上有如此多的聖嬰現象,探討每種聖嬰現象背後形成的原因,以及不同聖嬰現象對全球(包含臺灣)氣候有什麼影響。「最近聖嬰現象相關研究主要針對聖嬰多樣性的動力原因,以及不同聖嬰在全球影響的研究。」余進義說。

氣象學家畢雅克尼斯。
(圖源: Hedvig Bjerknes)
科學家對於非典型聖嬰現象成因提出不同看法
對於21 世紀中太平洋聖嬰現象出現的原因,科學家提出了三種不同的解釋方式。第一種最普遍的解釋方式為「全球暖化」,因全球暖化導致地球大氣環流模式改變。熱帶地區溫度較熱,熱空氣會上升,而極區冷空氣會下降,冷空氣會往熱帶地區移動,熱空氣會往極區移動,這就是是地球的大氣環流。「就像一輛在開動的車子,把熱空氣往北運、冷空氣往南運。但全球暖化改變了南北氣溫的分佈,大氣循環就必須改變,像汽車換檔一樣,改變車子的速度,進而改變了全球氣候狀態,以應付全球暖化。」余進義用汽車換檔做比喻全球暖化對大氣環流的影響。當環流改變了,所伴隨的大氣– 海洋交互作用也跟著改變,就產生了新的非典型聖嬰。

而第二種解釋方式是由余進義與合作科學家共同提出,太平洋上的聖嬰現象之所以改變是因為大西洋變暖,與太平洋形成交互作用,影響太平洋聖嬰現象發生形式,稱為「跨洋盆交互作用」。「大西洋每60~80年會冷暖交替,稱為『大西洋多年代震盪(Atlantic Multidecadal Oscillation, AMO)』。而我們發現1995年大西洋變暖之後,他不但使太平洋聖嬰從典型變成非典型,也就是聖嬰直接從國際換日線出來,更影響了整個亞洲地區的氣候型態。」


「跨洋盆交互作用與第一種解釋方法不同的是,全球暖化是因為人類排放二氧化碳造成聖嬰現象轉變,然而非典型聖嬰現象在人類還沒大量排放溫室氣體前,太平洋上的聖嬰現象就存在從典型變成非典型、從非典型變成典型的現象,是自然界自己變化的一部分,這是兩種解釋意義上最大的不同。」余進義強調。「而近期跨洋盆交互作用越來越強,與全球暖化造成北極海冰及陸冰大量融化有關。」另外還有科學家利用電腦模擬,認為聖嬰現象從典型變成非典型是隨機過程,與全球暖化、大西洋變溫無關。

跨洋盆交互作用未來研究著力點
除了余進義研究團隊之外,全球還有許多研究人員也致力於利用電腦模擬跨洋盆交互作用,目前此領域研究正處於初始狀態,還有許多問題需解決。余進義說:「目前的問題包含要如何定義跨洋盆交互作用、電腦模擬的氣候模式仍有誤差、不是百分之百真實,我們要如何調整誤差,並在知道有誤差的情況下最大程度的利用電腦模擬來進一步增加我們對跨洋盆交互作用的了解及預報能力。」氣候成因研究對於一般民眾感覺較有距離,大眾比較在意的是自己周遭的氣候狀況,例如明年雨下得多下得少等等。「我們發現在中國靠海的地方,從海南島到東北,在過去,當長江以南發大水,長江以北就會乾旱;長江以南乾旱,長江以北就發大水。但從1990 年代初這個現象突然不見了,我們也發現這是被大西洋所影響,所以不只是聖嬰位置改變,包含中國的乾旱,西太平洋高壓,以及印度季風,跟亞洲季風的年季變率,忽然在21 世紀變得不一樣,在21 世紀之後,太平洋的氣候,開始深深受到大西洋的影響。」余進義說。......【更多內容請閱讀科學月刊第577期】

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