2014年1月23日

兩種聖嬰譜出的年代週期

作者/王嘉琪(任教文化大學大氣科學系)

在討論氣候變化時,聖嬰現象是最明顯的短期氣候變化,大約2~7 年發生一次,屬於自然的氣候變化。聖嬰現象的主要訊號雖然集中在熱帶東太平洋,卻對全球各地的區域氣候造成顯著影響。科學界對聖嬰現象的研究範圍包括其成因、誘發機制、生命期內的強度變化、對局部或全球氣候的影響、對天氣現象(例如:颱風路徑及生成位置)的影響等等,相當豐富有趣。聖嬰現象的基本介紹在高中地科的「短期氣候變化」一節已有詳細說明,本文將介紹目前最新的聖嬰現象研究,也就是兩種聖嬰的分類及它們如何形成時間尺度為十年的年代(decadal)週期。

發現兩種聖嬰現象
科學界長期以來研究的聖嬰現象,其暖海水的空間分佈如圖一(左)所示,由秘魯沿岸開始往中太平洋延伸出來。但是如果細心比較,就會發現有幾次聖嬰現象的「長相」與這些傳統聖嬰現象不太一樣。如圖一(右)所示,暖海水分佈範圍並沒有貼著秘魯沿岸,反而比較集中在西經160 度左右的位置。科學家大約在1995 年左右即注意到這種型態上的差異,不過直到近年來,美國加州大學爾灣校區的余進義教授才針對聖嬰的海溫分佈作了一系列深入的研究。他將此兩種聖嬰現象分別稱為「東太平洋聖嬰」與「中太平洋聖嬰」。在台灣也有人把這兩種聖嬰稱為「典型聖嬰」與「非典型聖嬰」。其中「中太平洋聖嬰」在日本及一些期刊上也被稱為「El Niño Modoki」,日文意思即為「相似,但又不太一樣」。
圖一:兩種聖嬰現象實例。(圖片來源: Kao and Yu, 2009)

(左)東太平洋聖嬰現象,1997 年11 月~1998 年1 月的海面溫度距平,
此年為著名的強聖嬰年。
 (右)中太平洋聖嬰現象,1977 年11 月~1978 年1 月的海面溫度距平。
等值線代表相對於氣候平均值的溫差,實線為高於氣候平均值,
虛線為低於氣候平均值,顏色深淺代表溫度距平的大小。

這兩種聖嬰現象除了「長相」不太一樣外,也透過不同方式驅動。「東太平洋聖嬰」與整個赤道太平洋東西方向上的躍溫層深度變化有關,但是「中太平洋聖嬰」不管在表層風的變化、海面溫度或次表層海溫變化上,都只侷限在中太平洋,並沒有擴及到整個太平洋。換句話說,「東太平洋聖嬰」牽涉到比較複雜的海氣交互作用,但「中太平洋聖嬰」比較單純,很可能是單向地透過大氣過程來驅動。

正反聖嬰的綜合效果
兩種聖嬰現象還有許多特性差異,但是在此先暫停一下來看看「反聖嬰現象」。反聖嬰現象經常跟隨著聖嬰現象出現,但是反聖嬰的冷海溫距平在空間分佈上和聖嬰現象不同。以「東太平洋聖嬰」為例(圖二上),跟隨著此類聖嬰出現的反聖嬰現象,冷海溫距平的區域會偏向在中太平洋(圖二中)並沒有延伸到秘魯沿岸。因此,在連續發生一次聖嬰與反聖嬰現象後,太平洋的海面溫度並不會回到初始狀態,反而會留下溫度差異,在西太平洋有負值,在東太平洋有正值(圖二下)。
圖二:熱帶太平洋海面溫度距平場。(圖片來源: Yu and Kim, 2011)

(上)數個東太平洋聖嬰現象的合成圖,
(中)數個反聖嬰現象的合成圖,
(下)聖嬰與反聖嬰現象相加後的結果。實線表示
   海溫距平為正值,虛線為負值。

我們熟知的熱帶太平洋海溫分佈,由於赤道東風及信風的推送,在西太平洋形成廣大的暖池,在東太平洋則有一條狹長的冷舌結構。若將圖二的溫度差異疊加到初始海面溫度上,則會些許降低西太平洋暖池的平均海溫,而東太平洋冷舌的海溫則會升高。雖然發生一次聖嬰與反聖嬰後,海面溫度的變化並不大,但是當我們把時間尺度拉長到十年以上時,數次聖嬰與反聖嬰現象累積的效果卻有可能改變太平洋海溫的平均狀態,也就是讓東西向的海溫溫差縮小。

有趣的是,跟隨著「中太平洋聖嬰」出現的反聖嬰現象,其冷海溫距平發生的區域會集中在東太平洋,緊鄰著秘魯沿岸,因此,在連續發生數次「中太平洋聖嬰– 反聖嬰現象」後,對太平洋平均海溫的綜合效果恰恰與「東太平洋聖嬰– 反聖嬰」相反,會慢慢讓東西向的海溫溫差加大。 ..........【更詳細的內容,請參閱第530期科學月刊】

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