中央研究院週報 第0677期 1998年07月10日

談「聖嬰現象」

汪中和

何謂「聖嬰現象」?

從今年三月開始,赤道太平洋東部的表水溫度開始逐漸下降,這一期的「聖嬰現象」已邁向尾聲了。「聖嬰」一詞源於西班牙文 El Nino (意為上帝之子),是南美秘魯及厄瓜多爾一帶的漁民用以稱呼 一種異常氣候現象的名詞。這種氣候發生於聖誕節期附近,鄰近熱 帶太平洋海域的表層海溫及洋流發生異常高溫變化。一般在非「聖 嬰」時期氣候下,熱帶太平洋東部之氣壓場高於太平洋西部,此一 東西氣壓場的差異,就產生熱帶盛行東風帶,並帶動太平洋之表層 洋流西行。西行洋流逐漸受日光加溫,匯聚於中、西太平洋一帶, 太平洋西面的海平面因此比東岸高約半公尺。而在東太平洋,海洋 深處之低溫海水因表層海水的離岸牽引而補充上湧(稱湧升流)。由 於湧升流含豐富養分,吸引了大批魚群聚集,成為秘魯及鄰近諸國 之主要漁場,而海鳥亦隨魚群湧現而聚集,連帶使得海鳥的排泄物 也成為磷酸鹽肥料的主要來源。(圖a)。

在「聖嬰現象」發生期間,東太平洋之氣壓場降低,西太平洋之 氣壓場卻增高。氣壓場的改變使得熱帶盛行東風帶減弱,甚至轉為 西風帶。於是原來西行之東太平洋表層洋流反向東流,逐漸受熱增 溫後聚於東太平洋海域,熱帶太平洋表水溫就呈現出東高西低之變 化。聚於東太平洋(面積相當美國大陸一半)的向岸高溫海水,也 抑制該區深處低溫且富含養分的湧升流上湧。於是魚群改向他處移 棲,當地海鳥之數量亦銳減,磷酸鹽肥料的生產量降低,連鎖效應 下使該區域的漁、農業均蒙受相當程度的損失。(圖b)。

除了海水的溫度變化外,「聖嬰現象」期間也因大氣環流及海氣 熱量交換的改變而造成異常的氣候型態。在「聖嬰現象」期間,熱 帶東太平洋海溫異常增高時(目前最強的記錄是升高攝氏六度),洋 面上方之大氣,伴隨著海洋來之水氣,受熱上升,經由對流作用形 成雨雲,導致附近地區降雨增加,發生豪雨及水災之機會增高。為 了均衡東太平洋區空氣之上升,海溫降低之熱帶西太平洋上空之空 氣遂下沉,造成該區地表壓力增加並抑制降雨,因此在印尼、菲律 賓、澳洲北部在「聖嬰現象」期間較易導致乾旱。

簡單的說,「聖嬰現象」之特徵就是東、西太平洋海洋表水溫度 的逆向改變,伴隨大氣的氣壓場有如蹺蹺板式的東西振盪。當太平 洋赤道海溫變化呈現東高西低時,氣壓場變化則為西高東低(即聖嬰 期);反之若海溫變化為東低西高,氣壓場則呈西低東高之型態(即 非聖嬰期)。對於氣壓場的變化,氣象界通常以南太平洋東部之大溪 地和西部澳洲達爾文二地間氣壓場的差異值為指標來顯示,並名為 「南方振盪」(Southern Oscillation)。而「聖嬰」和「南方振盪 」此一相伴相生之大氣、海洋變化現象,就取二個名詞之字首合稱 為 ENSO。

「聖嬰現象」大約每二至七年發生一次,其生命週期從開始、成 熟到衰退前後可達一年半到二年之久。然後像鐘擺一樣,逐漸回復 。有時在回復過程卻擺過了頭,造成盛行東風更強,東太平洋的表 水溫反而更低,這種與「聖嬰」對映的相反現象就稱之為: La Nina (西班牙文女孩之意)。因此,「聖嬰現象」其實是海洋和大氣 交互作用所產生的自然現象,雖然我們目前只知其然而不知其所以 然,它卻是自然界大氣圈及水圈韻律的一部分,也是全球氣候系統 的一環。原來它只是漁民描述的一個海洋性現象,如今已經溶合 ENSO 和 La Nina ,包含了大氣及海洋的領域,成為家戶喻曉的通 俗名詞。

「聖嬰現象」的效應和影響

在過去一百年來,「聖嬰現象」共發生24次,規模有強有弱。規 模強的「聖嬰現象」會造成全球性氣候型態大幅度改變。其中以 1982-83 年及本次(1997-1998)的海溫變化最大,號稱是本世紀的超 級「聖嬰」,也導致嚴重的災害。據估計,1982-83 年那次「聖嬰 現象」,西太平洋區之東南亞國家和澳洲發生嚴重乾旱及衍生而出 的火災,東太平洋區之美洲國家受損於水患,除了二千條人命的死 亡,財物的損失達到 130 億美元之鉅。

對本次「聖嬰現象」而言,自去年秋天以來,東南亞地區、澳洲 及巴西發生嚴重的乾旱、森林火災與霾害,美國東北部享受一個暖 冬,而加州、智利和秘魯則遭豪雨肆虐,加拿大困於冰雪暴,墨西 哥也發生百年來未遇的降雪,中國大陸東南沿海有暴風雨,臺灣當 然也經歷了一個暖冬及綿綿不絕的春雨。雖然確切的財物損失一時 還未能統計出來,不過印尼因五十年來最嚴重的環境災難引發出經 濟危機,進而引燃政治的改革浪潮,卻是一個深受「聖嬰現象」影 響的典型案例。當然凡事有利有弊,許多人也會因「聖嬰現象」受 益,例如大西洋區的颶風較少,澳洲棉花農民因氣候乾燥大豐收, 智利漁民也因大量漁群向南洄游而笑逐顏開。「聖嬰現象」其實不 單只是發生在太平洋,最近的研究也觀察到印度洋和大西洋的表水 溫度同樣有相似的變化,只是由於印度洋和大西洋的東西幅距較小 ,海洋和大氣之間熱量的交互作用快速且短暫,因此其變化幅度小 且效應不明顯。除了氣候的改變外,「聖嬰現象」期間地球自轉的 速度也會受到影響而略微減緩。在公共衛生方面「聖嬰現象」發生 時,又暖又溼的氣候區也因熱帶性流行病毒(如登革熱、漢他病毒、 腦炎、霍亂、瘧疾等)寄主的大量繁衍而較肆虐。有些人認為1340年 代末期的黑死病,1557至1900年間的幾次疾病大流行可能都和「聖 嬰現象」有關。這些相關的觀察,進一步告訴我們「聖嬰現象」確 實產生全球性的效應,因此在政治、經濟、社會以及科學層面上, 它均有重大的意義和影響。

有鑑「聖嬰現象」期間氣候的反常變化往往對人類生命財產能造 成重大之損害,世界各主要氣象與海洋研究中心均積極投入與「聖 嬰現象」相關之研究。例如美國1985年以來就每年花1千至2千萬美 元經費專門從事有關預測「聖嬰現象」的研究,因此成功的在1997 年初預測出本次「聖嬰現象」的出現。有人懷疑這種投資值得嗎? 最近 Climate Change 期刊有一篇文章估計這項研究單單對美國農 業一項就帶來了20-30倍的效益,使得出錢支持的美國海洋及大氣總 署大為振奮。澳洲的農民這回也因其政府在六個月前就提出預警, 及時調整耕種規模和項目而大幅減少可能的損失。

我國中央氣象局也正加緊推動「短期氣候預報」之研究計劃,現 階段該局工作重點之一為分析評估「聖嬰現象」對臺灣氣候所造成 之變化特性,以及這些特性的可預報度。當然中央氣象局的最終目 標,還是希望建立起臺灣地區短期氣候變化的預報作業。

探索「聖嬰現象」的歷史

美國一位地形學者研究秘魯北方沙漠中的古代沈積物,發現「聖 嬰現象」的證據至少可追溯至2百萬年以前。就像每個人的臉各個不同,每個季節各有特色,每次的「聖嬰現象」也各有其特徵與不同 的效應。例如研究秘魯海岸古代的貝塚及魚骨化石,發現8千至5千 年前,該處似乎沒有發生「聖嬰現象」,或是效應非常微弱,與現 在每十年就發生一至二次的情形大不相同。

最近的研究發現「聖嬰現象」與大氣中的二氧化碳含量相關,因 此十九世紀以來持續的全球暖化現象對「聖嬰現象」應該有深遠的 影響。「聖嬰現象」近數十年來有增強及持久的情形,例如 1982-1983及1997-1998的二次超強的規模,1991-1995的異常持久, 均是近二十年來才有的狀況,是否全球暖化現象已開始對「聖嬰現 象」造成影響呢?這個課題自然引起科學家們深切的關注,也促使 許多研究人員投身在相關的研究領域裡。有人研究珊瑚化石,有人窮究樹木年輪,更有人不辭勞苦,攀登高山鑽取冰川的冰芯,或是 湖底的紋泥,目的都是想分析這些材料,建構出一個以季或月為單 位的高解析度古氣候記錄。有了一份以時間與空間為軸向的詳細又 可靠的氣候變化記錄,我們才可以鑑往知來,對「聖嬰現象」的未 來演變有更好的掌握。

結語

雖然這一波的「聖嬰現象」即將過去,可是我們還不能掉以輕心 ,因為研究人員已開始預測今年秋天即將來臨的 La Nina 可能會給 「聖嬰現象」遭受乾旱的地區轉而帶來豪雨,對目前飽受森林火災 之苦的地區將會產生雪上加霜的更大破壞;而其他洪澇之區可能又 會轉為乾旱。面對這樣的警告,真是應了"一波未平,一波又起"的 老話。不論如何,環境的改變一定影響人類生活的品質,也衝擊全 球的生態環境。地球的氣候系統數十億年來一直都在變化,只是近2 百年來人類活動能力大規模增強,也對生態環境造成許多無可彌補 的破壞與失衡後,更增加了對「聖嬰現象」及氣候變化的不確定性 ,當然對人類往後的禍福更難預卜,不過為禍的成分可能更大些。 我們一方面當然要努力去了解氣候變化的原因與機制,以最好的準 備防患於未然;但更重要的是,我們要開始順應自然,珍惜自然資 源,放慢開發的腳步,將人為對自然界的影響降至最低,才是利人 利己又利生的長治久安策略。

附錄:一些可供參考的文章及網站

新聞報導或雜誌:

1.U.S. News and World Report, October 6, 1997.
2.Time, August 18 ,1997; April 20, 1998.
3.科學月刊,1986年2月;1994年5月;1998年2月
4.牛頓,1994年7月

相關網站: 1.http://www.usc.edu/go/seagrant
2.http://www.cwb.gov.tw/cwbw6.html
3.http://stdank.as.ntu.edu.tw/~hsutsai
4.http://www.ogp.noaa.gov/enso
5.http://www.bom.gov.au/climate/glossary/elnino
6.http://cnn.com/specials/el.nino