聖嬰現象之遠距影響機制

聖嬰現象主要特徵為熱帶中太平洋-東太平洋海溫的顯著變化,聖嬰發生時海水增溫,反聖嬰時則為降溫。伴隨2015年聖嬰現象的發生,在世界各地造成明顯異常氣候。例如,印尼於2015年6月到10月期間,在降雨已偏少的乾旱氣候背景下,農民的火耕又引發大火,燒毀大量森林與農地,導致嚴重的霾害。令人好奇的是,印尼離熱帶中太平洋-東太平洋甚遠,為何說其乾旱與後續的森林大火是受到聖嬰現象影響所致?若是如此,其影響機制又是如何造成?

熱帶太平洋的海水分佈,西邊為暖水,東邊為冷水,暖水區上方空氣受熱膨脹而上升,冷水區上方空氣遇冷收縮而下沉,使得東太平洋海面空氣質量增多,形成高壓區域,西太平洋海面空氣質量減少,形成低壓區域。此一氣壓分布不均的型態,驅動大氣從東太平高壓處往西太平洋低壓處流動,形成赤道地區的低層大氣的東風帶。在高空處,西太平洋上升的空氣使質量增加,氣壓增加,東太平洋下沉處則為質量減少,氣壓下降,高空空氣便從西太平洋高壓區流向東太平洋低壓區。綜上所述,熱帶地區形成一個東西向的大氣環流系統,空氣自東太平洋高空下沉到地面,往西流到西太平洋,再上升到高空後,往東邊流向東太平洋,此一環流被稱為沃克環流。

發生聖嬰時,暖海水往東移動,中太平洋空氣受熱形成主要上升氣流區,上升氣流到達高空,流往西太平洋後,再下沉回到地面,形成熱帶環流之變化移動。因此,位於西太平洋的印尼、爪哇等地,於聖嬰發生時便會受到下沉氣流的影響,抑制對流系統發展,造成降雨減少,形成偏乾旱的氣候。這種經由遠端海溫變化,因需調節大氣環流而影響到遙遠地區氣候的遠距過程,氣象學上稱之為大氣橋(atmospheric bridge)機制。

大氣橋機制主要經由大氣在東西方向的上升與下沉運動,影響範圍集中在熱帶。但聖嬰現象也會影響到中緯度地區的氣候,例如2015的聖嬰年時,美國西部與南部遭遇暴風雪,與平常乾暖的氣候型態明顯不同。當聖嬰現象所對應之暖海水區域產生位移時,引發熱帶熱源中心位置改變。改變後的新熱源中心,就像在原來平靜的湖面丟下一顆石頭,將引發往外傳送的漣漪波動。類似的波動發生在大氣場時,則呈現出高低壓交替出現的波列型態變化,自熱帶熱源中心往外傳遞,導引不同地區受到不同環流型態的影響。此種由熱帶地區對遙遠緯度地區的遠距影響過程,被稱為遙相關(teleconnection)機制。由於東太平洋聖嬰與中太平洋聖嬰的主要海水增暖中心之位置與強度有所不同,故將引發不同的遙相關波列型態,對各地所造成的氣候衝擊亦將有所差別,因此在不同年發生的聖嬰,因其型態可能不同,同一地區之氣候變化型態也會隨之不同。

▲聖嬰現象於冬季所引發自熱帶影響中緯度之大氣遙相關環流型態。

(圖片來源:劉進順繪)

(本文由科技部補助「海洋與環境變遷」執行團隊撰稿)

責任編輯:王御風∣國立高雄海洋科技大學 基礎教育中心

審校:翁叔平∣國立臺灣師範大學 地理學系

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本文作者:陳昭銘

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