氣候科學與服務
臺灣的夏季高溫(下):主導臺灣夏季高溫的要角 ——「太平洋副熱帶高壓」
上一篇文章〈臺灣的夏季高溫(上):熱浪的定義是什麼?臺灣有熱浪嗎?〉中我們提到,不同的地理位置和氣候條件,造成極端高溫的成因也會不同。相較於大多數歐、美國家的熱浪主要受到中緯度天氣系統的影響,位處低緯度地區的臺灣,夏季高溫主要受到「副熱帶天氣系統」主導,而這個副熱帶天氣系統就是「太平洋副熱帶高壓」。
副熱帶高壓 強大的下沉氣流
要談到「太平洋副熱帶高壓」,就得先談談什麼是「副熱帶高壓」。
赤道附近的區域,地表長時間受到太陽直射加熱,空氣受熱舉升,並發展出旺盛的對流雲。對流過程中,大氣的上升運動將空氣送往高空,空氣在抵達對流層頂之後無法繼續舉升,被迫向兩極的方向外流。
這股氣流從赤道開始向兩極移動,大約行經至(南)北緯 30 度左右的副熱帶地區便開始下沉。如此由赤道上升→往兩極移動→副熱帶地區下沉→最後再回到赤道的環流,也稱為「哈德里環流(Hadly Circulation)」。赤道受熱的空氣,會不斷地透過哈德里環流,在副熱帶地區提供源源不絕的下沉氣流,形成強大的副熱帶高壓。
其中,在太平洋上空的副熱帶高壓,稱為「太平洋副熱帶高壓(Pacific Subtropical High,以下簡稱太平洋高壓)」。
而空氣在下沉的過程中會增溫,也會變得更乾燥、更穩定,並進一步壓抑原本在地表附近蠢蠢欲動的上升氣流,抑制對流的發生。因此,太平洋高壓籠罩的區域,天氣晴朗穩定、不容易產生雲雨。
太平洋高壓長年定居北太平洋的海面上,強度與範圍會隨著季節而改變。夏季時,因為太陽直射的緯度北移,熱帶對流區域和哈德里環流隨之北移,在副熱帶形成更強的下沉氣流。此時太平洋高壓強度達到最強,範圍甚至可延伸到西太平洋的大陸沿岸區域,讓東亞一帶籠罩於高壓之中。
因此位處東亞的臺灣,夏天的天氣型態主要受太平洋高壓主導,臺灣夏季高溫的發生也常與太平洋高壓有關。
熱穹現象:受困地表的熱
那麼,太平洋高壓的籠罩,何以造成極端高溫?
白天太陽加熱地表後,原本地表附近的熱空氣會因密度較小、較輕而上升。但是,在太平洋高壓籠罩的狀況下,這些地表累積的熱空氣會被下沉的氣流困在地表;而高壓裡持續不斷下沉的空氣,在下沉的過程又會進一步增溫;此外,高壓影響下天氣晴朗,少了雲雨遮擋陽光,更多的太陽輻射進入地表,又讓地表變得更熱。這些白天時累積的熱,進入夜晚後也難以有效散去,隔天白天又會進一步堆積,使得隔天的高溫更為嚴重。
這些過程加成下,空氣不斷增溫,又持續被困在地表,如此不斷循環,形成極端的高溫,這樣的現象又稱為「熱穹(Heat Dome,或稱為熱穹現象)」。所謂的「穹」就是「圓頂」的意思,以此形容副熱帶高壓產就像個一個圓頂的罩子一般,持續把熱困在內,又源源不絕地加熱裡頭的空氣。
氣候變遷下的趨勢:太平洋高壓更強、夏季極端高溫增加
如果比較近幾十年來太平洋高壓在夏季(每年 6 至 8 月)的強度變化,可以發現:在 1950 至 1980 年代,太平洋高壓勢力最西大約只覆蓋到東經 135 度左右;然而近年來太平洋高壓有越來越往西延伸的趨勢,平均的勢力範圍已經西達臺灣上空,近 10 年的平均勢力甚至已接近中國華南沿岸。
太平洋高壓強度增強,會加強下沉的氣流,使得天氣變得更穩定、雲量更少,地表接受更多的太陽輻射,讓溫度更高。除此之外,高壓的勢力範圍向西延伸,也會進一步壓迫、限縮西南季風的勢力範圍,一旦西南季風無法抵達臺灣,來自海洋的調節作用也會減少。這些都使得近年來夏季平均溫度偏高,極端高溫日數也有偏多的趨勢。