當海洋熱起來:海洋熱浪如何嚴重影響地球的氣候系統?

2024-09-16
知識/名詞 #氣候變遷 #海洋熱浪

當我們提到熱浪,想到的往往是陸地上的高溫天氣;然而,海洋也會經歷類似的極端現象——海洋熱浪(Marine Heatwaves)

所謂海洋熱浪,是指靠近海洋表面的海水溫度異常升高,且持續一段時間的現象,這種現象不僅僅是暫時的高溫。海洋熱浪除了對海洋生態系統造成嚴重的破壞,也顯著影響氣候變遷的發展。

海水是氣候系統中最大的熱庫

氣候變遷影響的不只是大氣的溫度變化,「海洋」也是地球氣候系統非常重要的一部份。

海水可以儲存非常多能量。這是因為「水」的比熱(註 1)相當大;也就是說,對施加相同的熱能下,「水」增溫的幅度遠小於其他物質。而海水也具有類似的性質,海水的比熱相當於大氣的四倍,再加上海水的密度相當大,因此如果換算成體積,要讓相同體積的海水和空氣升高 1°C,海水的需要的能量是空氣的 3,000 倍左右(註 2)

由此可見,海水可以在吸納非常多能量的情況下,仍然保持相對穩定的溫度,因此是地球氣候系統中相當關鍵的緩衝體,是穩定地球氣候的重要角色。在全球暖化下,地表增加的熱,很大一部份被海洋吸收掉。近期的研究顯示,自 1970 年代以來,地球的氣候系統因為全球暖化所額外增加的能量中,約有 90% 被海洋吸收。

當海洋熱起來

正因為海洋比熱大,增溫不易,若海洋熱浪頻繁發生,則反映出地球氣候系統的能量發生很大的變化。同理,海洋一旦明顯增溫後也很難降溫,因此對地球氣候系統的後續衝擊也很大,例如加速冰川融化,或是影響全球的大氣環流,進而改變氣候型態等等。

海洋熱浪不僅僅是氣候變遷的結果,還可能加劇氣候變遷。

隨著全球氣候變遷的持續加劇,海洋溫度也在逐漸升高,這使得海洋熱浪的發生頻率和強度都在增加。氣候科學家經過統計後發現,海洋熱浪的發生頻率和強度在過去一個世紀中顯著增加,全球海洋經歷海洋熱浪的時間佔比,從 1925 年至 2016 年增加了超過 50%。(註 3)

前所未見的狀態

2023 年開始,不只全球平均氣溫持續破紀錄,海洋的溫度也正經歷轉折性的劇變。從 2023 年 3 月,全球平均海溫就不斷創下歷史同期的新高,天天處於破當日高溫紀錄的狀態,而且和第二名的差距都遠超其他任何名次之間,有些海域甚至遠超過氣候平均值 5°C 以上。這樣前所未見的狀態一直持續到 2024 的上半年,如今全球平均海溫仍然遠高於大部分的歷史同期紀錄。

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。

註:
  1. 比熱(Specific Heat Capacity),又稱比熱容,指的是單位質量的某物質,每升高(下降)一度,所需要吸收(放出)的熱能。比熱越大的物質,需要吸收更多的能量,溫度才會明顯升高,也需要放出更多的能量,溫度才會明顯下降。因此比熱也可以簡單看作是物質吸熱、散熱的快慢程度,比熱越大,吸(散)熱越慢。
  2. 海水比熱容大約是 3,890(J/kg・K),大氣比熱容約為 1,000(J/kg・K),故海洋的比熱容約為大氣的 3.89 倍。而海水密度約為大氣的 800 倍,因此要使 1 m3 的海水上升 1°C 的熱量,約可使 3,100 m3 的空氣上升 1°C。
  3. Smith, K. E., Burrows, M. T., Hobday, A. J., King, N. G., Moore, P. J., Gupta, A. S., Thomsen, M. S.,Wernberg, T., & Smale, D. A. (2023). Biological Impacts of Marine Heatwaves. Annual Review of Marine Science, 15 (1), 119-145
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