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聖嬰與全球氣候:反聖嬰現象如何影響全球的降雨?
什麼是聖嬰/反聖嬰現象?
在熱帶太平洋,海洋和大氣的複雜交互作用下,其實存在規律且具有週期性的自然變化模式,聖嬰(El Niño)和反聖嬰(La Niña)現象便是那自然氣候模式中的兩個反相階段,彼此交替出現,其平均變化週期大約是 2 至 7 年不等。這樣的現象被稱為 ENSO(El Niño and Southern Oscillation,通常譯作聖嬰與南方振盪現象)。
ENSO 可分為三種狀態:聖嬰、正常或中性(Neutral)和反聖嬰。聖嬰現象是暖相位(warm phase)階段,此時熱帶中、東太平洋的海水溫度異常偏暖,並伴隨大氣環流、風場、氣壓和降雨分佈的顯著改變;反聖嬰現象則是冷相位(cold phase)階段,海水溫度異常偏冷,並引發近乎與聖嬰相反的氣候影響。而當 ENSO 處於中性狀態時,熱帶太平洋的海洋與大氣條件通常接近長期氣候平均狀態,變化幅度較小。
正常的氣候情況
在正常(或中性)的情況下,熱帶太平洋地區存在一種穩定的氣壓分佈和大氣環流型態:東太平洋是高壓、西太平洋是低壓,氣流由高壓穩定吹向低壓,在赤道太平洋形成穩定的東風。這股東風會將溫暖的表層海水從東赤道太平洋推向西邊,導致西赤道太平洋海域(例如:印尼、澳大利亞附近)較溫暖,而東赤道太平洋海溫則相對較冷。
西赤道太平洋的暖海水有較旺盛的蒸發,使大氣中水氣也比較豐富,同時伴隨上升氣流形成活躍的對流。氣流上升到高空之後向東移動,最終在東太平洋地區下沉。如此繞行一圈,形成完整的環流,並不斷以此方式循環,這樣的大氣環流又被稱為沃克環流(Walker Circulation)。
沃克環流的穩定運行,使得熱帶西太平洋多雨濕潤,而東太平洋相對乾燥,維持了太平洋東、西岸的氣候平衡。
反聖嬰現象:沃克環流加強,東更乾、西更雨
在反聖嬰現象發展時,熱帶中、東太平洋的海水開始出現異常偏冷的情況,並伴隨海平面氣壓上升。熱帶太平洋東、西兩側的氣壓差擴大,導致沿著赤道吹送的東風增強,將更多表層的暖海水推送到西太平洋堆積,讓西太平洋的海水溫度更進一步上升;東太平洋地區則因為深層的冷海水不斷向上補充,讓此處的海溫又變得更低。
在西太平洋,海水變得更暖,更多海水蒸發、將更多水氣送到大氣中,氣壓也降的比平常更低,大氣的上升運動更強,並產生更旺盛的對流活動;而東太平洋則相反,更高的氣壓伴隨更強下沉氣流,使得天氣變得更穩定乾燥。
在這一系列複雜的大氣、海洋交互作用下,熱帶太平洋東西兩側的海水溫度差異變得比正常時更大,西側變得更暖、東側變得更冷;大氣方面,西側氣壓更低、東側更高,氣壓差擴大,加強了沃克環流。
由於西太平洋的對流變得更為活躍,同時,此處的海水變暖而有更多表層海水蒸發到大氣、大氣中的水氣變得更多,導致西太平洋沿岸(如:印尼、菲律賓、澳洲東岸)雨量異常增加,甚至可能引發洪患等災害。相反地,東太平洋沿岸(如:秘魯、智利與美國西岸地區)則因海溫更低、大氣下沉運動更強,使得原本就相對乾燥的情況變得更嚴重,導致此區面臨乾旱的風險。
反聖嬰現象對全球氣候的影響
聖嬰/反聖嬰現象發生時,影響不僅限於熱帶太平洋及其沿岸的區域,還會通過遙相關效應(teleconnections)影響中高緯度地區,甚至擴及全球。所謂的遙相關效應,指的是區域性的氣候變化,透過大範圍的大氣環流影響數千公里以外地區的氣候型態。
就反聖嬰現象來說,在反聖嬰現象期間,北半球冬季的極鋒噴流(jet stream)通常會比正常時更偏北,對北美洲的氣候產生連鎖影響,使得美國西北部、加拿大西岸冬季更加寒冷、潮濕,而南部地區則相對乾燥。即便是在非洲和南亞,反聖嬰現象的影響也無法忽略。比如非洲東南部在反聖嬰期間往往會迎來更多降雨。