聖嬰現象斜溫層的變化－❤ 愛分享 ❤ :: 隨意窩 Xuite日誌

資料來源 : https://web.fg.tp.edu.tw/~earth/learn/elnino/elnino.htm

一、何謂聖嬰現象？

「聖嬰現象」一詞 (El Ni o，西班牙語「聖子、聖嬰」)，原本是厄瓜多及秘魯沿海漁民用來指稱發生於聖誕節前後，並持續數月的溫暖洋流。在這段時間內的漁獲量較少，因此漁民們總是藉此獲得休息，整修裝備並和家人團聚。但在某些年份裡，洋流溫度會特別的高，使漁民的休息時間一直延續到五月，甚至到六月。後來「聖嬰現象」一詞便被用來泛指這些格外強烈的溫暖時段。它們不但擾亂了漁民的生活，其挾帶的豪雨更造成了極大的災害。

在過去五十年間，超過十次的聖嬰現象對南美海岸造成影響；它們不但使海洋水溫增高，更造成了海面的大幅提升。其影響範圍不僅包括了沿海地區，甚至延伸約五千哩的整個熱帶太平洋海域，也在其影響範圍之內。較輕微的聖嬰現象，僅使海洋溫度提高約華氏1～2度，影響所及也只限於南美漁場；但在較強烈的聖嬰現象中，如1982～1983年的案例，不僅使南美當地氣候及海洋生態發生改變，對全球的天候狀況亦造成極劇烈的衝擊。

二、正常時期的海氣狀況

究竟，聖嬰現象是如何影響海洋的？要解答這個問題，首先我們必須對「在正常情況下，風和海洋間的影響互動」有一個正確的認知。在下文中，我們將討論正常年份裡，風與海洋流動的影響力，以及其對海洋溫度、海水有機物含量之間的關係。我們主要討論的地區為國際換日線以東的赤道太平洋海域，以及厄瓜多南部到祕魯的南美洲西部海岸地帶。

每年初夏五、六月時，赤道太平洋海面的上空，會吹起一股西向的東風。這股東風從南美洲西岸外海開始，橫越整個赤道太平洋上空，一直吹到印尼才結束；其對調節全球氣候，具有莫大的影響力。

沿著赤道所吹的東風和沿南美洲西岸所吹的東南信風，都有拉曳海面水流的作用而形成洋流。受到科氏力的影響，這兩股洋流便挾帶著大量的海水，分別偏離了赤道和海岸線。在這兩股洋流流經的海域中，其上層的海水會被迅速地帶至他處；如此一來，海域中位於下層、寒冷且富於養分的海水便會向上運流，而取代了原來上層的海水。這股垂直方向、由下往上的洋流，我們便稱之為「湧升流」。從人造衛星拍到的照片中，我們可清楚辨認出赤道海域和南美洲西岸海域的湧升流；其寬度約在一百哩左右。

在海洋的分層中，上層的溫暖海水與下層的寒冷海水之間，存在一層「斜溫層」或譯「躍溫層」，作為表面海水及深層海水的分隔。在無風的情況下，斜溫層應該是水平而安定的；但在有風的情況下，這層斜溫層便會處於「傾斜」的狀態。舉例來說：赤道海域上方所吹的東風，可使其東部海域發生下層冷海水的湧升現象，而造成了斜溫層的上升；洋流把海水帶至西部，使西部海域上層的溫暖海水增加，而迫使其斜溫層下降。於是，赤道沿線的斜溫層，便發生了向西、向下傾斜的現象。

斜溫層下方的寒冷水域，含有非常豐富的化學養分；因此在赤道海域東部、斜溫層上升的地區，湧升的冷水區海水，可藉風的翻攬作用與其上的溫暖海水混合，而使該海域的表面海水亦含有冷水層的大量營養物。於是，在這種陽光充足、養分豐富的環境裡，許多種浮游植物便開始大量繁殖。這些浮游植物的繁殖速度極快，其數目幾乎成等比級數增加；當然，它們生長所耗費的養分也就與日遽增。終於，在大約一個星期之後，這些浮游植物用盡了海水中的養分，而開始集體死亡下沈。在衛星拍得的照片上，這些浮游植物大量繁殖的地區，會呈現出相當明顯的綠色斑點。也就是說：藉由衛星圖片上綠色班點的分佈，我們可以看出哪些地方發生了湧升現象。此外，這些浮游植物，在食物鏈中扮演著「生產者」的角色；因此，它們的大量增生，可說已牽動了整個食物網，並影響了海洋中許多高等動物的生活。

在湧升現象發生的地區，因為下層的寒冷海水被帶到上層，所以海水溫度通常會比平常要低。利用衛星的紅外線追蹤，我們可以辨認出水溫特別低的海域，並藉此觀察湧升現象發生的地點。連續觀察一段時間後，我們可以發現：湧升現象發生的區域，從南美洲西部海岸開始，沿赤道一直向西延伸；而在紅外線衛星圖片上，它的形狀就有如一條長長吐出的舌頭。

總而言之，在正常的情況下，太平洋海面上的東風，會引發東部赤道海域的湧升現象；而這種湧升現象，可造成該處海域的斜溫層異動、浮游植物增生、以及海水溫度下降等效應。

另一方面，東太平洋赤道地區盛行的東風，造成赤道海水持續往西流動、堆高，使得赤道西太平洋海面較東太平洋約高出60公分左右，連海面都有些許的傾斜了！

歸納起來，在未發生聖嬰現象時，海洋的狀況分別是：

Ø 赤道太平洋中、東側：
海面溫度低、海洋斜溫層淺，湧升流強勁。

Ø 赤道太平洋西側：
海面溫度高、海洋斜溫層深。

三、當聖嬰開始時…

然而，在所謂的「聖嬰年」中，我們可以發現東風的勢力大為減弱，海洋便會出現以下的情況：

Ø 一開始，原本西向的海流減弱，南美洲西岸的湧升流隨之衰減。

Ø 在太平洋赤道沿線，西部海域的深層海水降溫，斜溫層變淺；而東部海域的冷水層遠離海面，斜溫層深度加深達數百公尺。原本東西傾斜的斜溫層變得趨近於水平。

Ø 湧升流減弱，無法將冷水層中富營養物的海水攜帶至海面附近。

Ø 在紅外線衛星圖上，東部赤道海域的低溫區不復存在。

Ø 接著，赤道沿線的洋流開始改向東流，幾個月後，這洋流將向東流到海洋的盡頭；此時，過多的海水就必須沿著南美洲海岸，轉向北流或向南流；魚類也被迫順著海流移動。這些海流所到之處，無不造成當地海面上升、海水溫度增高；其影響範圍往北可達加拿大，往南可達智利中部。

四、海洋與大氣的互動

其實海洋和大氣層間，一直持續著一種極密切的互動關係；這種關係有如對話般，屬於一種來往式的交流互動。從上文中，我們已得知風的強弱，對海水的流動、海水中的養分含量、以及海水的溫度等等，都具有極大的影響力；接下來，我們將探討海面溫度的改變，要如何回過頭來，影響風的流動。

在正常情況下，東部赤道太平洋海域的湧升流，會使海面上方的氣溫降低，而導致該處空氣密度變大、無法上升成雲致雨；因此，在這個地區的天氣會顯得特別晴朗；降雨區則被限制在太平洋西部，即印尼、澳洲等地區。

然而，在聖嬰現象發生的初期，東風減弱、湧升流亦跟著減弱；因此東部赤道太平洋海域的水溫將大為提高。水溫提高，使海面上的潮濕空氣也跟著變暖，水氣因而得以上升成雲致雨。也就是說：海洋溫度的改變，會使降雨區從西太平洋大幅東移；此一現象將導致太平洋東部的氣壓下降，而使印尼、澳洲一帶的氣壓升高。如此一來，東風將變得更加微弱，其範圍也會變得更小了。

在這樣的情況下，海與風兩者間互相影響的程度將愈來愈劇烈；它們的交互作用，使聖嬰現象的範圍得以不斷擴張。這兩者之間，很難去判定到底何者影響較大、何者影響較小；我們也無法確定這種「海與風的互動」，究竟是導致聖嬰現象的原因，或者是導源於聖嬰現象的結果。

活動一：解讀反聖嬰

當聖嬰時期，赤道東部太平洋的水溫會變暖，水溫也可能會有變冷的時候嗎？的確如此，當出現和聖嬰現象相反的情況時，科學家就稱之為「反聖嬰現象」(La Ni a，西班牙語「女孩、小姑娘」)。

當反聖嬰現象出現時，赤道太平洋地區海氣的狀況將如何變化呢？讓我們試著利用活動單所附的資料來分析，並完成活動中的問題。

五、聖嬰現象在全球的影響

在聖嬰或反聖嬰時期，太平洋和大氣層間這種異常的互動關係，不久後將如漣漪般擴散，漸漸影響到全球的氣候；其中，熱帶雨雲的異動，在此扮演著「傳播媒介」的重要角色。為了瞭解其中的機制，我們不妨先打個比方，來說明這種「傳播」的過程。請想像一條湍淺水急的溪流，正快速地從你眼前通過。小溪的底部，佈滿了一顆顆的巨石；有的圓、有的尖，有的巨石甚至還突出了水面。這些石頭的排列、形狀、大小，不僅深深影響到小溪的流向、波浪的形狀，甚至還決定了漩渦的位置、水位高低的分佈等等。一旦我們移動了其中任何一塊石頭，水波的流動則必會發生改變；水波的流動一改變，那麼，漩渦、亂流的位置也就會跟著產生異動。

現在，濃密的熱帶雨雲，就好比溪中的石頭；而海面上方（高度約5～10哩）的空氣流動，就好比湍急小溪。熱帶雨雲的位置，不但影響了氣流的方向，也控制了氣流的強弱、波形等等，就有如石頭對溪流的關係。而這些氣流的方向與波形，將決定一切的群風位置、暴風途徑，以及對流層與平流層間噴射氣流帶的分佈。下圖左為一般情況下噴流的範圍與方向；圖右則是聖嬰發生時期噴流的狀態，在聖嬰發生期間中，熱帶降雨雲團異常東移的結果，將造成噴流產生極大的運動，而導致全球氣候的異常現象，其中又以冬季最為明顯。

然而，我們必須瞭解：雖然聖嬰現象的確會影響氣候，但它只是決定氣候的一個因素而已；有時其他影響氣候的因素，可能平衡、減低聖嬰現象所造成的衝擊。因此在聖嬰發生期間，並不一定會有明顯的氣候異常現象發生。

六、聖嬰現象的個案研究

1982～1983年的聖嬰現象，可說是上世紀威力最強、影響最大的聖嬰之一。然而，在1982年末，也就是這次聖嬰現象的初期階段時，沒有任何科學家曾預測到這次聖嬰現象的發生。由於這次聖嬰現象發生得過於突然，因此其對全球經濟所造成的災害，也就格外的顯著。

在1982年的五月，不知何故，赤道太平洋地區的東風突然大為減弱，不但風速減慢，範圍也縮小許多。甚至，在國際換日線的西邊地帶，這股風竟轉變成東向的西風。隨著這種不正常的風向改變，暴風雨的雲團，也就逐漸形成了。

接下來在短短幾個星期中，赤道太平洋海面開始對這種風向及風速的變動，起了劇烈的反應，海面水溫產生了劇烈的變化。例如，加拉巴哥群島、厄瓜多沿岸一帶，其海水溫度便驟升為80℉，比平常高出10℉以上。

對於這些太平洋海面的異動，首當其衝的，莫過於海中的生物了。在赤道太平洋中部附近的島嶼上，鳥類數目大為減少，島上的海鳥為了覓食，不惜遺棄自己的幼鳥，而獨自飛向遙遠的外海去尋找食物。在南美洲西部的祕魯沿岸，海面上升、海水變暖的結果，導致了海獅、海豹的大量死亡。根據秘魯當局在1983年所做的統計，這次的聖嬰現象，使當年的海豹皮輸出量減少了約25%。而整個車美洲的西岸地區，由於海水變暖，使原來棲息在當地海域的許多魚種，無法忍受這種高溫環境，而紛紛向極圈大舉遷移。在這次騷動中，也有某些海中生物獲得了利益。例如喜棲息於暖水環境的海扇，便在厄瓜多沿岸大量的繁殖，使當地居民意外的得到一大筆收入。

這次聖嬰現象，對於陸地上的環境也產生了極大的影響。在厄瓜多和秘魯北部，溫暖而豐沛的海水造成了氣候的異常。從1982到1983年的六月個月間，厄瓜多、秘魯的降雨量總計高達兩千四百五十公釐；大量的降水，使當地的地理環境從寸草不生、乾燥荒涼的沙漠，轉變成青草茂盛、湖澤廣布的草原。碧綠的青草，吸引了大量的昆蟲；昆蟲數量的增加，使食物鏈的平衡遭到破壞，而導致蛙類、鳥類的大量繁殖。另外，草原上的湖泊，也提供了一個暫時性的魚類居住環境。在海水倒灌時，許多魚類隨著水流進入了這些湖泊；當海水退潮時，這些魚類便被留在湖裡。在聖嬰現象結束後，這些湖泊自行乾涸，當地的居民便在草原上四處捉魚，一時蔚為奇觀。聖嬰現象所帶來的溫暖海水，大量湧入海灣及養殖場，使當年許多南美國家的蝦產量破了紀錄；但由於氣候濕熱，各國的瘧疾病例也大為增加。

如以上所述，1982～83年所發生的聖嬰現象，對全球經濟可說產生了相當大的衝擊；尤其在南美洲西部沿海各國，經濟情形更是損失慘重。在厄瓜多及秘魯沿海各地的漁獲量大量減少，魚類銷售成績自然也就一落千丈。太平洋海域上方，異常的西風型態，使颱風雲團偏離了正常軌道，而經過了夏威夷、大溪地等太平洋中部島嶼地區；當地以前從來沒有颱風侵襲，所以島上的居民，並沒有對颱風作充足的預防措施；因此，颱風最後在當地所造成的災害有多麼嚴重，也就可想而知了。此外，西風將雲團從西邊吹到東邊，使太平洋的降雨區大幅東移，而造成了澳洲、印尼等地的嚴重乾旱，甚至還引發了多場森林大火。降雨雲團飄至太平洋東部，使北美洲南部地區的降雨量暴增，並造成了南加州一帶的洪災；另外，在北美洲的許多地區，「降水」取代了「降雪」，而使許多滑雪場紛紛倒閉。總而言之，這次聖嬰現象對全球經濟所造成的衝擊，總計高達八十多億美元；除此之外，全球生物的災變、全人類所遭受的苦難，更是難以估計。

七、聖嬰與台灣

聖嬰發作期間，世界各地都有許多氣候異常現象發生，如1982-83年，在非洲、中南美洲、馬來半島、澳洲皆發生乾旱、森林大火、沙暴；而祕魯、美西、美南則是洪水作亂；連夏威夷、大溪地都遭八十年來首次的颱風侵襲。但對台灣有什麼明顯的影響嗎？

根據資料顯示，台灣地區冬、夏兩季氣溫和降雨量的變化和聖嬰並無明顯關連，但若以月份為單位來分析，則會發現有些月份的確存在某些統計上的關係，最明顯的是：

Ø 聖嬰次年3月份的降水偏多；

Ø 聖嬰次年9月份的氣溫偏高；

這就是為什麼常聽到有人說聖嬰會使台灣的春雨提早及造成暖冬；而在反聖嬰時期狀況則相反。

有了春雨提早及暖冬的預警，農漁牧業即可及早因應，水庫及水利單位也可據以調整儲水與供水計畫；甚至服裝業者也需要有關聖嬰的資訊以安排冬裝商品。

另外，也有研究指出當聖嬰時期侵台颱風次數會較少。但是像是影響台灣年雨量甚大的梅雨及豪雨，則似乎與聖嬰並無明顯關連。

由於台灣距離赤道已有一段距離，聖嬰現象對台灣的影響可能並不是那麼直接，也因此更不易釐清它與天氣及海洋環境之間的關係。總而言之，也許聖嬰對台灣的氣候有某種程度的影響，但這種影響並不算是特別明顯，而且目前非常缺少相關的研究，使得我們仍然不太了解聖嬰對台灣短期氣候變化到底有些什麼影響。

僅管如此，學界還是有一些解釋的嘗試。以侵台颱風次數會較少來說，就有研究指出這是因為聖嬰期間熱帶太平洋海面最熱區向東移往中太平洋，致使颱風生成區域也隨之東移，因而較不易造訪台灣；可是另一方面，一旦有長途跋涉來台的颱風，由於行經熱帶海面的距離很長，一路將會累積更多的能量，致使其規模及破壞力應該會特別巨大。這種颱風在聖嬰期「不來則已，一來驚人」的現象若確定，則對我們防颱準備工作來說就會有很大的價值，值得進一步研究。

八、當聖嬰遇到南方震盪

聖嬰現象的發現是從南美洲開始的，然而你可相信遠在二十世紀初的印度也對聖嬰現象有所體認嗎！當時的印度還是英國的殖民地，英國數學家沃克爵士（Sir. Gilbert Walker）曾任印度氣象局局長，退休回國之後繼續研究印度氣候，發現印度夏季季風的強弱竟和南美洲副熱帶地區的氣壓有關──如果南美洲氣壓偏高，則印度夏季季風強、雨量多；如果南美洲氣壓值偏低，則印度可能發生乾旱。沃克認為太平洋海域不同地點的海平面氣壓會像蹺蹺板一樣地擺動震盪，因發生在南半球而稱它為「南方震盪」（Southern Oscillation），但他並沒有解釋造成這種現象的機制。

目前研究者則加入更多地點來偵測相同的現象，發現法屬波里尼西亞的大溪地和澳洲的達爾文兩地的氣壓值，最能代表這個「蹺蹺板」的兩端。當大溪地的氣壓降低時，達爾文的氣壓就升高，反之亦然（如右圖），其間在統計上的相關性非常明顯，這兩個地方彷彿就像是南方震盪的中心似的。

1960年代中，加州大學教授畢雅尼（Jacob Bjerknes）在「南方震盪說」發表五十年後，首先發現海面異常增溫、減弱的東風與雨量分佈變化等現象的關連。他明確指出無論是聖嬰現象時的海面增溫，或是沃克所提的「南方震盪」氣壓蹺蹺板，其實都是同一個自然現象所造成的反應。畢雅尼將聖嬰與南方震盪合併為「ENSO」（EI Ni o / Southern Oscillation）一詞，中文音譯為「恩索」，或直稱聖嬰／南方震盪現象，ENSO是當今學術界對聖嬰現象的正式稱呼，而聖嬰期間被學術界稱為「暖事件」（warm event）；反聖嬰期間則被稱為「冷事件」（cold event）。

由於大溪地與達爾文兩地的氣壓變化具有明顯的連動性，研究人員將前後兩者的氣壓差經過統計處理，產生「南方震盪指數」（Sourthern Oscillation Index，SOI）。將SOI與東熱帶太平洋的海面溫度作比較，發現相關性非常高（右圖），這正驗證了畢雅尼的重大發現。聖嬰現象和SOI的負值有關，而反聖嬰現象和SOI的正值有關，因此SOI可以當作研判聖嬰現象的良好指標。

聖嬰現象從開始到陸續對各地產生影響，總需要一段時間的蘊釀與傳遞，因而像SOI一類的觀測指數一旦指出聖嬰的到來，各國或多或少都可爭取到一些時間加以應變，從而減輕聖嬰現象的負面衝擊。

九、聖嬰現象的預報與預警

從前面的內容中，我們對聖嬰現象，已經有了一個概括的瞭解；聖嬰現象的發展，以及其如何擾亂海洋生態、影響全球氣候，在前文亦有所提及。基於過去多年的瞭解，許多國家的科學家及政府正一同努力設計、建構出一套全球性的系統，其目的為：(1)觀測熱帶海洋與大氣；(2)預報聖嬰現象及其他異常的氣候型態；(3)使有需要的人可以輕易取得異常氣候的預報。藉此一系統，我們對於農業、水資源系統、漁業及其他資源，將會有更好的利用；屆時，人類也就更能適應各種異常的氣候節奏了。

科學家們把海氣觀測資料數據化整理後，設計出一套又一套的電腦程式來模擬聖嬰現象的天氣系統：這種模擬系統可藉由連續的畫面訊息與數據資料，展示大氣／海洋之間的狀態演變（例如風速、海流、海面狀態、斜溫層深度等等），其模擬時間可達數年、甚至數十年之久，將可讓我們對聖嬰現象的發生機制，有更深一層的認識。藉由這種系統，科學家們不斷進行聖嬰現象的機制研究，以探討其預測的方法。這也就是說，如果此種系統的真實度夠高，研究人員就能藉此來預報未來的天氣型態。

此種模擬系統，是根據一九六○年代以來、所有已知的氣象物理定律，來進行模擬、製作的；而詳細的觀測資料則是模擬系統不可或缺的要素。以前，人們只能靠自己的生活經驗來臆測未來的天氣型態；現在由於這種系統的問世，聖嬰現象預報的準確度正在持續提昇中。然而，上述預報的主要內容是聖嬰現象的強度及規模，若是想要將預報範圍深及各地區細部的海氣變異，甚至準確預測對各國環境及社會經濟的影響程度，那麼顯然還有非常漫長的路要走。

雖然聖嬰預報的研究才剛剛開展，但我們也不必對現狀過度悲觀。祕魯提供了一個成功的範例來證明：即使是短期的天氣預報，也是十分具有價值的。

大多數赤道上的開發中國家，其經濟情況，特別是食物的生產常受天氣變化的影響，祕魯就是這些國家中之一。年復一年，祕魯沿岸的氣溫在平均值上下大幅移動，而產生了各種不同的地域衝擊。溫暖的年份（即聖嬰年）是漁夫們所討厭的；它們不但減少了漁獲量，並且可能在沿岸平原及北部安地斯丘陵的西側造成洪水。寒冷的年分（即反聖嬰年）是漁夫們所歡迎的，但是農夫們可不這麼想；因為冷年經常帶來乾旱及作物的欠收。

1983年間，在聖嬰現象所帶來的洪水尚未消退之前，秘魯的農夫們已經開始擔心，隔年氣溫將大幅下滑，而引發乾旱和作物欠收。此時，祕魯政府便決定成立一個組織，來研究異常天氣的預報。這個組織的第一件工作，便是「預測下一個雨季的來臨」。在1983年十二月中，該組織表示：赤道太平洋的觀測資料顯示天氣型態已經趨近異常，而且應該會持續下去、帶來雨季，屆時環境將變得極適合農業發展。這項訊息被傳達給許多其他的組織，同時也知會了秘魯的農業部部長。部長將此列入了1983～1984年的農業發展計畫，並且即刻實施；最後，結果證明了這項預報是正確無誤的－祕魯獲得了空前的大豐收！從那個時候開始，這個組織便不斷進行雨季的預報工作。

雨季的預報一旦發佈了，農夫和官員們便可一同研擬播種的情況。稻米和棉花是祕魯北部最重要的兩種農作物，而它們對雨量和雨季都相當敏感。稻米在潮濕的氣候下長得最好；而棉花雖可忍受乾旱的氣候，但其收成時最忌陰雨。所以聖嬰年的預報，便可以使農夫多種植稻米而非棉花。

秘魯對於聖嬰現象的預警與因應模式，可說是一個相當成功的範例；其他採用類似作法的國家還包括了澳洲、巴西、衣索比亞和印度等等。這些國家都至少有一部分位於熱帶，而這並不是一種巧合。熱帶國家可以由成功的聖嬰現象預報中，獲取最多的利益；因為他們深受其氣候衝擊所影響。但是對於其他非熱帶的國家，像日本與美國，聖嬰現象的預報也在農業、水資源的利用以及穀類和燃料的儲存上，有著戰略性的益處。

活動二：聖嬰地球高峰會

聖嬰神祕的面紗雖然未被完全揭開，但是我們對聖嬰現象的瞭解遠比過去的認識多得多。面對聖嬰現象可能造成的各種衝擊，在資訊愈來愈流通、聖嬰預測也不再是遙不可及的現在，我們做好因應的準備了嗎？

藉由這個活動，讓我們嘗試來為聖嬰對各地的影響找出可能的對策。

推薦的參考資源

中文的聖嬰現象綜覽
北一女中地科站「聖嬰事件簿」http://earth.fg.tp.edu.tw/learn/enso/
北一女中地科站「聖嬰電子書」http://earth.fg.tp.edu.tw/learn/elnino/
地科基金會「聖嬰/南方振盪現象」http://earth.gl.ntu.edu.tw/magazine/971204.htm
柳中明、劉彥蘭 (民89)：尼諾與妮娜. 新新聞文化.
林玉郎譯 (民89)：千變萬化海氣流－聖嬰對氣候與社會之影響. 徐氏文教基金會.