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圖 新聞投稿
2015-03-31
地科系參與國際研究 解釋極端氣候變異增強趨勢
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溫度變遷導致鋒面活躍處改變
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理學院院長賈至達(左)與地球科學系黃婉如助理教授
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地球科學系黃婉如助理教授說明

【地球科學系黃婉如、公共事務中心胡世澤報導、王喆宣攝影】臺灣正面臨67年來最嚴重的旱災,部分縣市將實施民生限水,北美洲當下也遭遇極度兩極化的氣候異常.國立臺灣師範大學地球科學系與美國猶他州立大學等科學團隊運用尖端電腦模擬分析後,將北美極端氣候歸因於石化燃料所造成的全球暖化影響.發現暖化加劇了聖嬰現象的前兆,並增強了極端氣候形成的機制.此研究預測澇旱交替、酷熱寒冬愈來愈明顯,未來可能成為新的氣候常態。

師大氣候學家也分析,臺灣從近20-30年前起,梅雨季的肇始有延後的趨勢,降雨強度雖增加,梅雨鋒面的頻率卻變少,此長期趨勢對目前的乾旱沒有幫助.而去年西北太平洋颱風數量,更創歷史新低,導致水庫缺水。這些異常現象或許與近來觀測到的西太平洋熱帶海溫異常現象有關,而西太平洋熱帶的增暖是全球海溫升高的2-3倍。

儘管學術界對臺灣梅雨變化趨勢尚未獲得一致的答案,但極端氣候頻頻發威,產生更多潛在危機,若不正視全球暖化問題並積極研究暖化對地區性氣候的效應,極端氣候將會是我們這個世代無可逃避的重大挑戰,也會使臺灣環境面臨比世界各地更嚴峻的威脅。

科學家透過科學研究 發現 「偶極」(dipole)結構

近年來的極端天氣現象,已造成世界各地生命財產的巨大損失,自2013年起,美國加州遭受強烈的乾旱,而美東則是受到極端低溫衝擊。國立臺灣師範大學地球科學系黃婉如教授所參與的國際研究團隊發現,近年來美國的極端氣候發生,和聖嬰現象的發展有關,受到使用石化燃料所造成的全球暖化影響,聖嬰現象的前兆會加劇未來類似極端現象,這些極端氣候未來可能成為新的氣候常態。

過去的二個冬季對北美來說是標準的「兩極化」:美東的嚴寒多雪造成經濟停滯跟能源危機,但美西卻飽受乾旱肆虐,加州全面陷入罕見的極度乾旱。黃婉如與美國猶他州立大學及能源部西北太平洋國家實驗室的共同研究,依據多個全球氣候模式模擬資料顯示,此兩極化的異常氣候,可歸咎於一種非比尋常的「偶極」(dipole),即強大的西方高壓脊與北美大湖區低壓槽的組合。此「偶極」與最近發現的聖嬰現象之前兆有關,此聖嬰前兆同時受到溫室氣體熱效應而增強。

此研究的主要作者,旅美臺灣學者及猶他氣候中心副主任王世宇教授認為,這就像是氣候骨牌的一個複雜遊戲,首先由東亞沿岸海水變冷開始,最後影響到北美洲的乾旱和嚴寒。這個師大所參與的研究發現,自從1960年代起類似的氣候極端組合愈來愈明顯,也愈來愈相呼應。在以電腦模擬追蹤加州乾旱形成與有無使用石化燃料的氣體的比較下,當拿掉溫室氣體因素後,這種與日俱增的極端氣候現象便下降了。此研究已發表在英國皇家氣象學會的《大氣科學快報》(Atmospheric Sciences Letters)上。

該研究採用大量電腦模擬做為歸因分析,研究團隊認為他們找到了很有力的關聯點,而且此關聯也愈來愈明顯。黃教授表示:「從模式資料中,我們發現未來當西太平洋隨著全球暖化而增暖,這種北美「偶極」(dipole)將隨之增強」。不同的學者對造成北美極端氣候的機制或有不同的看法,但王世宇教授表示:「這份研究與其他研究不同處,是在我們著重於氣候的變異所造成極端氣候的物理過程,而其他研究多著重於氣候平均值的探討,這有可能會低估了極端乾旱或降雨的發生機率。」

此研究是否能應用於了解最近臺灣的乾旱情況?

臺灣位處西太平洋,因此當地海溫的長久變化也會影響臺灣的氣候。自去年起臺灣中南部的乾旱,導因於去年夏季與秋季颱風降雨不足,而去年八月西北太平洋颱風數量,更創歷史新低,讓氣候學家忙於分析全球暖化對這種異常氣候的貢獻。

照理說,西太平洋海水溫度增加會讓颱風容易生成,然而近赤道的海溫增暖也同時會增強副熱帶高壓,若是高壓太強或是擴展太廣,反而會抑制颱風的生成。自前年至去年,西太平洋的熱帶海溫都異常的高,有可能導致颱風數量不增反減。

要解除旱象,今年的梅雨季節是關鍵,梅雨降雨的高峰以往都發生在五月底至六月初,但是自從1990左右開始,梅雨季開始有延後的傾向,並在降雨方面有強度增加但是頻率減少的現象,長期來看,這現象對水庫蓄水並無幫助,因為短暫的強降水易流失,又會累積淤泥。目前為止,學術界並沒有針對臺灣梅雨變化趨勢的一致解答。

研究團隊研究的「偶極」(dipole)結構。

有關研究過程  

•模式驗證「偶極」形成的機制

研究的第一階段,在瞭解模式是否具有能力模擬好北美「偶極」的生成。並分析模式中的「偶極」生成是否和聖嬰現象前兆有關。 研究提出的假設是: 「偶極」的形成和西太平洋地區石化燃料所帶來的暖化效應有關。在模式模擬的結果分析中,發現所有的氣候模式都有表現「偶極」生成的能力。特別是在模擬全球暖化(GHG)的模式中,此「偶極」現象更為明顯,且在亞洲與西太平洋地區大氣的波動連結(wave train)更為密切。在自然氣候變異下(Nat),模式的模擬結果則顯現較弱的「偶極」。

•模式模擬「偶極」與海溫變化的關係

此外,研究第二階段著重於了解「偶極」的強化的來源和西北太平洋海溫與大西洋海溫變化之間的關聯性。研究結果顯示,西太平洋海溫變暖能增強一個橫跨太平洋的大氣波動(trans-Pacific wave train),造成強大的西方高壓脊與北美大湖區低壓槽的組合,即「偶極」的形成。此因受到西太平洋海溫變暖導致的「偶極」,較由大西洋海溫變暖導致的「偶極」來的顯著。此研究結果顯示,西北太平洋海溫的變化對「偶極」的形成較為重要。

•模式推估未來「偶極」的強化

研究的第三階段著重與了解未來「偶極」現象是否增強。研究結果顯示,在未來全球暖化下,海水與空氣溫度的增暖現象將增強水氣的交互作用,並為北美帶來極端的氣候。這些結果佐證了王教授先前的理論:增加石化燃料的氣體所造成的暖化現象將強化與聖嬰現象前兆有關的大氣波動連結,並加劇未來「偶極」活動的變化。


參考之期刊論文

Wang, S.-Y., M. L'Heureux, and H.-H. Chia (2012), ENSO prediction one year in advance using western North Pacific sea surface temperatures, Geophys. Res. Lett., 39(5), L05702.

Wang, S.-Y., R. E. Davies, and R. R. Gillies (2013a), Identification of extreme precipitation threat across midlatitude regions based on short-wave circulations, Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 118(19), 2013JD020153.

Wang, S.-Y., M. L'Heureux, and J.-H. Yoon (2013b), Are Greenhouse Gases Changing ENSO Precursors in the Western North Pacific?, J. Climate, 26(17), 6309-6322.

Wang, S.-Y., L. Hipps, R. R. Gillies, and J.-H. Yoon (2014), Probable causes of the abnormal ridge accompanying the 2013–2014 California drought: ENSO precursor and anthropogenic warming footprint, Geophy. Res. Lett., 41(9), 2014GL059748.

Wang, S.-Y., W.-R. Huang, and J.-H. Yoon (2015), The North American winter 'dipole' and extremes activity: A CMIP5 assessment. Atmospheric Science Letters, (in press)

Huang, W. R., and K.-C. Chen (2014), Trends in Pre-Summer Frontal and Diurnal Rainfall Activities during 1982-2012 over Taiwan and Southeast China: Characteristics and Possible Causes. Int. J. Climatol., (in press) DOI: 10.1002/joc.4159

簡報檔參考

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