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聖嬰-南方振盪現象

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聖嬰-南方振盪現象的機制（日本氣象廳）
1876-2023間的南方振盪指數的時間序列。
來自NOAA的圖片顯示了1950-2011期間的全球年平均溫度異常，ENSO時間被用紅色和藍色標出。

聖嬰-南方振盪現象（英語：El Niño-Southern Oscillation，ENSO，或簡稱聖嬰-南方振盪、恩索現象[1]，中國大陸、香港作厄爾尼諾-南方濤動現象）是聖嬰現象與南方振盪的合稱；早期本以為這兩個現象互不相干，但現在大部分的學者都已經認同這兩件事是互相有關聯的。其為發生在橫跨赤道附近太平洋的一種準周期（英語：Quasiperiodicity）氣候類型，亦即熱帶太平洋上大氣與海洋間交互作用的變化；雖源自於熱帶，卻能改變全球的大氣環流，進而影響各地的氣溫與降水；大約每5年發生一次。

南方振盪本身是指東太平洋赤道區域海面溫度（聖嬰事件時變暖，反聖嬰事件時變冷）和西太平洋赤道區域的海面上氣壓的變動。海溫與氣壓兩者變動是相互聯繫的：東太平洋的暖洋階段，即聖嬰，伴隨著西太平洋的高海面氣壓；東太平洋的變冷階段，即反聖嬰，伴隨著西太平洋的低海面氣壓。[2][3]導致這種變動的機制仍在研究中。

這種氣候類型變動的極端時期，即聖嬰和反聖嬰事件，會在世界很多區域引起極端的天氣（比如洪水和乾旱）。依靠農業和漁業的開發中國家，特別是太平洋沿岸的國家，所受影響最大。聖嬰-南方振盪比較流行的稱呼常常省略為「聖嬰」。聖嬰是西班牙語，意指「小男孩」，指的是聖子耶穌（英語：Child Jesus），因為南美太平洋的變暖時期通常都在聖誕節附近。[4]

名稱

早期學者以為兩現象各自獨立，但近年來的研究漸漸闡明其關係、是一體的兩面，故以聖嬰－南方振盪現象稱之，學界一般通用縮寫ENSO。

海水變暖的範圍主要為太平洋東部與中部的熱帶海洋的海水溫度異常地持續變暖，使整個世界氣候模式發生變化，造成一些地區乾旱而另一些地區又降雨量過多。其出現頻率並不規則，但平均約每4年發生一次。基本上，如果現象持續期少於五個月，會稱為聖嬰；如果持續期是五個月或以上，便會稱為聖嬰事件。

太平洋平時狀態：赤道風將溫暖海水向西吹、冷水沿南美洲海岸上湧（NOAA / PMEL（英語：Pacific Marine Environmental Laboratory） / TAO）
聖嬰現象：溫水向南美洲吹送，冷水不再上湧而使海洋變暖（此時太平洋東西氣壓亦隨之變動，即南方振盪）
反聖嬰現象：溫暖海水向西吹得比平常更遠距。

南方振盪

計算南方振盪指數時測量氣壓的地區

南方振盪為聖嬰現象在大氣的對應關係，不過早期學者並不了解這點。所謂的「濤動」（oscillation）是指赤道附近太平洋東西處之氣壓變化，最早由英國氣象學家吉爾伯特·沃克（Gilbert Walker）於20世紀初期發現並提出。

南方振盪的強度由「南方振盪指數」（英語：Southern Oscillation Index，SOI）評估，也就是選定大溪地（在太平洋）與澳洲達爾文（太平洋與印度洋交界處附近）兩地作為東、西太平洋的代表地，指數指出了兩地之氣壓差距，具體計算方法有多種。澳洲氣象局採用的是Troup SOI，該計算方式下，當該指數持續低於-7時，通常表示出現了聖嬰現象；持續高於+7則表明出現了反聖嬰現象。[5]

成因

ENSO形成的原因，科學界有多種觀點，比較普遍的看法是：在正常狀況下，北半球赤道附近吹東北信風，南半球赤道附近吹東南信風。信風帶動海水自東向西流動，分別形成北赤道洋流和南赤道暖流。從赤道東太平洋流的海水，靠海洋底部的湧升流補充，由於底層海水溫度較低，因此使表面水溫低於四周，形成東西部海溫差。但是，一旦東風減弱，甚至變為西風時，赤道東太平洋地區的冷水上翻減少或停止，海水溫度就升高，形成大範圍的海水溫度異常增暖。而突然增強的這股暖流沿著厄瓜多海岸南侵，使海水溫度劇升，冷水魚群因而大量死亡，海鳥因找不到食物而紛紛離去，漁場頓時失去生機，使沿岸國家遭到巨大損失。

ENSO形成的前兆包括：

  • 印度洋、印尼與澳洲氣壓增加；
  • 大溪地和太平洋中央、東面的海面氣壓減小；
  • 南太平洋的信風減弱或往東面吹；
  • 秘魯附近的暖空氣上升，令當地沙漠下雨；
  • 暖空氣由太平洋西岸擴散至印度洋與太平洋東面。同時它令東面較乾燥和有乾旱的地方降雨；
  • 西太平洋爆發西風，能量透過凱耳文波經由海洋傳遞，海洋混合層深度會有由西向東傳的波動。

典型事件與影響

  • ENSO規模顯著的年份：1790-94、1828、1876-77、1891、1925-26、1972-73、1982-83、1997-98、2014-2016。
  • ENSO規模中等的年份：1986-1987、1991-1992、2018-2019。
  • 近年、但規模較小的年份：1994-1995、2002-2003、2004-2005、2006-2007、2009-2010、2012-2013。
  • 1982年4月至1983年7月的ENSO現象，是幾個世紀來最嚴重的一次之一，太平洋東部至中部水面溫度比正常高出約4至5℃，造成全世界1300～1500人喪生，經濟損失近百億美元。
  • 1986年至1987年的ENSO現象，使赤道中、東太平洋海水表面水溫比常年平均溫度偏高2℃左右；同時，熱帶地區的大氣環流也相應地出現異常，熱帶及其他地區的天氣出現異常變化；南美洲的秘魯北部、中部地區暴雨成災；哥倫比亞境內的亞馬遜河河水猛漲，造成河堤多次決口；巴西東北部少雨乾旱，西部地區炎熱；澳洲東部及沿海地區雨水明顯減少；中國華南地區、南亞至非洲北部大範圍地區均少雨乾旱。
  • 1990年初又發生ENSO前兆現象。這年1月，太平洋中部海域水面溫度高於往年，除赤道海域水面溫度比往年高出0.5℃外，國際換日線以西的海域水面溫度也比往年高出將近1℃；接近海面的28℃的暖水層比往年淺10公尺左右；南美洲太平洋沿岸水域的水位比平時上漲15～30公分。
  • 1997年至1998年的ENSO現象，亦是幾個世紀來最嚴重的一次之一，太平洋東部至中部水面溫度比正常高出約3至4℃，美洲地區有持續暴雨，東南亞地區則持續乾旱並發生大規模的森林大火。這次聖嬰現象緊接1991-1992年發生，頻密程度罕見。

ENSO帶動的溫暖海水，會影響魚類的成群移動，破壞珊瑚礁的生長。而特別的是，在聖嬰現象發生當年，容易在西北太平洋和東北太平洋形成威力強大的颱風和颶風。例如1997年太平洋颱風季就曾出現十個威力達到等級最高的五級颱風，在1997年太平洋颶風季也出現兩個等級最高的五級颶風，分別是颶風琳達和颶風圭勒摩。而2002年太平洋颶風季出現三個等級最高颶風，2009年太平洋颱風季出現四個等級最高的五級颱風。至於2015年太平洋颶風季威力超過1997年琳達颶風的則有颶風帕翠莎。2018年太平洋颶風季則是有記錄以來該海域累計氣旋能量指數最高的一個風季，出現了三個五級颶風、十個三級以上颶風。

ENSO和全球暖化

在過去的幾十年中，聖嬰事件的數目有所增加，而反聖嬰事件的數目卻在減少。[6]我們可能還需要觀察ENSO更長的時間以發現穩定的變化[7]，我們現在還不清楚這到底是隨機的波動，或是ENSO的正常變化規律，還是由走向全球暖化的全球氣候變化所導致。

對歷史數據的研究表明，最近的聖嬰的變化很可能和全球暖化有關。比如，一個最近的研究顯示，即使減去十年際變化率的正影響後再看ENSO的趨勢[8]，觀測數據中的ENSO變率的幅度仍然顯示在增加，在過去50年裡最大增加了60%。[9]

現在還不是很確定ENSO在將來會如何變化[10]，不同的模式得出了不同的預測結果。[11]可能現在觀測到的更強更頻繁的聖嬰事件只是發生在全球暖化的早期階段，然後（比如在海洋低層也變暖後），聖嬰將可能變得比現在要弱些。[12]也有可能，影響ENSO的各種因素的最後效果被最終相互抵消。[13]要想更好的預測ENSO的將來變化還需要更多的研究。ENSO被認為是地球氣候的潛在臨界要素（tipping element）。[14]由觀測資料發現，在大西洋及印度洋也有類似聖嬰現象的發生，例如印度洋偶極（Indian Ocean Dipole）。

ENSO事件歷史

聖嬰 最高ONI值[15]
JJA 1951 - DJF 1951/2 1.2
DJF 1952/3 - JFM 1954 0.8
MAM 1957 - JJA 1958 1.8
OND 1958 - FMA 1959 0.6
MJJ 1963 - JFM 1964 1.4
AMJ 1965 - MAM 1966 1.9
JAS 1968 - DJF 1969/70 1.1
AMJ 1972 - FMA 1973 2.1
ASO 1976 - JFM 1977 0.8
ASO 1977 - JFM 1978 0.8
AMJ 1982 - MJJ 1983 2.2
JAS 1986 - JFM 1988 1.6
AMJ 1991 - MJJ 1992 1.6
ASO 1994 - FMA 1995 1.2
AMJ 1997 - MAM 1998 2.4
AMJ 2002 - JFM 2003 1.3
JJA 2004 - DJF 2004/5 1.7
ASO 2006 - DJF 2006/7 1.0
JJA 2009 - MAM 2010 1.6
SON 2014 - MAM 2016 2.6
ASO 2018 - MJJ 2019 0.9
AMJ 2023 - 2.0 (十一到一月均值)

參考文獻

  1. ^ 存档副本. [2020-12-27]. （原始內容存檔於2022-04-26）. 
  2. ^ Climate Prediction Center. Frequently Asked Questions about El Niño and La Niña. National Centers for Environmental Prediction. 2005-12-19 [2009-07-17]. （原始內容存檔於2009-08-27）. 
  3. ^ K.E. Trenberth, P.D. Jones, P. Ambenje, R. Bojariu , D. Easterling, A. Klein Tank, D. Parker, F. Rahimzadeh, J.A. Renwick, M. Rusticucci, B. Soden and P. Zhai. Observations: Surface and Atmospheric Climate Change. Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (編). Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge, UK: Cambridge University Press. : 235–336 [2012-09-07]. （原始內容存檔於2017-09-24）. 
  4. ^ El Niño Information. California Department of Fish and Game, Marine Region. [2012-09-07]. （原始內容存檔於2019-10-27）. 
  5. ^ Climate glossary - Southern Oscilliation Index (SOI). Bureau of Meteorology (Australia). 2002-04-03 [2009-12-31]. （原始內容存檔於2017-12-26）. 
  6. ^ Trenberth, Kevin E.; Hoar, Timothy J. The 1990–1995 El Niño–Southern Oscillation event: Longest on record. Geophysical Research Letters. January 1996, 23 (1): 57&–;60. Bibcode:1996GeoRL..23...57T. doi:10.1029/95GL03602. 
  7. ^ Wittenberg, A. T.（2009）, Are historical records sufficient to constrain ENSO simulations?, Geophys. Res. Lett., 36, L12702, doi:10.1029/2009GL038710.
  8. ^ Fedorov, Alexey V.; Philander, S. George. Is El Niño Changing?. Science. 2000, 288 (5473): 1997–2002. Bibcode:2000Sci...288.1997F. PMID 10856205. doi:10.1126/science.288.5473.1997. 
  9. ^ Zhang, Qiong; Guan, Yue; Yang, Haijun. ENSO Amplitude Change in Observation and Coupled Models. Advances in Atmospheric Sciences. 2008, 25 (3): 331–6. Bibcode:2008AdAtS..25..361Z. doi:10.1007/s00376-008-0361-5. 
  10. ^ Collins, M., et al.,（2010）: The impact of global warming on the tropical Pacific Ocean and El Niño. Nature Geosci., 3 (6), 391–397, URL http://dx.doi.org/10.1038/ngeo868
  11. ^ Merryfield, William J. Changes to ENSO under CO2 Doubling in a Multimodel Ensemble (PDF). Journal of Climate. 2006, 19 (16): 4009–27 [2012-09-07]. Bibcode:2006JCli...19.4009M. doi:10.1175/JCLI3834.1. （原始內容 (PDF)存檔於2007-07-04）. 
  12. ^ Meehl, G. A.; Teng, H.; Branstator, G. Future changes of El Niño in two global coupled climate models. Climate Dynamics. 2006, 26 (6): 549. Bibcode:2006ClDy...26..549M. doi:10.1007/s00382-005-0098-0. 
  13. ^ Philip, S.; Van Oldenborgh, G. J. Shifts in ENSO coupling processes under global warming. Geophysical Research Letters. 2006, 33 (11). Bibcode:2006GeoRL..3311704P. doi:10.1029/2006GL026196. 
  14. ^ Lenton, Timothy M.; et al. Tipping elements in the Earth's climate system. PNAS. 2008, 105 (6): 1786–1793. Bibcode:2008PNAS..105.1786L. doi:10.1073/pnas.0705414105. 
  15. ^ Cold & Warm Episodes by Season. [2019-01-02]. （原始內容存檔於2019-03-10）. 

參閲

外部連結

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