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1、地球科學領域開發高中教材及 高中生研習活動教育部92-95基礎科學教育改進計畫九十三會計年度主持人：許晃雄 協同主持人：吳清吉、林博雄 執行期限：自93年01月01日至93年12月31日止 參與科系所：國立台灣大學大氣科學系聖嬰現象與反聖嬰現象一、你認識聖嬰嗎?!- -聖嬰對氣候的影響聖嬰對氣候的影響上帝的警訊？！極端異常天氣情況發 生頻率增加？！ 豪雨洪水、乾旱、熱 浪等，每年破紀錄的 極端天氣狀態。 是否我們的生命、財 產、環境、生物正在 逐漸受到威脅？！Where ?When ?What ?How?El NinoLa Nina赤道太平洋12月聖誕節海溫、海流、 風向、氣壓、 氣溫、降水量
2、 經濟、環境、 生物聖嬰反聖嬰聖嬰現象聖嬰一詞源自西班牙文El Nio， 英文翻譯為 Christ Child，意為上帝 之子南美秘魯漁民稱呼發生於聖誕節時期 ，鄰近熱帶太平洋海域海溫及洋流異 常變化之現象 El Nio定義以赤道南北緯 5，西經90至150間為觀測 範圍(即 Nino 3 區域)，並使用5個月海面 溫度之移動平均值作計算。若高於氣候標準平均值 0.5 C時視為聖嬰現 象， 若低於氣候標準平均值 0.5C 時則視為反 聖嬰現象。海洋與大氣的特徵東、西太平洋海溫溫差的逆向改變伴隨的大氣變化氣壓場上蹺蹺板式的 東西振盪聖嬰時海溫變化呈現東高西低時 氣壓場變化則為西高東低二、科學界的
3、研究史從前受限於科技，無法作宏觀的研究l在聖誕節前後幾個月內，因赤道反流系統 之暖流經過與赤道西風南下，為其帶來豐 富降雨，稱El Ninol科學界稱聖嬰期間為暖事件（warm event）；反聖嬰期間則被稱為冷事件 （cold event）。祭品遺骸1995年，秘魯科學家挖掘94具遺骸， 經證實為第六世紀到第七世紀之間被 用來當作祭拜肅殺之神的祭品， 祈求風調雨順此為現今世人所稱之聖嬰現象沃克爵士1920年代，提出沃克環 流的理論l發現南方振盪，提出 南方振盪指數1960年代後l1960年代，聖嬰現象開始被科學界深 入研究l明瞭南美外海水溫變暖並不是孤立現 象，隱藏著影響全球氣候型態的巨大
4、能量沃克環流(Walker Circulation)沃克爵士在1920年代最早提出的理論沿著赤道太平洋海面上發展的東西向 順時針的垂直大氣環流系統沃克環流-正常情況低層大氣太平洋上貿易風沿赤道由東吹向西，經暖海水 熱能堆積至西太平洋印尼一帶的上層海水此區暖水受熱汽化上升至大氣中，使對流活動 更易產生大氣上層風沿著赤道太平洋由西往東吹，在東太平洋出 現下沈氣流，導致該區域大多乾燥少雨沃克環流-正常情況太平洋中、東側： 晴朗、乾燥 海溫低、海洋斜溫層淺太平洋西側： 多雨、溼潤 海溫高、海洋斜溫層深沃克環流-聖嬰狀態太平洋中、東側：雨量增加 海溫升高、海洋斜 溫層下降太平洋西側：雨量減少 海溫降低、
5、海洋斜 溫層升高沃克環流-反聖嬰狀態太平洋中、東側：雨量變少 海溫較正常低、海洋 斜溫層更淺太平洋西側：雨量增加 海溫高、海洋斜溫層 深南方振盪(Southern Oscillation)沃克爵士發現： 大溪地（東太平洋）與達爾文島（西太平洋）（圖中黃點及紅點）的氣壓有明顯 的高低差異， 將兩地的氣壓差 稱之南方振盪南方振盪南方振盪以達爾文島氣壓變化為基準，將太平洋各地的氣壓變化與其作 統計而得出的相關係數分布圖，正值代表正相關，負值代表負 相關南方振盪指數，SOI大溪地與達爾文島兩地的氣壓差值被稱為南方振盪指數（SOI， Southern Oscillation Index)當SOI 小於零
6、，且負值越大，聖嬰現象出現當SOI 大於等於零，為正常狀態、或是反聖嬰現象SOI大於或等於零SOI大於或等於零時，熱帶東太平洋氣壓 高於西太平洋。東太平洋秘魯區：海水溫低，湧升流盛行赤道地區：盛行偏東貿易信風強烈向西吹送澳洲北部及亞洲：會出現溫暖潮濕的氣候SOI 小於 0SOI小於零，熱帶西太平洋的氣壓高過 東太平洋太平洋貿易信風減弱，東赤道太平洋秘魯漁場附 近的湧升流，所帶來的冷海水的強度會衰減或停止同時海表面溫度會升高，而澳洲及亞洲一帶則會 出現乾燥的氣候型態。SOI小於零時，且負值越大時，正是聖嬰現象 出現的時刻南方振盪指數聖嬰/南方振盪(ENSO)畢雅尼將聖嬰與南方震盪 合併為ENSO
7、（EI Nino / Southern Oscillation） -聖嬰南方震盪現象。ENSO是當今學術界對聖嬰現 象的正式稱呼地面風向聖嬰現象時東西向沃克環流 的強度減弱在西太平洋地區 ，地面風甚至可 轉為西風海溫增高與降雨l在聖嬰年熱帶東太平洋海溫異常增高時，經由 上升對流成雲後降雨相對的海溫降低之熱帶西太平洋上空 之空氣遂下沉，造成地表壓力增加並 抑制降雨1998年12月-反聖嬰SST偏低1993年12月-正常年SST正常分佈1997年12月-聖嬰SST偏暖比較海溫分布情形海平面不平海平面具有海水位差異。聖嬰時，風、斜溫層、海平面高度SST and water temperature p
8、rofile, Equatorial Pacific Ocean November 1997海平面高度（高度起伏）；海 溫垂直分佈（顏色）：Red 30 C ； blue 8 C ；斜溫層 20 C，深藍色邊緣March 1998January 1997海水垂直運動沃克環流將太平洋 能量由東帶到西， 為了補償東太平洋 的能量，東太平洋 會有一波波的湧升 流，由深層冷海水 上湧來補替暖海水 西移的情況。海水垂直運動l湧升流將較冷的海水向上帶，影響氣候，並含 豐富營養鹽，傳送到海表面利浮游生物 生存，故湧升流區域漁業興盛l斜溫層(thermocline) 太陽輻射影響，海水大致可分上層暖海 水，底
9、層冷海水，其間的分界稱之海水垂直運動正常情況東太平洋海平面較低於西太平洋海平面， 此時斜溫層較淺，冷海水就較為接近海表 面。 聖嬰年東太平洋海平面較高，情況相反 斜溫層的深度影響深層冷海水垂直運動 ，由湧升流傳至上層海表面湧升流南美洲海岸東南風南美洲秘魯的沿岸湧升流秘魯漁場的魚貨量居全球前五大浮游生物分佈三、聖嬰現象的週期性？聖嬰對祕魯漁民來說是每年都會發生的正 常現象，每次大約會持續兩、三個月。但 隔幾年會出現規模較大的情況。聖嬰現象約每二年至七年發生一次， 其生命週期歷經發展、成熟、衰退等期， 前後可達一年半到二年之久。從古至今，聖嬰現象的存在？在1989年，安得森(Anderson)在加
10、 州離岸，偵測出早在四萬五千年前， 就已有類似聖嬰或反聖嬰的現象出現 。大氣與海洋的能量循環 。四、反聖嬰，La Nina 有令赤道東太平洋變暖的聖嬰，也有變冷 的反聖嬰La Nina 一詞源自西班牙文，其意為女嬰 ，係為聖嬰 ( El Nino ) 之相對詞兩者均是指在赤道東太平洋區域，海溫及 洋流之異常變化現象聖嬰與反聖嬰現象相較若高於 Nino 3 區域氣候標準平均值 0.5 C時 視為聖嬰現象，若低於氣候標準平均值 0.5C 時則視為反聖嬰現象聖嬰-東太平洋海表面溫度較正常狀態暖 反聖嬰-東太平洋海表面較正常狀態冷反聖嬰現象與SOIl反聖嬰現象發生時，SOI值大於等於零 ；但正常情況亦
11、同。故反聖嬰現象， 特別強化其海溫之對比l因為海水溫度之變化是影響大氣氣候 變動之重要因素之一反聖嬰的出現反聖嬰必緊接著聖嬰之後出現。 -錯誤！ 19501997年聖嬰出現機率：31 反聖嬰現象出現機率：23 1975年後，反聖嬰現象出現機率為聖 嬰的1/2北美洲冬季噴射氣流噴射氣流走向：l聖嬰年：在北美上空分為二，其中一流向 高壓帶，另一流向低壓帶l反聖嬰年：集中聚集在美國北部及加拿大 南部一帶，帶來濕冷冬季 反聖嬰年降雪量大於聖嬰年北美洲冬季噴射氣流五、聖嬰與反聖嬰比較l在聖嬰時期之異常氣候情況可能呈現反常 之涼夏或暖冬l反聖嬰時期可能變為加強四季之特性，即 是熱夏與寒冬聖嬰現象時，氣候變
12、化反聖嬰現象發生時聖嬰現象的夏天聖嬰現象的冬天六、變化的氣候是好是壞？！是正常或異常？！真的都是聖嬰跟反聖嬰的錯嗎？全球氣候變遷、溫室效應、全球暖化 、人為開發活動、自然週期變化?!聖嬰現象在秘魯帶來豐沛而持續的降雨，使得原本是環 境惡劣的沿海沙漠，在幾個星期之間長滿 了綠油油的植物，湖泊則取代了乾旱的沙 地。平時無法生長的香蕉、棉花、椰子樹也 迎風飄曳。居民因陸地上不尋常的植物出 現，故稱之為豐盛年。七、聖嬰現象的影響： CO2與聖嬰：聖嬰年的CO2量遞減約1636之多 海平面上升：1997/11月海平面升到最高峰 聖嬰具有的能量：海水儲存的熱能 日子變長了：中高緯東風增強，地球自轉減緩 季
13、風降雨與聖嬰：聖嬰年季風區降雨量增加95到96年的非聖嬰年， 釋放CO2量超過9798年聖嬰年 的1倍多。短期氣候影響l極端天氣頻傳：氣候變化劇烈l氣候影響生物生存環境，生態遭衝擊或破 壞l歷史上的聖嬰與反聖嬰現象，沒有兩個是一模一 樣的，週期長短、影響範圍與程度都不固定，故 探討異常天氣與El Nino之間的關係時，必須十 分謹慎極端天氣頻傳豪雨、洪水 乾旱、霾害 颱風、颶風 熱浪-美國西南部熱浪來襲，風暴增多 寒潮-美國東部發生特大寒潮 暖冬、冷夏 -日本形成暖冬、大梅雨、冷夏 -台灣形成暖冬、長春雨，長梅雨豪雨、洪水(19971998年)南美洲西部沙漠地區開始下雨。秘魯沙 漠區，受到暴雨
14、的不斷侵襲，竟然出現 約兩千平方公里大、三公尺身的間歇湖美國密士失必河的洪水中國大陸出現強烈寒流、豪雨或乾旱等 災害天氣旱災、霾害(19971998年)澳洲發生乾旱 印尼、菲律賓缺水，發生乾旱 印度西南季風減弱而發生乾旱 1998年，印尼乾旱，再配合人為焚林，出 現20世紀最嚴重、影響大範圍地區居民健康 的東南亞霾害Fig 1. A picture from CNN shows the fire in Australia, dry weather and brush fire occur in Australia usually during El Nio. 颱風中、強程度的聖嬰現象，對西太平
15、洋強烈 颱風的發生頻率和持續日數有顯著的影響太平洋的颱風，大西洋的颶風發生次數減少 颱風生成源地向東偏移，颱風可逗留在海面上 成長的時間變長，持續的時間也變長，路徑偏 北前進，強度偏強有史以來東太平洋最強颱風-琳達Its arms lashing Mexicos west coast, Hurricane Linda, spawned during an El Nio, churns northeastward in September 1997. Lindas 185 -mile-an-hour 298-kilometer- an-hour winds made it one of the
16、strongest eastern Pacific storms ever recorded.1999 National Geographic Society. All rights reserved環境生態l海溫影響浮游生物、降雨分布改變、氣溫 變化等，種種危及食物鏈中的基礎生物， 直接或間接影響到海洋和陸上的生態系統 ，而生物習性也遭到破壞l如：鹹水沼澤、紅樹林、沿海濕地、珊瑚 礁、河流三角洲等生態系影響的生物聖嬰年正常年經濟活動的影響氣候左右著全球經濟的興衰農業、漁業、商業及特殊市場需求，都 與氣象有關如：19821983年El Nino，直接造成81 億美元的損失。 經濟活動的影響1982，聖嬰年，巴西北部因旱災而糧食欠收 ，影響民生物質供應並波及私人企業經營各地頻傳異常的豪雨造成水災
