全球暖化讓海面溫度升高,助長了颱風威力!


撰文╱川柏斯(Kevin E. Trenberth)
翻譯/林筱雯


2004年的夏天似乎是個嚴重警訊:這年,四個颶風襲擊美國弗羅里達州,前所未見;十個颱風登陸日本,比過去的最高紀錄還多四個。科學家嚇壞了,提出各種理論,解釋熱帶氣旋為何增加。這些理論彼此矛盾,而對於全球暖化如何影響熱帶氣旋,意見更是分歧。大自然就像脫韁野馬,2005年,北大西洋的夏季颶風數量再度打破紀錄,其中包括破壞力強大的卡崔娜和莉塔颶風。2006年,美國東南部的房屋保險費用大漲,但颶風總數卻遠低於預期。如果全球暖化真的對颶風有影響,為什麼2006年的颶風那麼少?

科學家分析天氣型態並提出理論,同時說明為什麼颶風在2004和2005年大幅增加,在2006年卻意外地平靜。不幸的是,理論也預言了未來我們將遇上麻煩。 颶風的前身是熱帶大氣的擾動。當擾動發展成有組織的雷雨系統,開始旋轉,風速超過每小時62公里,氣象學家就會為它命名。如果系統最大風速超過每小時119公里,則稱為熱帶氣旋,大西洋和東北太平洋地區使用的名稱是「颶風」,西北太平洋地區稱「颱風」,印度洋地區則簡單稱為「氣旋」,在本文中,我會交替使用這些稱呼。

科學家必須先了解熱帶風暴如何形成,才能討論全球暖化對颱風的數目、大小、強度(也就是風速)有什麼影響。過去幾年,科學家發展出更細緻的模式,模擬颱風如何生成。颱風需要溫暖的海水,所以大多在熱帶地區形成。在熱帶,太陽近乎直射地球,海水吸收大部份的入射能量,並主要以蒸發作用將多餘的熱排出,當水蒸氣凝結形成雨,會釋放潛熱到大氣中。冬天,風把熱送到高緯度,再輻射到太空;但是在夏天,潛熱會一直留在赤道,並透過對流,上升到高空,對流過程造成?#92;多現象,從積雲到雷雨都有可能,當環境適當時,雷雨群可以組成渦旋,從海洋汲取大量熱能,並形成颱風。

大氣中必須先有擾動,才能觸發渦旋形成。北大西洋的大氣擾動通常由非洲中部的西海岸傳來,非洲內陸的沙漠和海岸山脈的森林之間的溫度差異,會造成大氣擾動。其他有利於渦旋形成的條件,還包括海面溫度必須高於26℃、水氣要充足、洋面有低壓帶,以及高低緯間的風切微弱(太強的風切會撕裂新生氣旋)。

海洋是颱風的溫床

海面溫度是颱風生成的關鍵要素之一,科學家對近年的颱風型態感到好奇,所以就想要知道海溫在過去數十年有什麼改變,而颱風的數量、大小、強度又隨著改變了多少。如果海溫真的對颱風有影響,那人類活動導致的全球暖化,會是導致海溫上升的主要原因嗎?還有,2004、2005這兩個破紀錄的年份,有什麼特別的環境條件?科學家已經很了解,溫室氣體(例如,燃燒化石燃料產生的二氧化碳)大量累積會讓地球變暖,然後讓海溫升高,水氣的製造量也會變多,使颱風形成前的對流運動更容易發生。在2005年之後,我們的問題是:海溫真的升高了嗎?全球暖化究竟讓海溫升高了多少?

1970年之前,衛星觀測尚未普及,全球颱風的數量統計並不可靠,但氣候學家認為,熱帶北大西洋的颶風記錄從1944年起就很可信了,因為偵查飛機開始定期監測熱帶風暴。查看歷史記錄後,我們發現,1994年起,有命名的北大西洋風暴和颶風數量逐漸增加,值得注意的是,北緯10~20度的北大西洋海溫也上升了,這和颶風數量的增加非常吻合,這股變暖的海水由非洲延伸到中美洲,而且正好位在赤道北邊,是颶風形成的重要地區。

有些科學家認為,1994年以後北大西洋的海溫上升,只不過是反映大西洋多年代振盪(AMO)的影響而已。AMO是一種自然循環,北大西洋海溫在保持數十年的相對低溫後,會升高數十年,之後又逐漸降低(最大溫差約0.5℃)。專家認為,這種循環源自洋流的變化(例如環繞大西洋的墨西哥灣流帶來的暖流)和海洋較深處的回流。1970年代起,直到1990年代早期,北大西洋的海溫比較低;1990年代以後,AMO再回到較暖的狀態,颶風形成數目比低溫時期來得多。不過,從電腦模式來看,AMO循環並不能完全解釋颶風為什麼自1995年起大量增多,也無法解釋2005和2006年發生了什麼事。

雖然,人類大量排放溫室氣體到大氣裡,就像正在進行一場無法控制的大型環境實驗,然而氣候學家卻無法真正進行改變地球的實驗,他們必須改用氣候模式,才能測試影響海溫和颱風的各種因素。這些模式的目標是重現所有影響氣候的重要物理、化學、生物過程。在多年努力之後,美國國家大氣研究中心(NCAR)以及其他研究單位的科學家,發展出一套全球氣候模式,可以合理重現過去一世紀以來全球大氣、海溫的實際變化。模式也把其他變因考慮進來,包括大氣化學成份的變化、太陽的能量輸出,或是大型火山噴發產生的灰燼阻隔太陽輻射、讓全球氣溫暫時降低一、兩年。

透過氣候模式,我們能單獨研究人類造成的變化(例如,排放煙塵和污染物到大氣裡),並且估計改變的後果。研究結果顯示,剔除AMO因素之後,大西洋的暖化和人為導致的大氣增溫有關係。美國勞倫斯利佛摩國家實驗室氣候學家桑德(Ben Santer)與同事最近發表一項研究,把熱帶大西洋與太平洋的暖化歸因於人為溫室氣體的增加。初步估計指出,1970年起,全球暖化導致海溫增加了0.6℃,雖然這樣的海溫增加幅度聽起來很小,卻能夠大幅影響熱帶風暴的強度,就像卡崔娜颶風經過墨西哥灣流的時候,海溫只要上升1℃,就能讓颶風的強度整整增加一個等級(例如從第二級變成第三級)。

熱帶氣旋活動受海溫影響非常大,因此我們能夠推論:全球暖化讓熱帶風暴更加強烈。2005年6月,我在《科學》發表的論文中,詳細討論了海溫和熱帶風暴的關聯,兩個月後,麻省理工學院的伊曼紐(Kerry Emanuel)在《自然》發表直接的觀測證據,我們兩人的研究是完全獨立進行的。伊曼紐證明,1970年之後全球氣旋強度與生命期的顯著增加,和海溫增加有關,就算根據其他專家提出的質疑修正結果,也只小幅改變某些特定的相關性,整體結論並不會改變。2005年9月,喬治亞理工學院的韋布斯特(Peter Webster)和同事在《科學》發表研究,證明1970年以後,四級和五級颶風的數量,有明顯的增加,而且佔所有颶風的比例也增加了,他們認為,既然我們已經觀測到海溫升高,颶風的數量本來就應該跟著增加。………………………

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