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高空的擾動影響全球氣候?

這張示意圖顯示平流層中的極地渦旋能直接影響海洋中的洋流系統,導致全球溫鹽環流的變化。(圖片來源:Thomas Reichler, University of Utah)

位於數十公里高空中的1道氣流,竟然能對大海中的洋流產生影響,引發寒冬,甚至與全球氣候的變化有關?

美國猶他大學氣象學家湯瑪斯‧雷克勒(Thomas Reichler)的研究發現,位於平流層,離地面24公里~50公里高空的極地渦漩(polar vortex)的強弱,會影響北大西洋的溫鹽環流,對於歐洲與北美洲的天氣有巨大影響。

科學家藉由過去30年的氣候觀測資料,並利用超級電腦模擬4000年的大氣模型,發現極地渦漩與洋流之間的相關性:當平流層出現平流層急劇增溫效應(sudden stratospheric warming, SSW),平流層大氣溫度上升,此時極地渦漩強度減弱,甚至由原本自西向東吹送,反轉為自東向西;北大西洋中溫鹽環流的下沉速度往往隨之改變,以10年左右的周期影響全球氣候。

大洋中的輸送帶

溫鹽環流( thermohaline circulation )是因為海水溫度、鹽度分布不均,造成密度不同所引起的環流,對於調節全球氣候扮演十分重要的角色,北半球中高緯度因為溫鹽環流而擁有較為溫暖的氣候。

溫鹽環流源頭來自北大西洋格陵蘭南部海域表面的海水,因為溫度較低、密度較大而下沉至深海。由於整個下沉的機制對於海面附近的氣溫相當敏感,當海面附近的氣溫出現波動,例如變得更溫暖或是更寒冷的時候,會導致海水下沉的延遲或者提前。

來自高空的擾動影響全球氣候?

當平流層急劇增溫效應出現時,平流層中的極地渦漩會減弱甚至反轉。極地渦漩能將北冰洋中的酷寒高壓鎖在北極,它的強弱會影響北半球中高緯度冬天的氣溫與氣壓變化,控制著海水下沉區域海面氣溫的高低,進而影響整個北大西洋的洋流與全球的天氣。

科學家的超級電腦模擬結果顯示,極地渦旋、大氣壓力的震盪與北大西洋洋流呈現約十年的周期性變化。在1990年代,極地渦旋都十分強勁,而2000年代中,一系列的平流層急劇增溫效應導致極地渦漩減弱。

美國研究組織「氣候中心」(Climate Central)的安德魯‧傅利曼表示,當平流層急劇增溫效應出現時,北半球中高緯度的地區就要當心了:接下來數周內溫度將會驟降,暴風雪即將來襲。2013年1月6日美國上空便出現了平流層急劇增溫效應,14日~16日,美國、歐洲各地便開始降下暴雪,甚至重創英國經濟。

之前,很少人料想得到平流層高空中的氣流竟然會對大海中的洋流造成影響,這提醒我們地球各個系統之間的互動十分複雜,還有許多未明瞭的機制,有待我們的研究與發現。

(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿) 

責任編輯:鄭國威(元智大學資訊社會所) 

本文原發表於行政院國家科學委員會-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

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關於作者

李柏昱

成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。