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高空的擾動影響全球氣候？

李柏昱・2013/02/04 ・1335字・閱讀時間約 2 分鐘・SR值 550 ・八年級

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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李柏昱

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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。

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人體解析生命奧祕醫療健康

揭開人體的基因密碼！——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮・2021/11/16 ・1998字・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖，有些人沒抽菸卻得肺癌，有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢？這一切都跟我們的基因有關！無論是想探究生命的起源、物種間的差異，乃至於罹患疾病、用藥的風險，都必須從了解基因密碼著手，而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上，DNA 解碼從 1953 年的華生（James Watson）與克里克（Francis Crick）兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構，闡述 DNA 是以 4 個鹼基（A、T、C、G）的配對方式來傳遞遺傳訊息，並逐步發展出許多新的研究工具；1990 年，美國政府推動人類基因體計畫，接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入，到了 2003 年，人體基因體密碼全數解碼完成，不僅是人類探索生命的重大里程碑，也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成，卻因為基因定序技術的突飛猛進，使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展，早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位，但無法排序；直到 1977 年，科學家桑格（Frederick Sanger）發明了第一代的基因定序技術，以生物化學的方式，讓 DNA 形成不同長度的片段，以判讀測量物的基因序列，成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求，出現了次世代定序技術（NGS），將 DNA 打成碎片，並擴增碎片到可偵測的濃度，再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速，且成本更低，讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對，解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤，也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面，儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因，但對於改善個體健康仍有積極的意義，例如：若透過基因檢測，得知將來罹患糖尿病機率比別人高，就可以透過健康諮詢，改變飲食習慣、生活型態等，降低發病機率。又如癌症基因檢測，可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測：前者可偵測是否有單一基因的變異，導致罹癌風險增加；後者則針對是否有藥物易感性的基因變異，做為臨床用藥的參考，也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者，基因檢測後續的生物資訊分析，包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等，對臨床醫療工作都有極大的助益。

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同，而不同族群之間更存在著基因差異，使得歐美國家基因庫的資料，幾乎不能直接應用於亞洲人身上，這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」（Taiwan biobank），希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起，中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」（TPMI），希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫，促進臺灣民眾常見疾病的研究，並開發專屬華人的基因型鑑定晶片，促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人，這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者，超過 99％是來自中國不同省分的漢族移民人口，其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫，其中，漢族的全部遺傳變異中，有 21.2％的人攜帶遺傳疾病的隱性基因；3.1％的人有癌症易感基因，比一般人罹癌風險更高；87.3％的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性，例如：若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型，醫生在開藥時就能使用替代藥物，避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰：個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門，但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上，存在著道德倫理的考量，例如：研究用途的資料是否能放在病歷中？個人資料是否受到法規保護？而且技術上各醫院之間的資料如何串流？這些都需要資通訊科技（ICT）產業的協助，而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言，建議患者做基因檢測是因為出現症狀，希望找到原因，但是如何解釋以及病歷上如何註解，則是另一項重要議題。

從人性觀點來看，在技術更迭演進的同時，對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生？回到了解病因的初衷，在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時，家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等，都是值得深思的議題，也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好，因此，基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統，以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡，將是下一個基因時代的挑戰。