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恩索現象(ENSO)有愈演愈烈嗎?

葉綠舒
・2014/08/12 ・1247字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 555 ・八年級

所謂的恩索現象(ENSO),是聖嬰(El Niño)與南方震盪(Southern Oscillation)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連的。

在正常的狀態下,赤道風將溫暖的海水向西(亞洲、印度)吹送;而這時冷的海水會從南美洲海岸區上湧,使得鯷魚會游近海岸,讓秘魯的漁民有鯷魚可捉,海鳥有食物可吃。而亞洲、印度因為溫暖的海水而帶來季雨。

正常狀況的太平洋。圖片來源:維基百科
正常狀況的太平洋。圖片來源:維基百科

在聖嬰年時,東太平洋氣壓降低,西太平洋氣壓就上昇,使得南太平洋的東南信風減弱或甚至往相反的方向吹,造成溫暖的海水不再往西岸吹送;於是在南美洲冷的海水不上湧,鯷魚游到離岸較遠的地方,漁夫沒有鯷魚可抓、海鳥大量餓死。而這時印度也因為溫暖的海水不到來,於是季雨不降臨,鬧旱災。

聖嬰年的太平洋。圖片來源:維基百科
聖嬰年的太平洋。圖片來源:維基百科

由於這個現象最早是由秘魯的漁民發現,而且海水變暖的時間都是在聖誕節前後,所以被稱為「聖嬰」現象。而東西太平洋之間的氣壓就如蹺蹺板一樣,此高彼低、此低彼高,因此被稱為「南方震盪」。目前認為南方震盪是啟動聖嬰的關鍵。

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說了這麼多,其實聖嬰年就是多災多難的年份;因此,研究ENSO的學者,無不致力於了解它究竟如何發生,以及發生的頻率,試圖從中找到一些答案。過去的研究都認為ENSO應該是在全新世(Holocene,即最近的一萬一千年左右)之後才開始的,而且有愈演愈烈的狀態。

不過,最近有一群美國、法國、秘魯的科學家們所組成的研究團隊,研究在秘魯海邊的七個地點的貝殼,發現現代ENSO的機制,其實在四萬五千年前到三萬年前就已經建立了;而過去一萬年來ENSO出現頻率的變化並不顯著。

研究團隊測定七個地點的貝殼中的碳同位素與氧同位素含量。其中碳同位素含量可以確定貝殼的年代,而氧同位素的含量可以確定在牠活著的時候的二到四周間的海水溫度。由這些數據,研究團隊可以發現並得到過去一萬年來ENSO出現的頻率。

1997年TOPEX/Poseidon衛星觀測到的聖嬰事件。南美和北美赤道區域海岸外的白色區域暗示暖水彙集。 圖片來源:維基百科
1997年TOPEX/Poseidon衛星觀測到的聖嬰事件。南美和北美赤道區域海岸外的白色區域暗示暖水彙集。
資料圖片來源:維基百科

原刊載於作者部落格Miscellaneous999 

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參考文獻:

  1. Matthieu Carré, Julian P. Sachs, Sara Purca, Andrew J. Schauer, Pascale Braconnot, Rommel Angeles Falcón, Michèle Julien, Danièle Lavallée. 2014.Holocene history of ENSO variance and asymmetry in the eastern tropical Pacific. Science. DOI: 10.1126/science.1252220
  2. Brain Fagan. 洪水、飢饉與帝王。浙江大學出版社。
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葉綠舒
262 篇文章 ・ 9 位粉絲
做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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從PD-L1到CD47:癌症免疫療法進入3.5代時代
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/25 ・4544字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文與 TRPMA 台灣研發型生技新藥發展協會合作,泛科學企劃執行

如果把癌細胞比喻成身體裡的頭號通緝犯,那誰來負責逮捕?

許多人第一時間想到的,可能是化療、放療這些外來的「賞金獵人」。但其實,我們體內早就駐紮著一支最強的警察部隊「免疫系統」。

既然「免疫系統」的警力這麼堅強,為什麼癌症還是屢屢得逞?關鍵就在於:癌細胞是偽裝高手。有的會偽造「良民證」,騙過免疫系統的菁英部隊;更厲害的,甚至能直接掛上「免查通行證」,讓負責巡邏的免疫細胞直接視而不見,大搖大擺地溜過。

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過去,免疫檢查點抑制劑的問世,為癌症治療帶來突破性的進展,成功撕下癌細胞的偽裝,也讓不少患者重燃希望。不過,目前在某些癌症中,反應率仍只有兩到三成,顯示這條路還有優化的空間。

今天,我們要來聊的,就是科學家如何另闢蹊徑,找出那些連「通緝令」都發不出去的癌細胞。這個全新的免疫策略,會是破解癌症偽裝的新關鍵嗎?

科學家如何另闢蹊徑,找出那些連「通緝令」都發不出去的癌細胞。這個全新的免疫策略,會是破解癌症偽裝的新關鍵嗎?/ 圖片來源:shutterstock

免疫療法登場:從殺敵一千到精準出擊

在回答問題之前,我們先從人類對抗癌症的「治療演變」說起。

最早的「傳統化療」,就像威力強大的「七傷拳」,殺傷力高,但不分敵我,往往是殺敵一千、自損八百,副作用極大。接著出現的「標靶藥物」,則像能精準出招的「一陽指」,能直接點中癌細胞的「穴位」,大幅減少對健康細胞的傷害,副作用也小多了。但麻煩的是,癌細胞很會突變,用藥一段時間就容易產生抗藥性,這套點穴功夫也就漸漸失靈。

直到這個世紀,人類才終於領悟到:最強的武功,是驅動體內的「原力」,也就是「重新喚醒免疫系統」來對付癌症。這場關鍵轉折,也開啟了「癌症免疫療法」的新時代。

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你可能不知道,就算在健康狀態下,平均每天還是會產生數千個癌細胞。而我們之所以安然無恙,全靠體內那套日夜巡邏的「免疫監測 (immunosurveillance)」機制,看到癌細胞就立刻清除。但,癌細胞之所以難纏,就在於它會發展出各種「免疫逃脫」策略。

免疫系統中,有一批受過嚴格訓練的菁英,叫做「T細胞」,他們是執行最終擊殺任務的霹靂小組。狡猾的癌細胞為了躲過追殺,會在自己身上掛出一張「偽良民證」,這個偽裝的學名,「程序性細胞死亡蛋白配體-1 (programmed death-ligand 1, PD-L1) 」,縮寫PD-L1。

當T細胞來盤查時,T細胞身上帶有一個具備煞車功能的「讀卡機」,叫做「程序性細胞死亡蛋白受體-1 (programmed cell death protein 1, PD-1) 」,簡稱 PD-1。當癌細胞的 PD-L1 跟 T細胞的 PD-1 對上時,就等於是在說:「嘿,自己人啦!別查我」,也就是腫瘤癌細胞會表現很多可抑制免疫 T 細胞活性的分子,這些分子能通過免疫 T 細胞的檢查哨,等於是通知免疫系統無需攻擊的訊號,因此 T 細胞就真的會被唬住,轉身離開且放棄攻擊。

這種免疫系統控制的樞紐機制就稱為「免疫檢查點 (immune checkpoints)」。而我們熟知的「免疫檢查點抑制劑」,作用就像是把那張「偽良民證」直接撕掉的藥物。良民證一失效,T細胞就能識破騙局、發現這是大壞蛋,重新發動攻擊!

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狡猾的癌細胞為了躲過追殺,會在自己身上掛出一張「偽良民證」,也就是「程序性細胞死亡蛋白配體-1 (programmed death-ligand 1, 縮寫PD-L1) 」/ 圖片來源:shutterstock

目前免疫療法已成為晚期癌症患者心目中最後一根救命稻草,理由是他們的體能可能無法負荷化療帶來的副作用;標靶藥物雖然有效,不過在用藥一段期間後,終究會出現抗藥性;而「免疫檢查點抑制劑」卻有機會讓癌症獲得長期的控制。

由於免疫檢查點抑制劑是借著免疫系統的刀來殺死腫瘤,所以有著毒性較低並且治療耐受性較佳的優勢。對免疫檢查點抑制劑有治療反應的患者,也能獲得比起化療更長的存活期,以及較好的生活品質。

不過,儘管免疫檢查點抑制劑改寫了治癌戰局,這些年下來,卻仍有些問題。

CD47來救?揭開癌細胞的「免死金牌」機制

「免疫檢查點抑制劑」雖然帶來治療突破,但還是有不少挑戰。

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首先,是藥費昂貴。 雖然在台灣,健保於 2019 年後已有條件給付,但對多數人仍是沉重負擔。 第二,也是最關鍵的,單獨使用時,它的治療反應率並不高。在許多情況下,大約只有 2成到3成的患者有效。

換句話說,仍有七到八成的患者可能看不到預期的效果,而且治療反應又比較慢,必須等 2 至 3 個月才能看出端倪。對患者來說,這種「沒把握、又得等」的療程,心理壓力自然不小。

為什麼會這樣?很簡單,因為這個方法的前提是,癌細胞得用「偽良民證」這一招才有效。但如果癌細胞根本不屑玩這一套呢?

想像一下,整套免疫系統抓壞人的流程,其實是這樣運作的:當癌細胞自然死亡,或被初步攻擊後,會留下些許「屍塊渣渣」——也就是抗原。這時,體內負責巡邏兼清理的「巨噬細胞」就會出動,把這些渣渣撿起來、分析特徵。比方說,它發現犯人都戴著一頂「大草帽」。

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接著,巨噬細胞會把這個特徵,發布成「通緝令」,交給其他免疫細胞,並進一步訓練剛剛提到的菁英霹靂小組─T細胞。T細胞學會辨認「大草帽」,就能出發去精準獵殺所有戴著草帽的癌細胞。

當癌細胞死亡後,會留下「抗原」。體內的「巨噬細胞」會採集並分析這些特徵,並發布「通緝令」給其它免疫細胞,T細胞一旦學會辨識特徵,就能精準出擊,獵殺所有癌細胞。/ 圖片來源:shutterstock

而PD-1/PD-L1 的偽裝術,是發生在最後一步:T 細胞正準備動手時,癌細胞突然高喊:「我是好人啊!」,來騙過 T 細胞。

但問題若出在第一步呢?如果第一關,巡邏的警察「巨噬細胞」就完全沒有察覺這些屍塊有問題,根本沒發通緝令呢?

這正是更高竿的癌細胞採用的策略:它們在細胞表面大量表現一種叫做「 CD47 」的蛋白質。這個 CD47 分子,就像一張寫著「自己人,別吃我!」的免死金牌,它會跟巨噬細胞上的接收器─訊號調節蛋白α (Signal regulatory protein α,SIRPα) 結合。當巨噬細胞一看到這訊號,大腦就會自動判斷:「喔,這是正常細胞,跳過。」

結果會怎樣?巨噬細胞從頭到尾毫無動作,癌細胞就大搖大擺地走過警察面前,連罪犯「戴草帽」的通緝令都沒被發布,T 細胞自然也就毫無頭緒要出動!

這就是為什麼只阻斷 PD-L1 的藥物反應率有限。因為在許多案例中,癌細胞連進到「被追殺」的階段都沒有!

為了解決這個問題,科學家把目標轉向了這面「免死金牌」,開始開發能阻斷 CD47 的生物藥。但開發 CD47 藥物的這條路,可說是一波三折。

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不只精準殺敵,更不能誤傷友軍

研發抗癌新藥,就像打造一把神兵利器,太強、太弱都不行!

第一代 CD47 藥物,就是威力太強的例子。第一代藥物是強效的「單株抗體」,你可以想像是超強力膠帶,直接把癌細胞表面的「免死金牌」CD47 封死。同時,這個膠帶尾端還有一段蛋白質IgG-Fc,這段蛋白質可以和免疫細胞上的Fc受體結合。就像插上一面「快來吃我」的小旗子,吸引巨噬細胞前來吞噬。

問題來了!CD47 不只存在於癌細胞,全身上下的正常細胞,尤其是紅血球,也有 CD47 作為自我保護的訊號。結果,第一代藥物這種「見 CD47 就封」的策略,完全不分敵我,導致巨噬細胞連紅血球也一起攻擊,造成嚴重的貧血問題。

這問題影響可不小,導致一些備受矚目的藥物,例如美國製藥公司吉立亞醫藥(Gilead)的明星藥物 magrolimab,在2024年2月宣布停止開發。它原本是預期用來治療急性骨髓性白血病(AML)的單株抗體藥物。

太猛不行,那第二代藥物就改弱一點。科學家不再用強效抗體,而是改用「融合蛋白」,也就是巨噬細胞身上接收器 SIRPα 的一部分。它一樣會去佔住 CD47 的位置,但結合力比較弱,特別是跟紅血球的 CD47 結合力,只有 1% 左右,安全性明顯提升。

像是輝瑞在 2021 年就砸下 22.6 億美元,收購生技公司 Trillium Therapeutics 來開發這類藥物。Trillium 使用的是名為 TTI-621 和 TTI-622 的兩種融合蛋白,可以阻斷 CD47 的反應位置。但在輝瑞2025年4月29號公布最新的研發進度報告上,TTI-621 已經悄悄消失。已經進到二期研究的TTI-622,則是在6月29號,研究狀態被改為「已終止」。原因是「無法招募到計畫數量的受試者」。

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但第二代也有個弱點:為了安全,它對癌細胞 CD47 的結合力,也跟著變弱了,導致藥效不如預期。

於是,第三代藥物的目標誕生了:能不能打造一個只對癌細胞有超強結合力,但對紅血球幾乎沒反應的「完美武器」?

為了找出這種神兵利器,科學家們搬出了超炫的篩選工具:噬菌體(Phage),一種專門感染細菌的病毒。別緊張,不是要把病毒打進體內!而是把它當成一個龐大的「鑰匙資料庫」。

科學家可以透過基因改造,再加上AI的協助,就可以快速製造出數億、數十億種表面蛋白質結構都略有不同的噬菌體模型。然後,就開始配對流程:

  1. 先把這些長像各異的「鑰匙」全部拿去試開「紅血球」這把鎖,能打開的通通淘汰!
  2. 剩下的再去試開「癌細胞」的鎖,從中挑出結合最強、最精準的那一把「神鑰」!

接著,就是把這把「神鑰」的結構複製下來,大量生產。可能會從噬菌體上切下來,或是定序入選噬菌體的基因,找出最佳序列。再將這段序列,放入其他表達載體中,例如細菌或是哺乳動物細胞中來生產蛋白質。最後再接上一段能號召免疫系統來攻擊的「標籤蛋白 IgG-Fc」,就大功告成了!

目前這領域的領頭羊之一,是美國的 ALX Oncology,他們的產品 Evorpacept 已完成二期臨床試驗。但他們的標籤蛋白使用的是 IgG1,對巨噬細胞的吸引力較弱,需要搭配其他藥物聯合使用。

而另一個值得關注的,是總部在台北的漢康生技。他們利用噬菌體平台,從上億個可能性中,篩選出了理想的融合蛋白 HCB101。同時,他們選擇的標籤蛋白 IgG4,是巨噬細胞比較「感興趣」的類型,理論上能更有效地觸發吞噬作用。在臨床一期試驗中,就展現了單獨用藥也能讓腫瘤顯著縮小的效果以及高劑量對腫瘤產生腫瘤顯著部分縮小效果。因為它結合了前幾代藥物的優點,有人稱之為「第 3.5 代」藥物。

除此之外,還有漢康生技的FBDB平台技術,這項技術可以將多個融合蛋白「串」在一起。例如,把能攻擊 CD47、PD-L1、甚至能調整腫瘤微環境、活化巨噬細胞與T細胞的融合蛋白接在一起。讓這些武器達成 1+1+1 遠大於 3 的超倍攻擊效果,多管齊下攻擊腫瘤細胞。

結語

從撕掉「偽良民證」的 PD-L1 抑制劑,到破解「免死金牌」的 CD47 藥物,再到利用 AI 和噬菌體平台,設計出越來越精準的千里追魂香。 

對我們來說,最棒的好消息,莫過於這些免疫療法,從沒有停下改進的腳步。科學家們正一步步克服反應率不足、副作用等等的缺點。這些努力,都為癌症的「長期控制」甚至「治癒」,帶來了更多的希望。

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透過花粉考古認識古代氣候!——宜蘭 2 千年前的豪雨,竟和聖嬰現象有關?
科技大觀園_96
・2021/12/13 ・3861字 ・閱讀時間約 8 分鐘

宜蘭梅花湖,林淑芬採樣沉積物的地點之一。圖/林淑芬

用花粉認識古代氣候

人類從古至今都受到氣候影響,想認識古代人類,勢必要了解當時當地的環境條件。考古領域中,擅長古代氣候的專家也有一席之地,中央研究院歷史語言研究所的研究副技師林淑芬,就扮演這樣的角色。

林淑芬在臺灣大學地質科學系就讀碩士班時,專注的題材是土壤。後來因緣際會進入中研院史語所工作,接觸到考古學,因此就讀博士班時改以花粉為主題,調查宜蘭近 4,200 年來的花粉紀錄,藉此探討古代的環境及氣候,與宜蘭史前文化發展的關係。這些工作令她成為臺灣罕見以花粉研究考古的專家。

植物是環境中重要的一部分,但是植物的組織幾乎難以留存;所幸小小的花粉不但輕、數量多,而且結構堅固,有機會長期保存。花粉專家只需要普通的光學顯微鏡,多半能識別到植物「屬」的層級,再加上電子顯微鏡,可以進一步分辨出「物種」。 

電子顯微鏡下的蒿屬花粉。圖/林淑芬

然而,環境中每種植物花粉留存下來的機率不一,光憑花粉不足以重建當時的地貌;不過比較各種植物花粉組成在不同年代間的變化,推論氣候、環境在不同年代的改變,倒是十分合適的分析策略。

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林淑芬主要研究宜蘭的古代花粉,她從梅花湖、龍潭湖等地點採樣,分析地層中不同年代留下的沉積物,推測當時的氣候與環境。在取得豐富成果的過程中,她曾經犯下推論錯誤,卻意外成為目前新方向的突破契機,還連結到反聖嬰現象對臺灣史前文化的影響。這其中的曲折是怎麼回事呢?

茵陳蒿的誤會:耐旱植物,反而是豪雨指標

距今約 800 年前,宜蘭有大量茵陳蒿的花粉留下。一般認為茵陳蒿是長在沙地的耐旱植物,所以沉積物中見到大量茵陳蒿花粉,表示那時氣候乾燥,有利於耐旱植物大量生長。當時的考古紀錄也出現超過百年的中斷,即沒有人類活動的紀錄,林淑芬推論那時大環境乾旱,不利於人類生存。

然而,其他資訊令林淑芬懷疑自己早期的推論。詳細考察茵陳蒿在宜蘭的生長模式以後,林淑芬驚覺真相其實完全相反:耐旱的茵陳蒿,事實上是暴雨頻繁的指標!

羅東溪上游河床上的茵陳蒿。(圖/林淑芬)

宜蘭有些河流,在雨量少的季節地表水量不足,河水往往潛入地下成為伏流。乾涸的河床佈滿礫石,不利植物生長,只有如茵陳蒿一類的耐旱植物可以生存。在雨季或颱風帶來大雨時,河床恢復為流水的河道,乾季時生長在河床的植物會被沖走;等到再度進入乾季,茵陳蒿又會再次長滿河床。

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上述狀況若是一再反覆發生,花粉記錄中茵陳蒿的出現數量就會大增。假如古代狀況一樣,意謂茵陳蒿大量生長的年代,其實是豪雨頻繁發生的時期;因此當時考古紀錄中斷,其實和降雨過多有關,而非氣候乾燥。

宜蘭的環境與考古記錄

藉由花粉及其他資訊,可以重建宜蘭古代的環境、氣候變化。宜蘭地形如同口袋般,三面被高山圍繞,一面朝向太平洋。冰河時期結束後,海平面上升。距今約 14,000 年前,海水逐漸湧入宜蘭平原地區;8,000 多年前,淹沒面積達到最大,當時宜蘭平原只有現在一半大。接著,海水漸漸後退,距今 3,000 年前,海水退到距離目前海岸線西方 2 到 3 公里處。 

丸山遺址。圖/蘭陽博物館提供

宜蘭最早的考古遺址可能距今達 5,000 年。在新石器時代早期、中期,整體上遺址數量稀少,位置接近海邊;到了新石器時代晚期(以丸山文化為代表),遺址數量增加;距今 2,400 到 3,600 年間,遺址幾乎都位於內陸的丘陵地帶,或許和平原被海水入侵有關。

有趣的是,宜蘭在距今 2,000 多年前之後,幾乎不再有人類活動的記錄,要等到 1,300 年前才恢復。距今 800 到 1,300 年間,宜蘭進入鐵器時代早期(以十三行文化普洛灣類型為代表),遺址分佈於海岸附近,接著便是上述提到超過百年的中斷期。直到距今 600 年前的鐵器時代晚期開始(以十三行文化舊社類型為代表),宜蘭平原上再度留下大量遺址。

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宜蘭地區史前遺址分布圖。圖/林淑芬

宜蘭 2000 年前頻繁豪雨,竟然和聖嬰現象有關?

為什麼距今 2,000 多年前開始,人類在宜蘭消失那麼久?氣候應該是重要因素。不論河流沖積扇或湖泊沉積物,都見證當時頻繁的豪雨,而且比距今 800 年前的規模更大。那段時期出現不少赤楊屬植物的花粉,赤楊是所謂的先驅植物,通常在植被匱乏的地區搶先生長,若它們能留下大量花粉,意謂那個時期原本的植被遭到消滅。

不過數百年的龐大雨量也改變了宜蘭的地貌,創造出更平坦、肥沃的沖積平原,彷彿「都更」一般,令宜蘭平原成為更適合人類居住的地區,才有隨後鐵器時代的興旺。

非常有趣的是,宜蘭最近數千年來降雨量最高的兩個時段,距今 800 和 2,000 多年前之後一段時期,剛好都是聖嬰—南方震盪(El Niño-Southern Oscillation,簡稱 ENSO)最頻繁發生的時候。這令林淑芬想到:莫非太平洋遠方發生的 ENSO,也影響到遙遠的宜蘭? 

宜蘭梅花湖沉積物的氾濫砂層,可與熱帶東太平洋自距今 2,000 年前開始,ENSO 活動頻繁發生的時期相對應。上方為加拉巴哥群島 El Junco 湖泊的砂級沉積物百分比,中間為宜蘭梅花湖(MHL-5A 岩心)中的砂級沉積物百分比,下方為宜蘭梅花湖(MHL-5A 岩心)中的沉積物性質變化。圖/林淑芬

東北季風與颱風,共伴效應帶來豪雨

颱風以外,宜蘭降雨主要來自秋冬季的東北季風。假如颱風經過臺灣南方,當時又有東北季風同時出現,颱風的外圍環流與東北季風交互作用,便可能導致豪雨,稱為「共伴效應」。由於牽涉東北季風,共伴效應往往在 9、10、11 月上演。此時路過的颱風有機會變成共伴颱風,即使颱風沒有靠近臺灣,仍可能引發共伴效應。

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林淑芬由蘇澳、宜蘭、竹子湖氣象站取得 1982 到 2016 年的降雨數據,和颱風等資訊比較,判斷這 35 年間至少出現過 18 次共伴颱風。有些颱風距離臺灣數百公里遠,臺灣甚至沒有發佈颱風警報,但是它們導致的共伴效應,仍帶給宜蘭龐大雨量。

反聖嬰年,共伴颱風數目最多

ENSO 發生的地點位於太平洋東部赤道一帶,卻可能帶來世界性的影響,使某些地區出現極端氣候。根據海洋聖嬰指標的定義,假如區域內的海洋表面溫度(SSTA)連 5 個月比平均高出 0.5 度,便定義作異常溫暖的「聖嬰年」;反之,則為異常寒冷的「反聖嬰年」。1982 到 2016 年期間有 13 年為正常年,聖嬰、反聖嬰年各 11 年。

18 次共伴颱風中,13 個正常年出現 2 次,11 個聖嬰年出現 5 次,反聖嬰年最多,11 年出現 11 次。研究鎖定的 35 年間,共伴颱風在反聖嬰年出現的數量、比例都最高。例如 2010 年的梅姬颱風,就是反聖嬰年在宜蘭帶來豪雨的共伴颱風。

熱帶太平洋地區 1982-2016 年 Nino 3.4 海洋聖嬰指標(Oceanic Niño Index, ONI)隨時間變化圖。黃色菱形符號為宜蘭地區的秋季共伴颱風事件;位於紅色區塊為聖嬰年,發生 5 次,藍色區塊為反聖嬰年,發生 11 次,未填色區塊為正常年,發生 2 次。圖/修改自林淑芬,2018,《大氣科學》。

反聖嬰年為什麼有更多共伴颱風?一個可能是反聖嬰年颱風生成的位置距離臺灣比較近,路過臺灣的機率更大;另一個可能是反聖嬰年的東北季風比較強,不過仍需要更多證據。ENSO 會不會、如何影響臺灣,至今仍沒有定論。假如推論正確,表示儘管臺灣距離遙遠,至少在擁有獨特口袋地形,能突顯共伴效應的宜蘭,仍然會受到 ENSO 的影響。 

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林淑芬認為,在反聖嬰年,東北季風與颱風發生共伴效應的事件較多,帶給宜蘭龐大雨量。圖/何庭劭繪

不過上述研究對象是現代,該如何應用於千百年前的考古?古代 ENSO 事件沒有這麼詳細的逐年解析度,只能估計一段時間內發生的頻率;對照之下,發現古代宜蘭降雨量高的時期,ENSO 的頻率也高。假如 ENSO 透過共伴效應影響臺灣,可以想像宜蘭受到的影響最大,而考古上宜蘭人類消失的時候,周圍的臺北、新北、花蓮仍持續有人居住。 

宜蘭平原。圖/林淑芬

上百年頻繁豪雨,應該不會只有單一成因;人類活動除了氣候之外,也還受到許多因素影響。不過透過古代花粉、最近的氣象記錄,林淑芬依然找到一條很有價值的線索。倘若歷史上 ENSO 真的影響過臺灣,或許不只限於宜蘭,也在臺灣其他地區造成過不一樣的影響——這也是林淑芬接下來希望回答的問題。

即使如今科技水準遠勝古代,現代人依舊受到氣候影響。研究現在能找到認識古代的線索,了解古代也能替現在帶來指引,這是考古學研究過去,對現在的一大意義。

  • 林淑芬,2008,聚落發展與自然環境變遷——以宜蘭地區史前為例,《臺灣史前史專論》
  • 林淑芬,2018,宜蘭地區秋季共伴豪雨與聖嬰—南方震盪的遙相關,《大氣科學》
  • 林淑芬,2019,大地脈動下的宜蘭史前先民,《地質,38卷,第4期,第66-70頁》
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科技大觀園_96
82 篇文章 ・ 1126 位粉絲
為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。

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恩索現象(ENSO)有愈演愈烈嗎?
葉綠舒
・2014/08/12 ・1247字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 555 ・八年級

所謂的恩索現象(ENSO),是聖嬰(El Niño)與南方震盪(Southern Oscillation)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連的。

在正常的狀態下,赤道風將溫暖的海水向西(亞洲、印度)吹送;而這時冷的海水會從南美洲海岸區上湧,使得鯷魚會游近海岸,讓秘魯的漁民有鯷魚可捉,海鳥有食物可吃。而亞洲、印度因為溫暖的海水而帶來季雨。

正常狀況的太平洋。圖片來源:維基百科
正常狀況的太平洋。圖片來源:維基百科

在聖嬰年時,東太平洋氣壓降低,西太平洋氣壓就上昇,使得南太平洋的東南信風減弱或甚至往相反的方向吹,造成溫暖的海水不再往西岸吹送;於是在南美洲冷的海水不上湧,鯷魚游到離岸較遠的地方,漁夫沒有鯷魚可抓、海鳥大量餓死。而這時印度也因為溫暖的海水不到來,於是季雨不降臨,鬧旱災。

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聖嬰年的太平洋。圖片來源:維基百科
聖嬰年的太平洋。圖片來源:維基百科

由於這個現象最早是由秘魯的漁民發現,而且海水變暖的時間都是在聖誕節前後,所以被稱為「聖嬰」現象。而東西太平洋之間的氣壓就如蹺蹺板一樣,此高彼低、此低彼高,因此被稱為「南方震盪」。目前認為南方震盪是啟動聖嬰的關鍵。

說了這麼多,其實聖嬰年就是多災多難的年份;因此,研究ENSO的學者,無不致力於了解它究竟如何發生,以及發生的頻率,試圖從中找到一些答案。過去的研究都認為ENSO應該是在全新世(Holocene,即最近的一萬一千年左右)之後才開始的,而且有愈演愈烈的狀態。

不過,最近有一群美國、法國、秘魯的科學家們所組成的研究團隊,研究在秘魯海邊的七個地點的貝殼,發現現代ENSO的機制,其實在四萬五千年前到三萬年前就已經建立了;而過去一萬年來ENSO出現頻率的變化並不顯著。

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研究團隊測定七個地點的貝殼中的碳同位素與氧同位素含量。其中碳同位素含量可以確定貝殼的年代,而氧同位素的含量可以確定在牠活著的時候的二到四周間的海水溫度。由這些數據,研究團隊可以發現並得到過去一萬年來ENSO出現的頻率。

1997年TOPEX/Poseidon衛星觀測到的聖嬰事件。南美和北美赤道區域海岸外的白色區域暗示暖水彙集。 圖片來源:維基百科
1997年TOPEX/Poseidon衛星觀測到的聖嬰事件。南美和北美赤道區域海岸外的白色區域暗示暖水彙集。
資料圖片來源:維基百科

原刊載於作者部落格Miscellaneous999 

參考文獻:

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  1. Matthieu Carré, Julian P. Sachs, Sara Purca, Andrew J. Schauer, Pascale Braconnot, Rommel Angeles Falcón, Michèle Julien, Danièle Lavallée. 2014.Holocene history of ENSO variance and asymmetry in the eastern tropical Pacific. Science. DOI: 10.1126/science.1252220
  2. Brain Fagan. 洪水、飢饉與帝王。浙江大學出版社。
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葉綠舒
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做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。

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「你對釣魚台的看法是?釣魚台的重要性是什麼?」國立海洋科技博物館籌備處主任柯永澤博士表示……
PanSci_96
・2012/10/11 ・3388字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 521 ・七年級

「哇!是海!」PanSci小編忍不住盯著窗外的海還有大船看。國內科學展館第三站來到位在基隆八斗子,即將進入試營運階段,擁有超級無敵海景海科館

鐵灰色現代外觀的館舍,沿著海邊山丘而建,沒有唐突的外表,很符合基隆陰鬱多雨的景象。海科館外觀和四周景物連成一片,以曲線輪廓表現「海洋」、直線和簡單的幾何表現「科技」,但這個最新的國家級科學博物館要如何呈現其實在台灣被嚴重忽略的「海洋科學」呢?海科館設在港都基隆將扮演起什麼樣的角色?這就得問問負責建館計畫忙翻天、關心且以實際行動參與社會議題的籌備處主任柯永澤博士了(如果沒意外的話正式營運之後就是館長啦!)

P:你對釣魚台的看法是?釣魚台的重要性是什麼?

柯:從最近的時事來看:南海和釣魚台爭議、中國稀土紛爭、墨西哥灣漏油、北海爭議…都和海洋有關。

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墨西哥灣事件反映出陸上資源漸漸耗盡,於是開始轉探勘海洋資源的趨勢;加上美、日聯合控告中國壟斷稀土,這也顯示哪個國家掌握海洋資源誰就擁有優勢。英國也是個例子,北海的石化燃料資源對英國發展金融產業來說是一項很關鍵的條件。

南海、釣魚台的爭議只是反映出各國開始爭奪資源的衝突;島不是重點,爭的是海底下的資源。海洋資源可以簡單分成生物性非生物性,生物性就像是漁場,非生物性就像是潮能、礦產、燃料;擁有島嶼主權的國家就擁有這些資源。

從航海時代之後,有形或無形的海洋資源左右一個國家未來的發展。現在的「海洋國家」都具備海底探勘或者海洋工程技術,這些科技不是幾個研究單位或者小國家玩得起的,因為那都是整合性研究,像是有能力製造深海潛水艇,就表示機電、工程、海洋學等領域發展有一定的水準。而且這又是循環-有能力能探勘海底資源的強國,才有資源能再發展更多海洋技術。

P:海洋對台灣的重要性?

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柯:就光是氣候變遷來說,「海洋」是關鍵。洋流左右著陸地的氣候,像是聖嬰和反聖嬰現象,只要太平洋東岸的湧升流改變,就影響了幾千公里外的太平洋西岸的降雨量。

目前颱風路徑可以相當準確預測,因為其是受大氣環流控制,可是對於雨量與強度卻無法準確預測,而僅能作觀測,因為其是受海洋可以提供多少能量所控制,而這方面的資訊不完整。原本颱風只會在太平洋赤道5度附近形成,但是暖化的關係,現在連北緯10度都能形成颱風!形成颱風的區域條件變寬,就越難預測颱風的動向。目前的氣象資料也多從大氣取得,像是衛星、雷達雲圖,海洋的資料不多,但海洋卻又影響著陸地的天氣,增加海洋測站對於精準天氣觀測來說就變得非常重要。

不只是氣候變遷下的天氣預測,海洋可能也是解決的途徑。海洋面積大,控制著溫室氣體的「收支」,還有接收來自陸上河流的碳排放。海洋中有幾百萬平方公里的海面有很豐富的營養鹽,但缺微量元素鐵,因此綠藻行光合作用效果不好,無法大量吸收二氧化碳,有科學家到特定區域灑鐵粉誘發它們吸收大量的二氧化碳,海洋中二氧化碳量下降,大氣中的二氧化碳自然會再溶入海洋,而使大氣二氧化碳含量下降,這就是一個地球工程利用海洋資源解決暖化問題的例子,這都不是陸上象徵性舉辦種樹活動能達到的效果。

潮境海洋中心,是海科館的行政中心和研究單位所在地。

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P:你希望海科館對推廣海洋科學扮演什麼角色?

柯:海洋科學比較不被民眾重視,其中一個原因是學校沒有教,教科書沒有提到,老師也不懂;教學的人都不懂海洋了要怎麼教海洋?我希望海科館能介紹國內既有的海洋科技,配合館內的研究部門自己策展或者從事一些基本的海洋研究。

未來海科館有三個館區,分別為已於今年6月底開放的區域探索館(非主題探索館),預定明年6月底準備試營運的主題館(主要展館),以及BOT預定106年完工的水族館。。

四層樓的主題探索館最上面會規劃成餐廳,底下三樓介紹一些當地的海洋文化。主館保留了日據時期填海造陸興建的「北部火力發電廠」的鍋爐室,利用挑高的建築結構作為「深海展示廳」。另外還有國內最大的IMAX劇場。

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園區附近也會分期發展,像是前面(指行政大樓前)這岸邊會規劃成潮間帶教育區,配合附近的漁港作浮潛觀光。不過在那之前我們得先調查附近有什麼魚種,還要讓魚群熟悉人類,敢親近人,要這麼做就是得輔導漁村轉型生態旅遊。至於附近的街景也有規劃要改造,但難度很高。

要做的事很多,還需要地方政府、民眾的理解跟支持才行。

海科館蠻強調從鄰近的海洋出發,讓民眾認識海。像海科館也一直有支持附近的軟絲復育,就是《產房》紀錄片提到的那群潛水教練,他們利用竹叢作為軟絲產卵的空間,效果很好;而且因為沒有捕捉,所以那裡的軟絲都很親近人,可以近距離觀察它們。

我們也和海洋大學合作,希望培養專業領域的學生來這服務學習,讓學生不只在學校學,也要知道怎樣推廣這些專業知識。

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P:海科館和海生館有什麼不同,會競爭嗎?

柯:海洋領域可以分成三大類:海洋科學-包括物理、化學、生物、地質,有些國家-像是美國-還有包括聲學;工程;水產科技海洋生物雖然只是一小領域,相對來說不是關鍵技術,但為什麼容易受到重視?因為海洋生物資源貼近我們的生活,而且吸引學童,很適合作為海洋教育的切入點。

另外,海科館和海生館都隸屬教育部,但都是由民間公司負責營運,採BOT加OT的模式,雖然要自己承擔營運盈虧的壓力,但也會比較容易有創新的思維。

P:對台灣開採可燃冰或海洋能源發展的看法

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柯:可燃冰是很棒的資源,很多國家都想開採,不過目前在技術上都很有困難,而且風險又很大;可燃冰主要成份是甲烷,一不小心會起火,而且如果弄不好,大量外洩到大氣中,會改變氣候,非常危險!現在有國家是明文禁止開採,當然也有國家-像是日本就積極研究。台灣的海洋研究預算遠低於鄰近的日本和韓國,沒有技術能開採可燃冰,現在只有探勘可燃冰的含量。

國內有在研究怎麼利用周遭海域的潮汐能,可是潮汐變化太大,不能穩定發電。我們的研究團隊最近發現東岸的黑潮潮汐能蠻穩定的,但是淺層的潮汐能太弱,要深一點才能有發電的潛能。其他的海洋技術研究可能要問海洋中心會比較清楚。

台灣的研究環境太強調論文發表了,很多攸關人類和國家發展的研究因為要花上很長的時間,也比較強調應用面,這些議題的研究相對比較難有漂亮的論文。在這樣的研究風氣下重要的研究就很難有科學家願意投入。

超級無敵海景辦公大樓

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採訪結束後柯主任還帶小編參觀水族研究區,雖然Z編參觀過屏東海生館的後棟,海科館的水族規模小了許多,但是看到活生生的海洋動物還是忍不住多看幾眼加尖叫!

 

這些巨大的龍膽石斑是水試所提供的,當時只是小魚,現在都跟人一樣大了。(這也顯示海科館真的籌備很久…)

▲很想拿手去餵硨磲貝的P(其實是在玩弄海葵對陰影的反射動作)

這些海洋生物目前由兩位研究同仁和替代役負責照顧,也在研擬治療一些魚病的方法。

 

就期待海科館開幕後告訴我們更多海洋的故事囉~(是否該來篇海科館開箱文?)

 

延伸閱讀-PanSci小編遊台灣科學展館系列:

1. 「如果寶傑邀請你去擔任來賓,你會……?」科博館周副館長表示…

2. 「外星人如果造訪地球,是福是禍?」台北天文館資訊組徐組長表示…

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恩索現象(ENSO)有愈演愈烈嗎?
葉綠舒
・2014/08/12 ・1247字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 555 ・八年級

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所謂的恩索現象(ENSO),是聖嬰(El Niño)與南方震盪(Southern Oscillation)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連的。

在正常的狀態下,赤道風將溫暖的海水向西(亞洲、印度)吹送;而這時冷的海水會從南美洲海岸區上湧,使得鯷魚會游近海岸,讓秘魯的漁民有鯷魚可捉,海鳥有食物可吃。而亞洲、印度因為溫暖的海水而帶來季雨。

正常狀況的太平洋。圖片來源:維基百科
正常狀況的太平洋。圖片來源:維基百科

在聖嬰年時,東太平洋氣壓降低,西太平洋氣壓就上昇,使得南太平洋的東南信風減弱或甚至往相反的方向吹,造成溫暖的海水不再往西岸吹送;於是在南美洲冷的海水不上湧,鯷魚游到離岸較遠的地方,漁夫沒有鯷魚可抓、海鳥大量餓死。而這時印度也因為溫暖的海水不到來,於是季雨不降臨,鬧旱災。

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聖嬰年的太平洋。圖片來源:維基百科
聖嬰年的太平洋。圖片來源:維基百科

由於這個現象最早是由秘魯的漁民發現,而且海水變暖的時間都是在聖誕節前後,所以被稱為「聖嬰」現象。而東西太平洋之間的氣壓就如蹺蹺板一樣,此高彼低、此低彼高,因此被稱為「南方震盪」。目前認為南方震盪是啟動聖嬰的關鍵。

說了這麼多,其實聖嬰年就是多災多難的年份;因此,研究ENSO的學者,無不致力於了解它究竟如何發生,以及發生的頻率,試圖從中找到一些答案。過去的研究都認為ENSO應該是在全新世(Holocene,即最近的一萬一千年左右)之後才開始的,而且有愈演愈烈的狀態。

不過,最近有一群美國、法國、秘魯的科學家們所組成的研究團隊,研究在秘魯海邊的七個地點的貝殼,發現現代ENSO的機制,其實在四萬五千年前到三萬年前就已經建立了;而過去一萬年來ENSO出現頻率的變化並不顯著。

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研究團隊測定七個地點的貝殼中的碳同位素與氧同位素含量。其中碳同位素含量可以確定貝殼的年代,而氧同位素的含量可以確定在牠活著的時候的二到四周間的海水溫度。由這些數據,研究團隊可以發現並得到過去一萬年來ENSO出現的頻率。

1997年TOPEX/Poseidon衛星觀測到的聖嬰事件。南美和北美赤道區域海岸外的白色區域暗示暖水彙集。 圖片來源:維基百科
1997年TOPEX/Poseidon衛星觀測到的聖嬰事件。南美和北美赤道區域海岸外的白色區域暗示暖水彙集。
資料圖片來源:維基百科

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  1. Matthieu Carré, Julian P. Sachs, Sara Purca, Andrew J. Schauer, Pascale Braconnot, Rommel Angeles Falcón, Michèle Julien, Danièle Lavallée. 2014.Holocene history of ENSO variance and asymmetry in the eastern tropical Pacific. Science. DOI: 10.1126/science.1252220
  2. Brain Fagan. 洪水、飢饉與帝王。浙江大學出版社。
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