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？
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。
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。
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。
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。
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。
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。
參考資料
- 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》
