張泉湧觀點:全球暖化造成海洋熱含量與極端氣候災難創新高

2023-02-08 05:50

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全球暖化熱能大部分都儲存在於廣大海洋中。(圖/Yannis Papanastasopoulos/Unsplash)

全球暖化熱能大部分都儲存在於廣大海洋中。(圖/Yannis Papanastasopoulos/Unsplash)

壹、海洋熱含量與海洋熱浪天數急速增加對全球暖化造成更大危機

海洋覆蓋地球表面積約達71%,平均厚度約為4,000公尺,幾乎儲存地球上約97%的水資源,大氣總質量僅約海洋總質量的0.36%。難怪阿波羅號上太空人看地球像顆「藍色大彈珠」。由於海水的比熱遠大於大氣與陸地表面,海洋的熱儲存功能極強,是地球大氣的最佳調節器。太陽輻射進入地氣系統,經過大氣、雲層和地表反射,以及大氣層的吸收之後,只有約51%可以加熱地球表面,而這其中的70%被海洋吸收,然後再以長波輻射及潛熱等多種形式釋放能量。2022年全球持續籠罩暖化陰影,歐盟氣候研究組織「哥白尼氣候變化服務」,2023年1月10日表示,歐洲、中國等地夏季極端高溫,致2022年成為史上第5熱年份,不僅地表氣溫升高,連海水也愈來愈熱。美國聖湯瑪斯大學氣候研究員亞伯拉罕說,隨著氣候變遷的影響加劇,2019~2022連續4年海洋熱含量均創新高。海洋熱含量是指海面下2,000公尺所吸收並儲存的熱量,可以反映出受全球暖化與氣候變遷的影響。

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研究顯示自1970年代以來,海洋吸收了氣候系統約90%以上的熱量,其中75%和15%分別儲存在2,000公尺以上和以下的水層中。2019年3月4日英國《衛報》指稱,全球暖化導致海洋均溫升高,科學家首次針對海洋熱浪進行全球性系統分析,根據世界氣象組織公布的定義,連續5天氣溫高於歷年溫度平均值5℃以上,即稱為「熱浪」。研究發現發生海洋熱浪頻率越來越高,且持續時間越來越長,與1925~1954年相比,截至2016年的30年間,熱浪天數增加了50%以上。大氣中的溫室氣體濃度持續增加,目前二氧化碳濃度是200萬年來最高,導致全球暖化愈趨嚴重,不僅地表水溫上升,100公尺深的水溫也升高。

230130-海洋熱含量連續4年創新高。(張泉湧提供)
海洋熱含量連續4年創新高。(張泉湧提供)

貳、海洋熱含量變化成為全球暖化與極端氣候的重要指標

自1998年起聯合國開始籌建全球海洋觀測網(Argo),以利長期、自動、實時和連續獲取大範圍及深層海洋資料。該計劃於2000年正式實施以來,近40個國家和團體在全球海洋上共施放1.4萬個以上的Argo浮標,可在24小時內通過衛星和網際網路傳送到各地的使用者,因而實現全球海洋中上層的實時觀測。目前Argo收集的數據,已成為海洋和大氣研究的重要資料來源,在氣候變化研究上可廣泛應用,特別適合於研究不斷波動的氣候變化。如利用Argo數據可以估算出海洋熱含量及其分布與變化,並可估算因海水增溫膨脹對全球海平面上升的影響;以及隨著全球暖化,水循環如何跟著發生改變。因較暖的空氣可以儲存和輸運更多的水汽,導致全球乾燥地區蒸發增加,而潮濕地方降水量則愈來愈多。當熱帶氣旋經過洋面時,會從上層中吸收熱量,如海溫超過26℃的洋面時,就會不斷增強。

2022年3月《大氣科學進展》期刊揭示,2021年全球海洋上層2,000公尺吸收的熱量與2020年相比,增加熱量約相當於中國2020年全年發電量的500倍,且最近100多年來,地球系統尤其海洋乃大量「困住」熱量,並驅動全球暖化,這些能量有90%以上都存儲在海洋中,因此海洋熱含量變化可作為全球氣候變化的重要指標,也可認為海洋暖化實際上就等於全球暖化。根據過去80年觀測統計,海溫每十年都會比前十年升高許多,而2021年海溫已連續6年打破記錄,是有現代海洋觀測以來最暖的一年。近年海洋暖化引發的極端天氣,如海洋熱浪發生率及強烈颱風或颶風和極端降雨等事件,已明顯增加,且過去碳排放導致的海洋暖化等影響將持續至少數百年之久。研究也發現海洋和地球系統仍在加速吸收熱量,尤其造成深海暖化持續加速中,凸顯海洋在未來全球暖化與極端氣候扮演著極重要角色。

参、地球上海洋儲蓄鉅量熱能導致侵襲多國熱帶風暴增強

台大大氣系特聘教授林依依,20年前即進行熱帶氣旋、碳循環及大氣與海洋交互作用等研究;發現2003年梅米颱風原屬輕度颱風,遇上潛藏在海洋下的暖渦,24小時內瞬間增強為超級颱風,成為2003年全球最強大的熱帶氣旋,並造成韓國有史以來最慘烈的颱風災情;2008年北印度洋納吉斯熱帶氣旋,也證實是因碰到暖洋現象,被餵養3倍的海氣通量,在短時間內從輕度轉為超級氣旋,並橫掃緬甸南部的海岸線,引起嚴重風暴潮,至少導致90,000人死亡,56,000人失蹤,是緬甸史上最嚴重的自然災害,據美國官方估計最後的死亡人數超過十萬人。2013年11月侵襲菲律賓的海燕颱風,也是靠豐厚的海洋暖水層滋養,而增強為超級颱風並於8日登陸薩馬島,根據菲國官方報告,海燕颱風造成5,680人死亡,是2013年最嚴重天然災害事件之一,也是自1900年以來最嚴重之颱風災害事件,目前仍是太平洋地區最強勁的颱風記錄保持者。

2005年熱帶風暴卡崔娜越過佛羅里達州南部後,進入墨西哥灣超過32℃的海水溫度和微弱垂直風切,迅速增強為一個5級颶風,近中心最高持續風速為每小時280公里,幾乎摧毀美國德州新奧爾良後,2017年8月26日德州及路易斯安那州再遭遇13年來最強颶風哈維衝擊,死亡人數達89人,損失達580億美元。同年颶風艾瑪中心最大風速達298 km/hr,並維持37小時,是史上維持如此強度時間最長的熱帶氣旋,於9月10日登陸美國佛州,造成650萬人撤離,為佛州史上最大一次撤離行動,死亡人數更高達100人。2021年最昂貴的一場災難,為侵襲美國東部並造成約650億美元災損的颶風艾達,在適合高溫與豐沛水氣的有利因素加乘下,於往北的過程中快速增強,並在16年前颶風卡崔娜強襲路易斯安那州的同一天,登陸路易斯安那州,並帶著大西洋豐沛水氣,在紐澤西、紐約造成破記錄的極端暴雨。2022年9月19日從加勒比海和大西洋的向風群島一帶形成後,於古巴登陸時已增強至3級颶風,並造成當地2人死亡。 短短不到10天的時間,從3級颶風,幾乎快增強到5級。9月28日登陸美國佛州的堰洲島,最大持續風速已增強到將近每小時220公里,有一艘移民船因而沉沒,造成20人失蹤。災難分析公司恩基研究(Enki Research)估計,颶風恐造成 300~600億美元的經濟損失。  

肆、海洋熱能改變熱帶風暴路徑,明顯增加侵襲較北國家

中央氣象局2023年1月10日公布指出,連續1,235天,即3年4個月沒有颱風登陸台灣,創史上最久記錄。一般而言,颱風在高緯度地區,會因為溫度降低而慢慢消退;但若海水增溫,會讓颱風的能量,在中高緯度地區仍得到支撐,如日本、北韓和中國等近年反常頻受熱帶風暴侵襲事件。日本:2019年10月哈吉貝颱風,往日本移動時因日本外海溫度較高,致颱風能維持中度強風暴雨,是日本61年來最強颱風,影響期間關東及東北地區降下破記錄的豪雨,約為10月氣候值的3~4倍,造成全日本20條水系內140處溢流或潰堤。根據《共同社》統計,哈吉貝釀成日本至少49人死亡及14人失蹤。2022年9月19日颱風南瑪都在鹿兒島市登陸,並在熊本縣八代市附近以每小時20公里的速度向北移動,挾帶狂風豪雨重創日本西南部,引發土石流造成1人死亡。颱風南瑪都被美軍認定為「超級颱風」,其最大瞬間風速,相當於瞬間颳起等同龍捲風般的猛烈風勢。北韓;2019年9月7日颱風玲玲,由台灣東部海域北上後,侵襲朝鮮半島,這是歷史上首個登陸北韓的颱風,在各地造成嚴重災情,至少5人死亡,9日適逢北韓國慶日,雖建國71周年受颱風影響並未舉辦慶祝活動。2020年8月27日巴威颱風又登陸北韓平安北道,成為連續兩年第二個中度颱風級登陸北韓的熱帶氣旋。中國:2021年7月22日河南暴雨引發洪災後,颱風煙花兩次登陸中國東部地區,2021年7月25日颱風煙花於12:30在浙江省舟山市登陸;26日上午9:50在浙江嘉興平湖市沿海再次登陸。2021年9月9日颱風康森進入南海中部,移向海南島一帶;颱風康森所帶來的危機還未解除,9月13日中國又面臨颱風燦樹的威脅。2021年11月2日熱帶氣旋尼格又逼近珠江口,尼格生命力頑強,深秋季節帶給中國南方送來及時雨,從10月27日到11月2日,尼格存活一周,前後西行超過2,500公里逼近中國華南沿海,生命力之頑強,在深秋季節實屬不易。2022年7月2日颱風芙蓉在廣東省茂名市沿海登陸,海南三亞市雨量破單日歷史記錄。2022年9月17日,梅花颱風在遼寧4度登陸,梅花不僅是1950年以來登陸上海的最強颱風和登陸山東的最晚颱風,也是2000年以來首個登陸遼寧的颱風,以及成為1949年以來登陸中國最北的秋颱,1950年來第3個4次登陸中國的颱風。

230130-2019年10月13日,史上第一個颱風玲玲(紅線)登陸北韓。(圖/Jason Nicholls)
2019年10月13日,史上第一個颱風玲玲(紅線)登陸北韓。(圖/Jason Nicholls)

伍、結論

地球海水吸收將近90%溫室氣體所產生之地表熱能,致海溫節節上升,但要讓海洋降溫實屬不易,海洋暖化造成極端天氣越來越嚴峻,乃因其具有持續累積的特性,大氣流動快較容易輻散熱能,但蓄積於海洋及地殼內的熱能,就幾乎很難輻散;可見海洋一旦暖化,可能需持續幾千或幾萬年的時間,才能慢慢降溫。海洋升溫會影響天氣系統,如熱帶風暴乃發展於高溫海洋,且海溫越高,熱帶低壓生成的機率就會越高,熱帶風暴的數量雖不一定增加,但無疑會越來越劇烈,水循環因此也會受到嚴重干擾,降雨則會更為極端。中高緯能形成強颱,需仰賴溫暖海洋的溫床,當廣大的洋面溫度上升,提供給中高緯熱帶風暴成長的能量就變多。

230130-2022年9月17日,梅花颱風在遼寧4度登陸,成為1949年以來登陸中國最北的秋颱。(圖/維基百科)
2022年9月17日,梅花颱風在遼寧4度登陸,成為1949年以來登陸中國最北的秋颱。(圖/維基百科)

*作者歷任飛航服務總臺主任氣象員、民航局組長及多所大學兼任副教授,著有《圖解全球暖化之危機與轉機》《全球氣候變遷─危機與轉機》《圖解大氣科學》《中尺度氣科學》等書。

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