南極震盪影響黑潮強度
113年05月10日
【本篇報導由地球科學系 吳朝榮特聘教授研究團隊提供】 研究團隊使用長期再分析數據來評估1990年之後，太平洋北赤道流（NEC）分歧點緯度的年代際變化。研究發現位於10–15°N和160–170°E（C-BOX）區域的風應力旋度異常（WSCA）已被證實激發海洋羅斯比波（Rossby waves），並控制了NEC向西流到陸岸位置之緯度變化。研究團隊的分析顯示，自1990年代初以來，C-BOX區域的WSCA受到南極震盪（SAM）的遠程調節，在1990年之後的SAM正相位期間，北太平洋熱帶至亞熱帶地區發生了強烈的氣候變異，其中有一個特徵明顯地與南極地區高度相關。研究團隊確定在SAM正相位時期，在南太平洋生成了一個雙偶極海表面溫度模態，這引發了高層大氣的羅斯比波列，並向北傳播到北太平洋地區。這種效應進一步加強了大氣的下沉運動，增強了赤道東風和C-BOX區域的反氣旋WSCA。C-BOX區域的反氣旋WSCA則進一步激發了海洋羅斯比波，從而使NEC分歧點緯度向南移動，向南移動的NEC分歧點將造成黑潮強度增加。 黑潮是北太平洋的西方邊界流，是太平洋中流速最強的洋流。以往許多研究證明北太平洋大氣變化對黑潮有明顯的影響，例如在聖嬰現象（El Niño/La Niña-Southern Oscillation，ENSO）和太平洋年代際震盪（Pacific Decadal Oscillation，PDO）等不同氣候變遷因子的影響下，會造成包括黑潮在內的大洋環流系統產生變化。本研究則是第一次論證南半球的氣候因子（南極震盪，SAM）對黑潮強度的衝擊。 研究團隊在先前的研究已證明，強烈的上升海洋羅斯比波（Rossby waves）會造成北赤道流（NEC）分歧點位置向北偏移。會引發海洋羅斯比波的主要因子是位於10–15°N和160–170°E（C-BOX）區域的風應力旋度異常（WSCA），當羅斯比波向西傳遞到菲律賓東岸時，產生的波動會影響NEC分歧點緯度的變動。在本研究中，研究團隊發現在1990年之前的SAM負相位期間，其對北太平洋副熱帶高壓幾乎沒有影響。但從1995年開始，氣候因子SAM開始在C-BOX區域的WSCA變化中扮演主導角色，並透過局部氣候信號（如ENSO和PDO）來影響風場。SAM對C-BOX區域的WSCA的影響已經通過「小波分析」技術得到確認，SAM和C-BOX風場兩者的功率譜都出現了128個月的強烈信號，這表明自1990年代初以來，正相位的SAM對C-BOX區域的強烈調節效應。 為了進一步探討SAM對NPSG（北太平洋副熱帶環流）年代際變異的影響，研究團隊比較了1960-1995和1996-2019兩個時期的海洋和大氣結構差異。其中1996-2019年的海表面溫度距平（sea surface temperature anomaly，SSTA）、海平面氣壓距平（sea level pressure anomaly）和風場分布變異性更大，熱帶地區的強風增強了C-BOX區域的反氣旋WSCA。研究結果還表明，1995年後NPSG和C-BOX的強烈氣候變異與SAM的調節密切相關（如圖1）。SAM控制C-BOX區域WSCA的動力過程如下：由於SAM在1990年代初轉為正相位，南太平洋產生了一個雙偶極海表面溫度模態，高層大氣中相關的氣旋和反氣旋風切引發了向北傳播的大氣羅斯比波列，最終在0°-40°N引發了高層輻合，加強了大氣下沉運動，此運動型態加強了西太平洋海面上的東風，從而增加了印度洋東部和海洋大陸的暖SSTA。通過比耶克尼斯反饋（Bjerknes feedback），增加的海表面溫度梯度進一步強化了海面東風和北太平洋高壓，在C-BOX南邊增強的東風強化了C-BOX區域的反氣旋風應力旋度，反氣旋WSCA則進一步激發了海洋羅斯比波，從而使NEC分歧點緯度向南移動，向南移動的NEC分歧點標明黑潮強度會有增加的趨勢。 圖 1.大西洋、南太平洋和北太平洋之間的聯繫示意圖。1995年後，正相位的SAM（Southern Annular Mode）有利於正的南太平洋雙偶極海表面溫度模態（Southern Pacific SST Dipole，SPD）。SPD的變異引發了南太平洋副熱帶噴流（Southern Pacific Subtropical Jet）的減弱以及正的南-北太平洋遙相關型態（South–North Pacific teleconnection pattern，SNP）之波列，其中在熱帶中太平洋上空出現異常的下沉運動，從而增強了西太平洋的海面東風。東風將熱帶西太平洋的暖水積聚到西部的暖池中，然後導致東印度洋和馬來群島地區的暖海溫。增加的海表溫度梯度進一步增強了太平洋信風和相關的北太平洋副熱帶高壓。紅色和藍色橢圓表示SNP遙相關型態。黑色框表示C-BOX區域。 原文出處：Wang, L.-C., Y.-F. Lin and C.-R. Wu* (2022): Intensified modulation of the Pacific north equatorial current bifurcation by the southern annular mode since the early 1990s. Scientific Reports, 12, 21210, https://doi.org/10.1038/s41598-022-25661-w