賀本院地質科學系沈川洲教授與跨國研究團隊之研究榮登《Nature》

千年印度洋東西氣候震盪紀錄 

澳洲今年 (2019-2020) 夏天發生有史以來最嚴重的森林大火,燒毀百分之二十的森林,造成難以評估的生態浩劫、環境污染及巨大的財產損失。其主要原因是印度洋東風盛行,致使「印度洋偶極」(Indian Ocean Dipole, IOD) 處於正相位狀態,稱之為正相印度洋偶極事件;此時東印度洋高空乾燥空氣下沉,澳洲南方缺少海洋水氣的供給,加上前所未見的高溫與乾旱,導致大規模野火肆虐。氣候模擬更指出在本世紀內這種極端氣候,會因全球暖化更加頻繁,嚴重改變印度洋周遭國家的氣候與環境,但這會是未來的悲劇嗎?這種氣候震盪會波及到臺灣嗎?

臺大地質系沈川洲國家講座教授,也是臺大理學院全球變遷研究中心主任,帶領地質系很嗨實驗室 (HISPEC) 研究團隊提供高精確鈾釷定年技術,自2001年起,受澳洲國立大學妮莉莉·亞伯蘭 (Nerilie Abram) 教授之邀,開始對採集自蘇門答臘群島的珊瑚標本進行年齡分析,協助重建千年以來印度洋偶極震盪歷史。團隊表示,剛發生的2019-2020 極端正印度洋偶極事件,的確是一個很稀少的強烈事件,千年以來僅有10次,但過去60年中,卻發生過4次。紀錄顯示,二十世紀後,強烈偶極事件發生的頻率越來越密集,隨著大氣中的溫室氣體濃度的增加,情況更加惡化。此歷時十年的研究成果於3月19日以8頁長篇的Article形式刊登在頂尖期刊「自然」《Nature》。研究發現,偶極事件常與「中太平洋型聖嬰」事件共伴發生,間接影響到臺灣的降雨型態。

沈教授表示國際團隊總共利用一株現生珊瑚與八個化石標本,建立自西元1240年以來,共500年具有月解析的珊瑚氧同位素資料。而整個千年以來的半連續紀錄有以下特點:

(1) 過去千年以來,正印度洋偶極事件普遍存在,但頻率逐漸增加。在西元1590年之前,發生頻率較低,平均25年出現一次;但在其後的500年間,發生週期縮短為8年。在17世紀及1960年以後,頻繁發生,平均3年一次。

(2) 近百年儀器紀錄到最嚴重的極端正印度洋偶極事件 (extreme positive IOD) 發生在1997年,然而在這個新發表的千年資料中顯示1997年的極端事件並非是史無前例,在17世紀也曾出現過,卻蘊藏不同的機制。1960年是近代極端偶極事件發生頻率的分水嶺,1960以後頻繁的極端偶極事件顯示因全球暖化,區域氣候震盪有越來越激烈的趨勢。而無顯著人為干擾的17世紀,卻在1675年發生一次比1997年強度還要大42%的極端事件;這也表明,自然的大氣與海洋耦合波動,也可以引發極端事件。故在全球持續升溫的趨勢下,未來可能會再次出現破紀錄的極端事件。

(3) 印度洋與太平洋的氣候震盪,是否有明顯的關聯,過去在科學界爭論不斷,關鍵原因在於缺少高解析度的印度洋紀錄。比對本研究的千年印度洋紀錄與前人發表的太平洋珊瑚資料顯示,長期以來,除了1961年與1675年的正相印度洋偶極事件,是獨立發生在印度洋外,偶極事件常與「中太平洋型聖嬰」事件一起發生,尤其是17世紀時期,還有西元1825年後,相關性顯著,說明了印度洋與太平洋的低緯熱帶東西氣候震盪,有一定的相關性。

這種印度洋的氣候震盪會波及到臺灣嗎?沈教授表示答案是肯定的!

此研究證明了正印度洋偶極事件常與中太平洋型聖嬰事件一起發生的事實。2017年,高雄東方設計學院李慶堯教授、嘉義大學詹明勳教授、與沈教授參與的國際計畫,利用大雪山檜木年輪紀錄重建八百年的中太平洋型聖嬰波動,紀錄顯示1990年以來,中太平洋型聖嬰的振盪幅度與強度,是過去八個世紀以來最為明顯的時期。後續的各國研究也都指出,正印度洋偶極事件與中太平洋型聖嬰事件,將會越來越激烈。這個情況下,中太平洋會持續異常高溫,形成更多的夏季颱風,侵襲臺灣的秋季颱風之機率也相對增加。相反的,因熱帶西太平洋地區盛行西風改變區域環流,會導致臺灣春雨持續減少,甚至無雨,使旱象更加惡化,這個情況在南臺灣尤其嚴重;假若模式不變,長期的旱象在未來幾十年或許無法紓解,而南臺灣季節性旱澇可能會越來越嚴重。我國對於這種氣候變遷,需要有更全面的之對策與作為。

這項重大成果是由科技部卓越領航計畫、教育部深耕計畫、臺大核心研究群計畫與永續地球尖端科學研究中心共同資助。臺大地質系參與這個國際計畫包含余采倫博士後研究員、已畢業碩士班學生許家豪、還有沈教授共三人。本論文的全部研究夥伴分別來自包含來自澳、亞以及美洲各大學與研究所等共14個單位。

發表資訊
Abram, N. J.*, Wright N. M., Ellis B., Dixon B. C., Wurtzel J. B., England M. H., Ummenhofer C. C., Philibosian B., Cahyarini S. Y., Yu T.-L., Shen C.-C., Cheng H., Edwards R. L., and Heslop D. (2020) Coupling of Indo-Pacific climate variability over the last millennium. Nature 579, 385-392. March 19)
文章參見
https://www.nature.com/articles/s41586-020-2084-4

研究成果聯絡人
沈川洲
臺灣大學地質科學系 國家講座教授
臺大理學院全球變遷研究中心 主任
電話:(02) 3366-5878; 0972005293
Email: river@ntu.edu.tw
Skype: rivershen1965

圖一: (左起)理學院吳俊傑院長、地質科學系沈川洲教授、科技部自然司林敏聰司長(於2020.03.31科技部聯合記者會合影)

圖二: 澳洲國立大學妮莉莉·亞伯蘭 (Nerilie Abram) 教授手持珊瑚岩芯標本。(亞伯蘭教授提供)

圖三: 澳洲國立大學妮莉莉·亞伯蘭教授應沈川洲教授邀請,於2018年12月在美國地球物理年會下沈教授主持的會議中,發表千年以來印度洋偶極震盪歷史研究之演講。
圖四: 臺大地質系很嗨實驗室 (HISPEC) 參與此項國際計畫的余采倫博士後研究員(左)、許家豪碩士(右)、還有沈川洲教授(中),共三人。手中為珊瑚岩芯標本。
圖五: 臺大地質系很嗨實驗室 (HISPEC) 參與此項國際計畫的余采倫博士後研究員以及沈川洲教授。手中為珊瑚岩芯標本。
圖六: 蘇門答臘群島之野外珊瑚化石照片。(亞伯蘭教授提供)
圖七: 蘇門答臘群島之野外珊瑚化石照片。(亞伯蘭教授提供)
圖八: 蘇門答臘群島之研究人員潛水鑽取珊瑚岩芯標本。(亞伯蘭教授提供)
圖八: 與正相印度洋偶極事件共伴發生的中太平洋型聖嬰年 (1987, 91, 92, 93, 97, 02, 05) 之臺灣各地區氣象站 (右圖) 3-5月的春雨降雨量,與1961-1990年降雨量的相對百分比 (左圖)。所有測站春雨都減少,尤其是西臺灣的中南部地區,如台中、嘉義、台南、及高雄,雨量僅剩23-30%,造成嚴重乾旱。(資料來源:中央氣象局)
圖九-2: 與正相印度洋偶極事件共伴發生的中太平洋型聖嬰年 (1987, 91, 92, 93, 97, 02, 05) 之臺灣八個氣象站3-5月的春雨降雨量,與1961-1990年降雨量的相對百分比。所有測站春雨都減少,尤其是西臺灣的中南部地區,如台中、嘉義、台南、及高雄,雨量僅剩23-30%,造成嚴重乾旱。(資料來源:中央氣象局)
最後修改日期:2020 年 9 月 17 日