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篇名: 赤道降雨帶北移非旱即澇
作者: 健康張 日期: 2011.04.02  天氣:  心情:
赤道降雨帶北移非旱即澇
更新日期:2011-03-29 記者:撰文/薩克斯(Julian P. Sachs)、米佛德(Conor
隨季節移動的赤道降雨帶,也隨著全球暖化移動,如果氣溫持續升高,降雨帶將北移,造成多處乾旱和水災。
重點提要
■熱帶雨帶位在赤道北邊,環繞全球,一旦氣溫改變,就會隨著改變位置,並改變全世界的降雨型態。
■科學家從太平洋島嶼上的湖泊採集沉積物,發現雨帶目前位於北緯3~10度,這是1200年來最偏北的位置。
■以目前的暖化速率來看,雨帶在公元2100年前甚至可能再北移5度,厄瓜多、哥倫比亞等地的農田將陷入乾旱,影響數百萬人。
■美國西南部會變得越來越像墨西哥北部的半乾燥氣候,長期旱象有可能持續下去。
凌晨2點,漁船的引擎突然斷斷續續,然後停了下來,這是本次探勘即將脫序演出的第一個徵兆。沒有什麼比一片死寂更讓人不安了。搭乘小型漁船從北太平洋馬紹爾群島出發、穿越大洋,突然間成了不智的決定。這趟科學探索之旅,到頭來卻把我們拋進另一個未知的世界,海浪不時輕拍船緣,只讓黑夜顯得更漫長。
我們是氣候學家,這趟探索之旅(最後平安結束)目的是幫助我們進行一件乍看之下不太可能實現的事:重建海面上的歷史降雨量。如果能重建歷史降雨量,就能更了解溫室氣體增加、氣溫升高、熱帶地區降雨等事件,會不會、又如何改變氣候型態,因此我們探索了太平洋上的許多島嶼。
太平洋的聖嬰、反聖嬰循環這種當代的氣候型態眾所周知,但地球的主要降雨型態一樣重要,卻不是每個人都聽過。這條帶來豐沛雨量的降雨帶位在赤道,環繞全球,隨著陽光照射地球的角度,按季節向南或向北移動,雨帶移動的範圍叫做間熱帶幅合帶(Intertropical Convergence Zone, ITCZ)。
只要地球的溫度改變了(無論原因是入射的太陽輻射量或是溫室氣體濃度有改變),就會影響ITCZ。這道雨帶帶來降水,滋養赤道地區的農業,它對亞洲、非洲、印度季風來說都很重要,對把熱由赤道傳送到極區的大型對流胞也很重要。ITCZ位置的變化,可能影響聖嬰和反聖嬰現象的頻率和強度、太平洋和大西洋颱風季的長短和威力。如果因為ITCZ位置持續移動而改變了降水,就會嚴重干擾赤道地區的環境,影響將遍及全世界,而我們很有理由相信雨帶正在移動。
科學家本來並不確定雨帶的中線是不是一直落在歷史範圍裡,以太平洋來說,雨帶中線的年平均位置目前在北緯3~10度,但在ITCZ範圍內實地測量後,我們已能估計雨帶在過去1200年來是怎麼移動的。從400年前到現在,雨帶向北移動了5度(約550公里),這個發現很驚人,因為只要溫室效應增強一點點,熱帶地區的降雨就會徹底改變。目前我們可以預測,如果大氣繼續暖化,ITCZ在2100年之前會移到哪裡,並預測全世界赤道地區的降雨量增減、對亞洲、中美、美國南緣等緯度較高的地區有什麼效應,以及對當地天氣、糧食生產的影響。有些地方可能會受益,但有更多地方恐怕將面臨乾旱。
尋找遺失的氣候記錄
在我們開始推算降雨歷史變化之後,科學家才有資料能推估ITCZ近千年來的位置。雨帶一向在赤道附近,但可能寬達數十、數百公里,視當地狀況、陽光的季節變化而定。因為太平洋上的雨帶很顯著,所以很適合在這裡追蹤雨帶的移動。也因為雨帶環繞整個地球,讓我們有辦法從太平洋的趨勢指出全球的改變趨勢。
科學家利用樹木年輪裡的碳14、冰心裡的鈹10來推估陽光強度,此外,利用極地冰心保存的氣泡,也能重建全球溫室氣體的歷史變化。只要比較太陽輻射量、溫室氣體濃度、過去數百年來ITCZ的位置,我們就有辦法推測,熱帶地區的降雨在21世紀會如何隨溫室氣體排放量的增加而改變。
研究人員已利用各種全球溫度指標,估算出近千年來的氣溫,特別的是,公元800年和1800年代後期,這兩個時期的全球平均溫度很類似。到了中世紀暖期(800~1200年),溫度開始升高到接近20世紀時的溫度,到了小冰期(1400~1850年)才開始回穩,並慢慢下降。最近20年來,太陽輻射量保持恆定,但氣溫和二氧化碳濃度(在人為排放的溫室氣體中總量最多)卻是近1200年來最高的。
不過,我們著手進行研究時,大氣科學家對過去的熱帶氣候特性所知甚少。海底沉積物可以提供完美的氣候記錄,但沉積物的累積速度很慢,時間尺度在數千年以上,無法提供千年以內的資訊。很多種類的珊瑚有年輪,不過很少有珊瑚能活過300歲,無法留下過去1000~300年的記錄。
重建歷史降雨量,可以彌補這段遺失的氣候記錄,推估ITCZ近千年來的位置。雨下到海裡以後就無影無蹤了,但太平洋上有很多小島,島內封閉的湖泊和水池可以發掘歷史。過去六年以來,我們鑽探湖泊底部的沉積物,在一些最偏遠、奇特的島嶼水域收集了數十筆資料,這些島嶼有的位在目前的ITCZ緯度範圍內,有的在範圍南方,有的在北方,涵蓋整個太平洋。只要把各緯度在同一段時間裡、經歷大量降雨的島嶼位置蒐集起來,就能定出雨帶的範圍,如果降雨同時增減,或同時向北、向南,就表示雨帶移動了。
野外工作是一場冒險,我們常面對許多阻礙、器材問題和語言隔閡,鑽探地點的交通也很不方便,例如我們抵達馬紹爾群島的首都馬久羅時,當地的馬紹爾航空(當地人暱稱為「差不多航空」)總共只有兩架飛機,而且都壞了。我們搭乘當地商人改裝過的漁船到附近的環礁採樣,就像本文開頭提到的一樣,引擎在回程那天晚上壞了,這趟兩天一夜的行程,只證實了這艘船果然就像看起來一樣禁不起風浪襲擊。
我們把長管打進湖底,鑽出沒有被攪動過的沉積物岩心。我們鑽探過的每個地點幾乎都有各自不同的沉積序列,有時是像在華盛頓島的湖裡那種由藍綠菌形成、厚達數公尺的亮紅色膠狀物;有時則是一層富含硫化氫(很臭!)的褐色爛泥,含有紅樹林的殘葉,偶爾還有雙殼貝類,就像在帛琉取到的一樣。
我們一邊徒步涉過爛泥,把船划進淺水,一邊把長探竿打進沉積物來測試深度,並看有沒有硬物阻礙。鑽探時碰到岩石、古珊瑚、沙層、植物根部而被迫中斷,這種情況相當常見。
沉積物累積的速率變化很大,所以我們也不知道該鑽多深。一般來說,一公尺的沉積物最少可以追溯數百年的氣候。例如在華盛頓島,九公尺的沉積物大約涵蓋3200年的時間。我們盡可能鑽到岩床,岩床是沉積物岩心的最底部,可能是一層沉積的砂石、珊瑚或火山岩,記錄湖泊最初開始累積沉積物的時間,這樣一來,我們可以取得最完整的氣候歷史記錄。

【欲閱讀完整的豐富內容,請參閱科學人2011年第110期4月號】
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