中央研究院淨零科技

原作者：You‑Lin Wang ^1*[1], Fei‑Fei Jin ², Chau‑Ron Wu ^1,3* & Bo Qiu ⁴
編輯：黃恩浩博士/永續科學中心淨零科技工作小組

編按：本文原文為本院研究員於2024年在Nature Scientific Reports所發表之Northwestern Pacific Oceanic circulation shaped by ENSO，經編輯摘錄中文重點。在探討台灣開發黑潮發電，是否會因聖嬰年而有所影響。

原文出處：Wang, Y.-L., Jin, F.-F., Wu, C.-R., & Qiu, B. (2024). Northwestern Pacific Oceanic circulation shaped by ENSO. Scientific Reports, 14, Article 62361. https://doi.org/10.1038/s41598-024-62361-z

 西北太平洋的洋流系統極為複雜，不僅影響熱帶與副熱帶環流，還深刻影響東亞乃至全球的氣候。其中，聖嬰現象暨南方振盪(ENSO, El Niño-Southern Oscillation)是熱帶太平洋的一種重要氣候變遷因子，它會擾亂全球洋流系統的強度。過去傳統研究多認為黑潮在聖嬰年會減弱，但本院研究員發現，黑潮在聖嬰年不僅沒有減弱，反而增強。此外，全球暖化可能使中太平洋型聖嬰(CP El Niño, Central Pacific El Niño)事件更頻繁，進一步強化 ENSO 對西北太平洋洋流的影響。

 為了深入研究 ENSO 與洋流變化的關聯，本院研究員結合了衛星高度計(Altimeter)與漂流浮標(Drifter)的觀測數據，分析 ENSO 事件期間熱帶與副熱帶海流的差異。 

• ENSO 對西北太平洋洋流的影響

  研究發現，在聖嬰年(El Niño)時，北赤道流(NEC, North Equatorial Current)、北赤道逆流(NECC, North Equatorial Countercurrent)、民答那峨流(MC, Mindanao Current)、印尼通道流(ITF, Indonesian Throughflow)、黑潮(Kuroshio Current, KC)及其延伸區域(Kuroshio Extension, KE)均有所增強，而熱帶黑潮則會減弱。

• ENSO如何影響西北太平洋的洋流？

1. ENSO影響熱帶洋流的機制

 ENSO 事件會改變熱帶太平洋的海洋動力，影響熱帶與副熱帶環流。在熱帶地區，北赤道流(NEC)在呂宋島東側分叉，形成北向的熱帶黑潮(Tropical Kuroshio Current)與南向的民答那峨流(MC)。當 ENSO 發生時，這些流系統會發生如下變化：

• 聖嬰年(El Niño)期間

  • 北赤道流(NEC)加強，西向流速增加約 4 cm/s。

  • 熱帶黑潮減弱，流速下降約 5~10%。

  • 民答那峨流增強，流速上升 20~25%。

  • 北赤道逆流(NECC)與印尼通道流(ITF)增強，流速分別上升 25-30% 與 10-15%。

•  反聖嬰年(La Niña)期間

  • 洋流變化與聖嬰年相反，熱帶黑潮增強，而北赤道流與民答那峨流則減弱。

  • 這些結果主要歸因於ENSO藉由信風異常引起的海平面變化所導致。

 在聖嬰年，西太平洋暖池的海平面下降，導致熱帶黑潮的流量減少，而民答那峨流則因為海水南向流動而增強。

顏色會在圖a為長期平均海表面高度、在圖b-c為聖嬰期間的海表面高度異常值。箭頭在圖a為長期平均海表面流速、在圖b為聖嬰期間的海表面流速異常值、在圖c為聖嬰期間的表面風速異常值。

 2.ENSO影響副熱帶洋流的機制

 在副熱帶區域，ENSO 主要透過風應力旋度(Wind Stress Curl, WSC)來影響黑潮的強度。

• 聖嬰年(El Niño)期間

  • 西風帶(Westerlies)增強，導致副熱帶地區的風應力旋度變化，進一步強化副熱帶黑潮與黑潮延伸。

  • 黑潮在台灣東部、東海及圖克拉海峽(Tokara Strait)流速增加約 3~4%。

  • 黑潮延伸區(Kuroshio Extension, KE)增強，流速上升 9~12%。

  • 這與傳統認知有所不同，過去研究多認為黑潮在聖嬰年會減弱。

但本院研究員發現，副熱帶黑潮的強弱主要受到風應力旋度的影響，而熱帶黑潮則受到海平面變化影響。

圖a的顏色為海表面溫度異常值、箭頭為海表面風速異常值。圖b的顏色為風應力旋度異常值。圖c的流函數為風應力旋度異常所推動的黑潮傳輸量。

• 不同型態的 ENSO 影響

 本研究確認了 ENSO 事件對西北太平洋洋流的影響，並釐清了熱帶與副熱帶區域的不同機制：

• 熱帶洋流：主要受到暖池海平面變化影響，導致北赤道流增強、熱帶黑潮減弱、民答那峨流增強。

• 副熱帶黑潮：主要受到風應力旋度變化影響，在聖嬰年增強。

• 不同型態的ENSO影響幅度不同，中太平洋型聖嬰(CP El Niño)對黑潮的影響更大。

 隨著全球暖化的加劇，CP聖嬰現象(El Niño)的頻率可能會上升，這意味著 ENSO對西北太平洋洋流的影響將更加顯著。尤其是副熱帶黑潮增強的趨勢，可能會影響東亞地區的冬季風暴軌跡，進一步改變區域氣候模式。此外，ENSO 影響下的洋流變化可能會影響漁業資源的分布，對沿海國家的經濟產生影響。

 本研究透過分析 ENSO 事件與西北太平洋洋流的關係，發現 ENSO 對該區域的影響具有明顯的熱帶與副熱帶區別。熱帶地區的洋流變化主要受海平面高度影響，而副熱帶地區則與風應力旋度變化密切相關。未來，隨著 ENSO 事件頻率與強度的變化，這些影響可能會進一步加劇。因此，持續監測 ENSO 事件並改進氣候模型，對於理解與預測西北太平洋洋流變化至關重要。

 [1]Research Center for Environmental Changes, Academia Sinica, Taipei, Taiwan. 

 [2]Department of Atmospheric Sciences, University of Hawaii at Manoa, Hawaii, USA. 

 [3]Department of Earth Sciences, National Taiwan Normal University, Taipei, Taiwan. 

 [4]Department of Oceanography, University of Hawaii at Manoa, Hawaii, USA.