深海與天空的連結:太平洋十年振盪的運作原理是什麼?

太平洋十年振盪(PDO)是一個強而有力且反覆出現的海洋-大氣氣候變異模式,其核心區域位於中緯度的太平洋盆地。PDO可被視為太平洋北緯20度以上海面水溫的變化,分為暖相和冷相,在過去的百年中,這一氣候模式的振幅出現在年際到十年時間尺度上不規則變化。研究顯示,這一變化模式的主導性質在1925年、1947年和1977年出現過反轉,且後兩次的反轉與北太平洋地區的鮭魚生產模式的劇變密切相關。

這一氣候模式也影響了從阿拉斯加到加利福尼亞的沿海海洋和大陸表面空氣溫度。

PDO的正相階段中,西太平洋會變得較冷,東部海域則會變暖,而在負相階段,則出現相反的情況。PDO的名字來源於史蒂文·哈雷(Steven R. Hare),他在1997年研究鮭魚的生產模式時第一次注意到這一振盪現象。PDO指數是北太平洋每月海面溫度異常的主要獨立成分(EOF),而這一指數則是以標準化的主成分時間序列形式呈現。

運作機制

多項研究表明,PDO指數可被重建為熱帶強迫與外熱帶過程的疊加。不同於厄爾尼諾—南方振盪(ENSO),PDO並不是單一的海洋變異模式,而是一系列具有不同動力學來源的過程之和。在年際時間尺度上,PDO指數反映了隨機及ENSO誘發的變異,而在十年時間尺度上,ENSO的遠程連結、隨機大氣強迫及北太平洋海洋環流的變化同樣起著重要作用。

海面溫度異常由於再出現機制而在冬季之間存在一定的延續性。

海氣橋的作用使得ENSO能夠影響數千公里外的全球氣候循環模式。在厄爾尼諾事件期間,發生在異常暖海面上的深對流及熱量轉移增強,此過程生成了向極及向東傳播的羅斯比波。隨後,這些波從極地重新折射回熱帶,並在北太平洋及南太平洋的特定位置形成了行星波,這一傳遞模式在兩到六週內建立。

影響

PDO的空間模式及影響與ENSO事件的特徵相似。在正相階段,冬季的阿留申低壓會加深並向南移動,帶來溫暖潮濕的空氣,導致從太平洋西北部至阿拉斯加的氣溫高於正常,而在墨西哥和美國東南部,氣溫則低於正常。冬季降雨通常會在阿拉斯加沿海地帶、墨西哥及美國西南部增加,而在加拿大、東西伯利亞和澳大利亞則有減少的趨勢。

PDO還會強烈影響美國的多年代乾旱模式,尤其是在正相及負相階段之間。

透過樹輪及其他水文敏感的代理物,PDO指數被重建至993年,顯示出50到70年的週期性,但在1800年後才表現為一個強變異模態。在過去的20世紀,多次制度轉變的出現和海面溫度、地表氣壓、陸地降水及海洋雲層變化有關,特別是在1924/1925、1945/1946及1976/1977等期間,這些轉變使我們對PDO的未來變化和氣候影響有了更深層的理解。

進一步地,透過對PDO的預測,我們能否從人類活動對氣候系統的影響中洞察未來的環境變化,並更有效地應對氣候變遷?

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