科學人雜誌   記者:撰文／川柏斯（Kevin E. Trenberth）翻譯／林筱雯

全球暖化讓海面溫度升高，助長了颱風威力！

2004年的夏天似乎是個嚴重警訊：這年，四個颶風襲擊美國弗羅里達州，前所未見；十個颱風登陸日本，比過去的最高紀錄還多四個。科學家嚇壞了，提出各種理論，解釋熱帶氣旋為何增加。這些理論彼此矛盾，而對於全球暖化如何影響熱帶氣旋，意見更是分歧。大自然就像脫韁野馬，2005年，北大西洋的夏季颶風數量再度打破紀錄，其中包括破壞力強大的卡崔娜和莉塔颶風。2006年，美國東南部的房屋保險費用大漲，但颶風總數卻遠低於預期。如果全球暖化真的對颶風有影響，為什麼2006年的颶風那麼少？ 科學家分析天氣型態並提出理論，同時說明為什麼颶風在2004和2005年大幅增加，在2006年卻意外地平靜。不幸的是，理論也預言了未來我們將遇上麻煩。 颶風的前身是熱帶大氣的擾動。當擾動發展成有組織的雷雨系統，開始旋轉，風速超過每小時62公里，氣象學家就會為它命名。如果系統最大風速超過每小時119公里，則稱為熱帶氣旋，大西洋和東北太平洋地區使用的名稱是「颶風」，西北太平洋地區稱「颱風」，印度洋地區則簡單稱為「氣旋」，在本文中，我會交替使用這些稱呼。 科學家必須先了解熱帶風暴如何形成，才能討論全球暖化對颱風的數目、大小、強度（也就是風速）有什麼影響。過去幾年，科學家發展出更細緻的模式，模擬颱風如何生成。颱風需要溫暖的海水，所以大多在熱帶地區形成。在熱帶，太陽近乎直射地球，海水吸收大部份的入射能量，並主要以蒸發作用將多餘的熱排出，當水蒸氣凝結形成雨，會釋放潛熱到大氣中。冬天，風把熱送到高緯度，再輻射到太空；但是在夏天，潛熱會一直留在赤道，並透過對流，上升到高空，對流過程造成許多現象，從積雲到雷雨都有可能，當環境適當時，雷雨群可以組成渦旋，從海洋汲取大量熱能，並形成颱風。 大氣中必須先有擾動，才能觸發渦旋形成。北大西洋的大氣擾動通常由非洲中部的西海岸傳來，非洲內陸的沙漠和海岸山脈的森林之間的溫度差異，會造成大氣擾動。其他有利於渦旋形成的條件，還包括海面溫度必須高於26℃、水氣要充足、洋面有低壓帶，以及高低緯間的風切微弱（太強的風切會撕裂新生氣旋）。

海洋是颱風的溫床

海面溫度是颱風生成的關鍵要素之一，科學家對近年的颱風型態感到好奇，所以就想要知道海溫在過去數十年有什麼改變，而颱風的數量、大小、強度又隨著改變了多少。如果海溫真的對颱風有影響，那人類活動導致的全球暖化，會是導致海溫上升的主要原因嗎？還有，2004、2005這兩個破紀錄的年份，有什麼特別的環境條件？科學家已經很了解，溫室氣體（例如，燃燒化石燃料產生的二氧化碳）大量累積會讓地球變暖，然後讓海溫升高，水氣的製造量也會變多，使颱風形成前的對流運動更容易發生。在2005年之後，我們的問題是：海溫真的升高了嗎？全球暖化究竟讓海溫升高了多少？ 1970年之前，衛星觀測尚未普及，全球颱風的數量統計並不可靠，但氣候學家認為，熱帶北大西洋的颶風記錄從1944年起就很可信了，因為偵查飛機開始定期監測熱帶風暴。查看歷史記錄後，我們發現，1994年起，有命名的北大西洋風暴和颶風數量逐漸增加，值得注意的是，北緯10~20度的北大西洋海溫也上升了，這和颶風數量的增加非常吻合，這股變暖的海水由非洲延伸到中美洲，而且正好位在赤道北邊，是颶風形成的重要地區。 有些科學家認為，1994年以後北大西洋的海溫上升，只不過是反映大西洋多年代振盪（AMO）的影響而已。AMO是一種自然循環，北大西洋海溫在保持數十年的相對低溫後，會升高數十年，之後又逐漸降低（最大溫差約0.5℃）。專家認為，這種循環源自洋流的變化（例如環繞大西洋的墨西哥灣流帶來的暖流）和海洋較深處的回流。1970年代起，直到1990年代早期，北大西洋的海溫比較低；1990年代以後，AMO再回到較暖的狀態，颶風形成數目比低溫時期來得多。不過，從電腦模式來看，AMO循環並不能完全解釋颶風為什麼自1995年起大量增多，也無法解釋2005和2006年發生了什麼事。 雖然，人類大量排放溫室氣體到大氣裡，就像正在進行一場無法控制的大型環境實驗，然而氣候學家卻無法真正進行改變地球的實驗，他們必須改用氣候模式，才能測試影響海溫和颱風的各種因素。這些模式的目標是重現所有影響氣候的重要物理、化學、生物過程。在多年努力之後，美國國家大氣研究中心（NCAR）以及其他研究單位的科學家，發展出一套全球氣候模式，可以合理重現過去一世紀以來全球大氣、海溫的實際變化。模式也把其他變因考慮進來，包括大氣化學成份的變化、太陽的能量輸出，或是大型火山噴發產生的灰燼阻隔太陽輻射、讓全球氣溫暫時降低一、兩年。 透過氣候模式，我們能單獨研究人類造成的變化（例如，排放煙塵和污染物到大氣裡），並且估計改變的後果。研究結果顯示，剔除AMO因素之後，大西洋的暖化和人為導致的大氣增溫有關係。美國勞倫斯利佛摩國家實驗室氣候學家桑德（Ben Santer）與同事最近發表一項研究，把熱帶大西洋與太平洋的暖化歸因於人為溫室氣體的增加。初步估計指出，1970年起，全球暖化導致海溫增加了0.6℃，雖然這樣的海溫增加幅度聽起來很小，卻能夠大幅影響熱帶風暴的強度，就像卡崔娜颶風經過墨西哥灣流的時候，海溫只要上升1℃，就能讓颶風的強度整整增加一個等級（例如從第二級變成第三級）。 熱帶氣旋活動受海溫影響非常大，因此我們能夠推論：全球暖化讓熱帶風暴更加強烈。2005年6月，我在《科學》發表的論文中，詳細討論了海溫和熱帶風暴的關聯，兩個月後，麻省理工學院的伊曼紐（Kerry Emanuel）在《自然》發表直接的觀測證據，我們兩人的研究是完全獨立進行的。伊曼紐證明，1970年之後全球氣旋強度與生命期的顯著增加，和海溫增加有關，就算根據其他專家提出的質疑修正結果，也只小幅改變某些特定的相關性，整體結論並不會改變。2005年9月，喬治亞理工學院的韋布斯特（Peter Webster）和同事在《科學》發表研究，證明1970年以後，四級和五級颶風的數量，有明顯的增加，而且佔所有颶風的比例也增加了，他們認為，既然我們已經觀測到海溫升高，颶風的數量本來就應該跟著增加。