厄爾尼諾與拉尼娜現像中海表溫度分佈的研究
介紹
海表溫度（SST）是地球氣候系統中最重要的參數之一。海洋儲存並釋放大量的熱能，因此海表溫度的微小變化就能引發區域乃至全球尺度的大氣環流變化。在熱帶氣候背景下，海表溫度的研究與厄爾尼諾和拉尼娜現象密切相關，而厄爾尼諾和拉尼娜現象又是厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）系統的一部分。 ENSO是一種主要發生在赤道太平洋的自然氣候變異，對降雨、氣溫、風、熱帶風暴甚至漁業生產力都有廣泛的影響。
本文探討了厄爾尼諾和拉尼娜現象期間海表溫度分佈的形成和變化，用於監測這些現象的指標，連接海洋和大氣的物理機制，以及它們對印尼地區的影響。
海面溫度及其分佈的基本概念
海表溫度（SST）是指海洋表層水溫，通常在幾毫米到幾公尺的深度範圍內測量。海表溫度分佈受太陽輻射、蒸發、與大氣的熱交換、洋流和風力混合等因素影響。熱帶地區由於全年太陽輻射量高，海表溫度通常較高。然而，並非所有熱帶地區的海表溫度都相同：洋流、上升流和信風模式會形成暖水區以及相對涼爽的區域。
在赤道太平洋，正常情況下海表溫度分佈是不對稱的：西部（印尼和巴布亞紐幾內亞附近）相對較暖，而東部（秘魯-厄瓜多爾沿岸附近）相對較冷。這種不平衡是由於信風自東向西吹，迫使暖水在西太平洋聚集，而冷水則從東太平洋的底層上升。
厄爾尼諾-南方濤動：海洋-大氣關係
厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）並非只是海洋溫度異常，而是海洋與大氣之間雙向相互作用的結果。海表溫度（SST）的變化會影響熱帶大氣中的雲層形成和對流中心。反之，風型變化也會改變表層洋流、溫躍層（表層暖水與底層冷水之間的邊界）的深度以及上升流的強度。
在「中性」條件下，最活躍的對流中心位於溫暖的西太平洋上空。沃克環流——熱帶地區一種東西向的大氣環流模式——將空氣推向這片溫暖區域上方，然後在上層向東移動，在東太平洋上空下沉，並在近地面處隨著信風向西返回。
厄爾尼諾期間海溫分佈
厄爾尼諾現象的特徵是中東太平洋海表溫度異常升高。這種升高通常在尼諾指數區域，特別是尼諾3.4區（大約北緯5°至南緯5°，西經170°至120°）清晰可見，該區域最常被用作業務指標。
主要物理機制
1. 信風減弱：當信風減弱時，暖水向西推進的力度減少。一些先前「積聚」在西部的暖水會回流到中部和東部。
2. 溫躍層深度變化：東太平洋的溫躍層正在加深，使得上升流能帶來比平常更溫暖的海水。因此，東部海域的表層冷卻作用減弱。
3. 比耶克尼斯回饋：東部海表溫度升高導致對流東移，進一步削弱信風。信風減弱反過來又加劇了海表溫度升高。這形成了一個正向回饋循環，使得聖嬰現象得以發展。
分佈模式
在聖嬰現象高峰期，一股「暖水舌」從太平洋中部延伸至南美洲沿岸，東西向溫差縮小。空間上，正海表溫度異常可能範圍廣泛，並持續數月之久。厄爾尼諾現象並非千篇一律，存在「東太平洋厄爾尼諾」型（以東部海域增溫為主）和「中太平洋/莫多基厄爾尼諾」型（以中部海域增溫為主），它們對區域氣候模式的影響各不相同。
拉尼娜期間海溫分佈
拉尼娜現象與此相反，其特徵是中東太平洋海表溫度異常降溫。在拉尼娜現象期間，「正常」狀況得到加強：西太平洋變暖，東太平洋變冷。
主要物理機制
1. 信風增強：更強的信風將更多的暖水向西推，增加了印尼周圍暖水的積聚。
2. 更強烈的上升流：在東太平洋，更強的風增加了冷水的上升流，導致海表溫度降低。
3.沃克環流增強：對流在西部仍占主導地位，導致印尼及其周邊地區降雨量增加，而中東太平洋地區則趨於乾燥。
分佈模式
拉尼娜現象的特徵是中東太平洋赤道海域普遍出現負海表溫度異常，通常比中性條件下形成更明顯的「冷舌」模式。同時，西太平洋和印尼海域則可能出現正海表溫度異常，這為雨雲的形成提供了大量能量。
海表溫度分佈監測與分析方法
海表溫度分佈與厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）關係的研究通常涉及觀測資料和時空分析的結合：
1. 遙感衛星：紅外線和微波感測器可以以相對較高的解析度繪製全球海表溫度圖。衛星資料對於觀測異常分佈、溫度梯度和月度演變至關重要。
2. 浮標和 Argo 浮標：赤道太平洋的 TAO/TRITON 和 Argo 等浮標網路提供數百公尺深度的溫度數據，有助於評估溫躍層和「海洋熱含量」的變化。
3. ENSO 指數：Niño 3.4 指數、南方濤動指數 (SOI) 和海洋 Niño 指數 (ONI) 通常用於確定厄爾尼諾/拉尼娜現象的階段、強度和持續時間。
4. 海表溫度異常：分析通常會計算海表溫度與氣候平均值（長期平均值）的差異，以識別異常的暖化/變冷模式。
在研究中，經常使用海表溫度異常圖、霍夫莫勒圖（時間與經度）以及與緯向降雨和風的相關性分析等視覺化方法來了解厄爾尼諾-南方濤動的空間相互關係。
厄爾尼諾-南方濤動海表溫度分佈對印尼的影響
印尼位於熱帶海洋性氣候區，對對流中心的變化極為敏感。在厄爾尼諾現象期間，中東太平洋海域暖化導致雲團形成中心遠離印尼。常見的後果包括降雨量減少、乾旱風險增加、農業生產中斷以及森林和土地火災風險上升。在一些極端情況下，旱季可能會延長，雨季也可能推遲到來。
相反，在拉尼娜現象期間，印尼附近海域的水溫往往升高，有利於蒸發和雲的形成。這會增加降雨量，增加洪水和山體滑坡的風險，並導致極端天氣事件（例如暴雨）更加頻繁。然而，厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）對印尼的影響並非完全由ENSO決定；印度洋偶極子（IOD）、亞澳季風以及局部動力學（地形和區域洋流）等因素也會影響其反應。
結論
海表溫度分佈是理解厄爾尼諾和拉尼娜現象發展的關鍵，因為海表溫度直接影響海洋-大氣能量交換和熱帶對流的位置。厄爾尼諾現象的特徵是中東太平洋海表溫度異常升高，這是由於信風減弱、東部溫躍層加深以及比耶克尼斯反饋所致。而拉尼娜現象則透過增強信風和上升流來強化東西向溫度梯度，導致東太平洋海域溫度降低，而印尼海域溫度相對較高。
透過海表溫度異常圖、Niño 3.4/ONI指數和海水柱觀測進行厄爾尼諾-南方濤動（ENSO）監測，為季節性氣候預測提供了重要基礎。對於印尼而言，了解與ENSO相關的海表溫度分佈對於減輕乾旱、洪澇、糧食不安全和其他水文氣象災害的風險至關重要。隨著研究的深入以及衛星數據和現場觀測數據的整合，海表溫度研究可以提高氣候預測的準確性，並增強社區應對氣候變遷的能力。
