什麼是ENSO事件？

ENSO在國內曾譯為「恩索」，其實為二名詞的字頭簡稱。EN乃為的簡寫。在國內報章雜誌上，大都依其字面本意譯為「聖嬰」。SO乃為Southern Oscillation的簡寫。在國內亦以其文字直譯「南方振盪」。此二自然現象雖皆在十九世紀末葉始為科學家們重視，但將二者聯想在一起的則是1965年時的維克（Wyrtki）。而ENSO一詞，直到最近數年才較為科學界廣泛運用。

ENSO事件乃為一大氣海洋的年際變化。所謂年際變化乃指其變化週期超過一年。ENSO發生頻率一般在2∼5年間。國內報章雜誌常以聖嬰年或聖嬰事件來形容此一現象。而報導多偏向於災害、海水變熱、漁穫量減少等。ENSO事件亦常被科學界和媒體視為大自然的「異常」(anomaly）現象，但亦有部分科學家們卻反對此種說法，而將其視為大自然界的一種自然循環，只是其週期為2∼5年而已。本文不討論視ENSO為異常或不異常的問題，但將自ENSO名詞的起源開始陳述至其對全球的影響，讀者可以自行研判其是否為一異常現象。

ENSO名稱的起源及早期的研究

ENSO為及Southern Oscillation之合稱。El為西班牙文，意思為基督之子（亦即本國所譯「聖嬰」）。原為水手們稱沿祕魯西岸，一股自北向南的「反流」(counter current），此反流每數年一次出現在聖誕節後，故稱之為「聖嬰之流」。

伴隨此反流出現，祕魯陸上及海上皆有與常年不一樣的情況出現。但當時人們並不認為是一災難，相反地反而認為「聖嬰」是上帝的賜禮。故稱聖嬰發生年為豐盛年（anos de abundancia）。「聖嬰」為南美帶來豐盛的雨量使不毛之地亦可耕種，但大量雨水亦帶來水災。今之媒體報導偏向災禍，故其利益已漸不為人注意。

至於海上變化，除了反流的發生外，海水變暖及海洋生物減少，應為最引人注目的兩種變化。其中海洋生物的銳減，對祕魯而言應是一災難，但因反流將他方的種子、樹枝、生物等當地不常見的事物帶至祕魯沿岸，對交通不便的當時，人們亦認為此乃一上帝的禮物。故「聖嬰」在先前並不被人們視為自然災難。

在1960年代，夏威夷大學海洋學家維克教授，發現海水變暖的年際變化並非僅限於祕魯沿岸，其起源遠自赤道太平洋。而其發生的原因與太平洋季風（信風）減弱有明顯的相關性。此季風的年際變化與所謂的南方振盪有關。科學家們始開始將此二現象合而為一，共同研究。南方振盪最旱為奚德布蘭德遜(Hildebrandson)在1897年發現的。他注意到澳州與阿根廷的大氣壓力變化是異相（out of phase）變化，而羅克耶（Lockyer）父子（1902年）估計此大氣壓力的異相振盪大約是3.8年。但他們皆未將此現象正式命名。

英駐印度官員沃克（Sir G. Walker）為了解發生於1887及1897年的印度大乾旱及飢荒，而投入大量研究有關於年際變化與印度雨量及季風的變化的關係，並命名此大氣壓力的年際變化為「南方振盪」。「南方」乃因此現象發生在赤道附近有別於當時氣象研究焦點的北半球中高緯度；「振盪」乃指在正常年度時，於赤道上大氣壓分布乃是西低東高，但在聖嬰年即梯度減弱成為西高東低。沃克研究發現此振盪伴隨著季風減弱及全球降雨型態的改變，而全球各地氣溫亦會變化。但當時因缺乏海洋資料，無人注意到熱帶太平洋水溫變化與南方振盪有密不可分的關係。

於1950年代的「國際地球年」研究計畫執行中，科學家們始注意到大氣與海洋間的密切關係。如Ichiye＆皮特森（Petersen,1963）、柏拉琪（Berlage,1966）及杜比瑞茲（Doberitz,1968）證明，當在赤道太平洋上高壓位於西邊而低壓在東南邊時（亦即ENSO發生時），在中及東部太平洋會大量降雨、季風減弱及不尋常的暖海面等現象發生。比艾克內斯（Bjerknes, 1966、1969）又指出：北半球大氣環流的加速和熱帶中、東太平洋海面溫度的升高有關，更掀起氣象學家研究熱帶海洋的熱潮。因ENSO在中、東太平洋有較明顯的訊息（尤其海水表面溫度，東太平洋有4∼5℃的變化），故在1970年代的研究大都集中於太平洋東邊。

又因赤道動力的基本理論是相同的，故美、法研究人員亦投入大量人力物力研究尺度較小的大西洋，以期對赤道大氣海洋動力基本理論現象有較完整的了解。在1970年代中期後，由於科學家的努力，赤道的基本動力研究漸趨於完善。但實際觀測資料仍極為欠缺，尤以西太平洋為最。

1982／1983年發生了有文字紀錄以來最大的一次ENSO事件，研究發現聖嬰的訊號是由西太平洋往東傳遞，更將科學家的注意力由東太平洋轉移至中、西太平洋。吉爾（Gill，1983）、唐存勇及魏斯堡（Weisberg，1984）等，皆分別以數值模式及理論模式，描繪聖嬰如何先在中西太平洋發生而漸漸增長擴大傳遞至東太平洋。在當時（即使如今）有不少科學家認為，1982／83年的ENSO事件是一特例與已往不同。但1986／1987年及現正在逐漸發展的ENSO事件，皆起源於中西太平洋，而漸往東太平洋傳遞。

故現今科學家們漸漸轉移注意力自東往西。如我國可能參與的研究計畫TOGA-COARE（Tropical Ocean Global Atmosphere-Coupled Ocean＆ Atmospher Research Experiment），研究區間將專注於140^。E~180^。E。因此區間的西風爆發及海水較暖現象，可能與ENSO的發生有密不可分的關係。故在1990年代的今天，專家們對ENSO研究不僅區間由東轉往西，而研究方向亦從理論的探討進入數值模式的模擬與預報。更因其影響範圍甚廣，吸引了更多國家及人士參加，已實質成為國際合作研究的題材。

大氣的研究方面，從早期的奚德布蘭德遜、沃克等人以來，都注重大氣地面及高空資料的分析，韋布斯特（Webster, 1981）等人也分別以數值模擬證明：熱帶海洋表面的變暖將引起全球大氣環流的改變，因而改變了全球的氣候。科學家結合了大氣研究的發現及海洋動力的研究，分別提出理論模式或概念模式，來說明ENSO乃是大氣海洋系統的內部循環。大氣環流的變化透過低層的風改變了海洋的環流，同時也改變了海洋表面溫度的分布，而海洋表面溫度分布的變化，又透過感熱和潛熱的上傳，改變了大氣環流。這整個過程的關鍵即在於高海溫區劇烈的海氣交互作用過程。熱帶西太平洋，觀測資料非常稀少，了解也最少，這就是大氣方面進行TOGA-COARE計畫的原因。

ENSO名詞的起源與演變已概略陳述於上，下面我們將以簡單的理論模式，來探討ENSO如何發生、進展過程及為何東太平洋有較大的訊息。並以此結果來探討對全球的氣候、漁業等的影響。

ENSO事件的探討

一般將ENSO事件視為異常現象，所以在談異常前，必須先解釋所謂的正常現象。太平洋上在南、北緯30^。附近低層是行星尺度的高壓區。北半球是北太平洋副熱帶高壓，南半球是南太平洋副熱帶高壓，而赤道附近氣壓較低則是所謂的「間赤道輻合帶」（intertropical convergence zone，ITCZ）。由於地球自轉海面上的風以高壓為中心在北半球為順時鐘方向迴轉、在南半球為逆時鐘方向迴轉。因而在北美海岸多吹偏北風、南美海岸則多吹偏南風、赤道附近則多吹偏東風。由於風吹的關係造成海洋表面在赤道附近東邊冷而西邊暖（詳下文），西太平洋的暖洋面更孕育了大氣低層的低壓，所以在平常年赤道太平洋的海面氣壓是東高西低。

在熱帶太平洋上的大氣平均環流在低層由東向西（低層偏東風），在西太平洋暖洋區產生輻合上升，因而容易成雲致雨，所以暖洋區也是氣候上主要的雲雨區。大氣高層的氣流則往東、往高緯度，造成東太平洋熱帶、副熱帶地區高層輻合。伴隨者低層的輻散、高層輻合，引起沈降流，因而使得雲雨不易形成，使得東、中太平洋的副熱帶地區和除了狹窄的ITCZ以外的熱帶地區，都相當乾燥。南熱帶太平洋上這種東西向的環流稱做「沃克環流」（Walker circulation），有別於在ITCZ上升而在副熱帶高壓區沈降的「哈德雷環流」（Hadley circulation）。東太平洋的祕魯、厄瓜多爾海岸甚至形成沙漠。

在海洋上，因海水運動主要受信風影響，故亦以年變化為主。圖一為熱帶海洋的一般流場分布。因常年吹東風，赤道附近表面因而形成一向西的流場，水不斷向西堆積，因而對海而言則形成了一由西向東的壓力梯度，故一股回流（向東流）因而形成。表面向西的流場我們稱之為南赤道流（SEC），其下向東流場稱之為赤道底流（EUC）。西向的SEC，受地球自轉所產生的科氏力影響，有向兩極方向輻散的趨勢，故南北向之流場幅員寬而流速弱。在垂直流場方面因表面水流向西，需要由較深度補償，故上升流因而產生。此上升流更因水平流場的輻散作用而加強流速。假如科氏力暫不考慮，此流場幾乎可在一游泳池內再現。

如圖二所示，最初東風吹動表面水向西，而後漸漸建立起東向西的壓力梯度，而為了維持西向流場，在東邊形成上升流，在西邊形成下沈流，形成東向回流，如此完成一循環。在海洋中，上升流往往將下層較深處的營養鹽帶入表層海水中，浮游動植物因而產生，而形成良好漁場。所以赤道東邊為一漁場，又因太平洋尺度寬廣，形成的漁場，對全球食物、經濟頗為重要。

圖三乃是赤道上，海水溫度東西向垂直溫度分布的平均狀況。斜溫層（海水溫度垂直變化最大的一層）乃是西深東淺，而海表面或淺海部分，其溫度分布為西暖東冷。此現象亦可以前面簡單理論解釋。如游泳池水為上暖下冷，東西均勻分布（見圖四）。在東風吹動下，東邊上升流將下層較冷的水抬升至表面，因而形成東冷西暖及等溫線有由西往東向上爬升的現象。在此請讀者注意，在西邊表面海水的溫度並未增加或減少，因外在加熱的因素未考慮在此。

以上為一般的熱帶太平洋海水運動及分布的平均狀況。此一般狀況受信風等外力影響而有所變化，每一年大約在春天信風增強，而在十二月左右開始減弱，因而形成海洋運動的年週期變化。東西海水溫度差異在夏秋二季大，而在冬季小，此乃在冬季季風減弱，赤道海面東西溫度差因而減小。但季風即使在冬季仍維持一定的強度，ENSO發生前西太平洋暖洋區由於不知的原因，發生連續的西風爆發（westerly wind burst），透過大氣-海洋交互作用過程，改變了原來海面溫度西高東低的分布（詳下文），因而也改變了海面氣壓西低東高的分布。這時大氣裡頭原來低層由東往西、高層由西往東的沃克環流變弱，甚者轉向，因而原來降雨的地區往東移到中太平洋和東太平洋，使得原來降雨量豐沛的印尼、新幾內亞和澳洲北部發生乾旱，而原來乾燥的地區降下豪雨。

在雲雨形成過程中，水汽的凝結釋放出潛熱，維持大氣環流的熱機運轉，由於ENSO的發生改變了潛熱釋放的地區，因而透過大氣環流的聯繫，也同時改變了全球的氣候。

在ENSO期間，季風減弱東赤道太平洋的上升流並無法將下層水帶至表層，所以東太平海面開始增暖。在西赤道太平洋上，下沈流一樣減弱，但如不考慮外在加熱（冷）因素，其表面海水溫並無多大變化，相信下層海水溫度可能有變冷的可能，但因無充分資料，無法證實。東邊的上升流減弱，不但使表層海水增暖，亦使深層營養鹽無法帶至表層，因而漁場消失。

以上所述乃為其基本現象，但實際自然現象遠較複雜。首先信風減弱，並非一下子全太平洋區域全減弱，而是發生在某一區間，而後漸擴展至其他地方。又如在某一區間季風減弱，其海洋反應訊號又如何傳遞出此區間，而海洋反應後是否對大氣有回饋影響？影響為何？這得靠大氣海洋學家的研究。

筆者曾以1982／83ENSO事件為例（Tang ＆ Weisberg, 1984），討論對一小區間風場異常（季風減弱）海洋的反應及其訊息傳遞。基本上是一向東傳遞的凱文（Kelvin）波及一向西傳遞的羅斯比（Rossby）波，將訊息傳遞出此小區間。東向傳遞的凱文波將東邊的上升流減弱，使東面海表水增暖，而此增暖現象又經海氣交互作用，使季風更進一步減弱（如減弱區間增大），然後季風進一步減弱，使海面水溫更加增暖，如此惡性循環，使近乎全赤道太平洋地區的季風全面減弱及東太平洋表面海水大量增溫，如此即產生了所謂ENSO事件。

在1982年實測資料顯示，季風異常減弱發生在大約五、六月間（見圖五），起始區間在大約國際換日線西邊。在開始僅為一小區間，季風減弱程度亦不大。但此區間會向東漸移，此東移現象加大海洋中的凱文波（詳情請閱Tang ＆ Wersberg, 1984）進而增加海洋增暖的幅度。而漸始此信風異常的小區間面積增大，信風減弱程度加大，ENSO因而發生。凱文波的波速大約每秒在2∼3m，橫跨太平洋大約需時逾一月。而早期的凱文波因季風異常區間小、幅度小所以並不明顯。故實際觀測到海水大量明顯變暖時，已是近十二月（見圖六）底了，此與早期記載時間相吻合。ENSO事件如何停止，至今仍缺少研究，但ENSO末期，在西太平洋出現的東風異常（即信風增強），可能是為海洋聖嬰的原動力，但東風異常如何出現，可能與季風為何減弱一樣，仍是謎！

信風為何在國際換日線西邊的一區間開始減弱，至今仍是眾說紛云。但有二現象最為科學家注目：即此區間本為表層海水最暖的區域──暖池（warm pool）；二為此區間常發生一陣一陣的西風，大氣學家稱之為西風爆發，其生命週期大致在一週左右。此出現的頻率強度或暖池的海水溫度變化，最為可能引起ENSO事件的起動力。但此二現象又與什麼有關？海洋學家如歐布萊恩（O'Brien）相信與高模的羅斯比波有關，大氣科學家認為此來自北方，但亦有人認為來自印度洋！國際合作計畫「熱帶海洋與全球大氣」（TOGA），期望由大量觀測資料及大型數值模式模擬，來揭開此一謎題！

ENSO對台灣的影響

台灣科技界或讀者，大概最關心的是ENSO事件對我國有何影響？肯定答案大概言之過早，但推論應是有影響，影響的程度可能不是很明顯。首先談大氣影響，上文中談到聖嬰發生時赤道東太平洋和中太平洋海面溫度升高，西太平洋海面溫度略為下降，降雨區從赤道西太平洋的印尼、新幾內亞和澳洲北部移到中太平洋和東太平洋原來乾燥的地區；而中太平洋和東太平洋海面溫度的升高，透過中太平洋哈德雷等環流的加強，使得中緯度地區的大氣環流加強，因而使得聖嬰的發生不僅影響了熱帶地區的氣候，也影響了中高緯度地區。

對於台灣的影響簡要地分析，大概可以說聖嬰發生時，台灣的梅雨季期間有較多的降水，冬季則會比較乾燥而溫暖。什麼原因造成這種傾向，則未做深入的探討。

至於ENSO對台灣附近海域的影響至今仍不很清楚，主要原因除台灣附近海域資料不足外，從赤道至台灣的海域仍是一片海洋研究的處女地。ENSO的影響是否向北傳遞？如何傳遞？至今幾乎無資料可估證。但從有限的資料及發表過的數篇論文，可推測當ENSO期間，冬季台灣東部黑潮上層水變冷，大陸東南沿岸水位下降；而唐存勇等人（1991）分析彭佳嶼海島在此期間風速減弱。此三者變化實際可能互有關連。如黑潮水變冷，同時大陸冷高壓減弱及位置偏北，使海洋與大陸間的大氣壓力梯度減小，壓力梯度減弱則盛行台灣附近的東北季風減弱，東北季風減弱則海水的艾克曼傳送量（Ekman transport，編註）減小，故堆積至大陸東南岸的海水量減小。但這大都屬推論或初期的研究。較確定的結論仍待有系統的研究。

台灣對ESNO的研究

中華民國在過去數年，經濟上的快速成長，已使它漸列入已開發國家，而必須承擔一些國際義務。再則ENSO對台灣雖無已知明顯的直接影響，但其對全球農漁牧業及經濟，都有或多或少的直接影響，身為貿易大國的我們，亦有必要了解它。

國科會目前同意支持我國大氣海洋科學家參與「熱帶海洋全球大氣」（TOGA）國際合作研究計畫。TOGA計畫下分許多子計畫，我國可能參與的子計畫為二：一為COARE，此計畫將密集觀測140^。E~180^。E間的大氣水文資料，密集觀測期為1992年底至1993年春初。此外為配合此計畫執行，我國中央氣象局亦希望與菲國合作，在菲律賓沿岸做氣象觀測，以期了解ENSO與亞熱帶太平洋之間的關連。另外一子計畫為TAO （Tropical Atmosphere-Ocean Array），此計畫乃施放資料浮球（ATLAS buoy）在整個熱帶太平洋上，以觀測季風及上層海水溫度的長期變化。中華民國海研一號研究船，將在可能的情況執行施放浮球及水文測量工作。

ENSO乃是一自然年際變化，其變化週期與人們習慣的作習不同，因而造成了一些不便及損害，但是否可稱其為一災禍，仍值得慎思！君不見古人視聖嬰為上帝的賜禮呢！冬季或許不適農牧生產，但無瑞雪又那來豐收？希望人們勿以大災禍，超乎尋常的態度來對待它。但不可否認地，我們期望此長週期的年際變化，能漸為人們重視因而得到較完善的了解。

編註：艾克曼傳送是指，由於風在海面穩定地吹送，造成的海水運動，其方向與風向成直角。

唐存勇任教於台灣大學海洋研究所；吳明進任教於台灣大學大氣科學系

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