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厄爾尼諾現象與全球氣候關冠華
自從1997年的厄爾尼諾現象為世界各地帶來了異常氣候和帶來重大經濟損失後，「厄爾尼諾」這個名字自此便為人所熟悉。現在，即使有一點異常天氣，人們都不其然地把這些異常天氣的出現歸咎於厄爾尼諾現象。但姑勿論如何，厄爾尼諾現象能引致氣候異常是無庸置疑的事。所以，科學家們都密切監測厄爾尼諾現象的發生，以防止厄爾尼諾出現時會為人們帶來重大損失。而為了讓大家更了解這個近年大家常常掛在口邊的現象，這章將跟大家簡單介紹厄爾尼諾現象的本質和對氣候的影響。
厄爾尼諾現象(El Nino)的來歷
其實，厄爾尼諾這「東西」並不是近年來才突然冒出的「怪胎」，其實早於十六世紀時，南美洲秘魯人已察覺到有這個現象存在。而由於近幾十年來科學技術的進步，令科學家開始了解到原來厄爾尼諾現象不單會為秘魯帶來重大影響，還會為全球氣候和社會經濟帶來影響，所以科學家們便開始經常提及這個名詞。同時，由於1997-98年的厄爾尼諾現象所引起的災害又對全球構成廣泛破壞，影響世界經濟，再加上傳媒又大肆報導這次厄爾尼諾對世界各地所構成的影響，所以世人便逐漸了解到這個現象的存在。
早在十六七世紀，為於東太平洋的國家，秘魯，由於受到西班牙的殖民統治，所以這個家便深深受到西班牙文化的薰陶，因此國民大多操西班牙語及信奉天主教。另一方面，由於秘魯位處於太平洋海岸，因此有不少國民都依靠漁業為生。在秘魯對開的太平洋，由於有一支清涼而富營養的海水從海底湧上來
(見圖二向上的箭頭)，使大量海洋浮游藻得以生長，並令漁類的繁殖十分旺盛。所以，秘魯漁民在此捕魚，他們多能獲得豐富的漁獲。而單單就這個海域而言，它便佔了世界海洋捕魚量的16%，故這區亦是世界上主要魚場之一。但好景不常，秘魯漁民發現每隔大概三至七年，那裡原來豐富的漁獲會大大減少，而這對他們的影響可謂是災難性的—不但影響了漁民的生計，還會影響到秘魯的經濟和民生。由於這現象通常出現於聖誕節期間，因此，受濃厚宗教思想薰陶的秘魯漁民想信這個是一個神蹟—而他們則把這現象稱為「聖嬰」現象。所以，每逢聖嬰的出現，他們便會拜祭「聖嬰」，以祈求他們的漁獲早日恢復。而
El Nino(厄爾尼諾)一詞是西班牙文，是「天父之子」(Christ Child)的意思。厄爾尼諾現象的發生
其實秘魯海岸漁獲減少的原因，是因為海水溫度上升、
令漁類及漁類愛吃的浮游藻(phytoplankton)不能在較暖的水溫下生存之故。於是，魚類會因缺乏食物而大量死亡，而依賴魚類維生的海鳥亦會因缺乏食物而數目大減。而在海洋學上，厄爾尼諾現象是指南美秘魯或厄瓜多爾附近海面上大約1000公里左右範圍內，海面溫度呈現增高2-
4℃的現象。
一般而言，太平洋中部及東赤道地區表面海溫（SST）是攝氏15－21度，但厄爾尼諾出現時，海水溫度則會上升攝氏2-
4度，達22℃-
26℃。雖然這個溫度差別對我們而言並不算太顯著，但卻已足夠對全球構成很大的影響。
圖一: 「聖嬰」區域。為方便觀測和監視厄爾尼諾現象的發生，科學家遂把赤道太平洋一帶劃分為四個區域，分別為Ni
no 1, Nino 2, Nino 3, 及Nino 4。這四個域被認定為監視海溫變化的重要區域。(圖片來源http://www.pmel.noaa.gov/toga-tao/el-nino/gif/ninomap.gif)
圖二：沒發生厄爾尼諾時的赤道太平洋
(
圖片來源: http://www.fg.tp.edu.tw/~earth/learn/elnino/ensoap1.htm#)[鳴謝:台灣經典雜誌及北一女中地球科學學習網站容許轉載以上圖片]
圖二說明了在正常情況下的大氣環流。在正常情況下，由於地球由西向東自轉的關係，赤道一帶受太陽加熱的海水會因慣性關係而往赤道太平洋西部堆積。於是，太平洋西部會形成一廣闊的暖水區域，稱為暖池(warm pool)。這一廣闊的暖水區域會促使其對上的空氣便受熱上升，並形成大量降水雲團；上升的空氣更會令赤道一帶吹起一支由東向西的赤道太平洋信風，以補充該處上升的空氣；同時，這西風更會加強海水的堆積作用，並令赤道西太平洋海水比東太平洋高出不少於 20厘米。而且，由於赤道海水往西流的關係，赤道東太平洋會有一支從海底往水面流動的湧升流(
upwelling)補充流走的海水。這湧升流會令不但會該區海水較冷，而且它還會把海底豐富的養份帶到水面，令該區的海洋生物得以大量繁殖。另一邊廂，在印尼一帶上升的空氣則會在赤道東太平洋下沉，並令該區較為乾燥。因此，赤道西太平洋的降水雲則會為澳洲北部及印尼一帶帶來豐富降水，而赤道東太平洋則會缺少雨水。這經向(東西向)的大氣循環就是著名的沃克環流(Walker Circulation)。
然而，這經向的大氣循環
(即東西向的大氣運動)形成了一個
顯著的地理特徵：印尼一帶因充沛的雨水而形成熱帶雨林，而秘魯一帶則因空氣下沉、再加上由南極往赤道方向流動的洪堡洋流(Humboldt
Current)
所帶來的冷海水令該區空氣穩定、缺少空氣的上升運動，並引致降水難於發生，令氣候乾燥。南美洲著名的亞塔卡瑪沙漠(Atacama
Desert)就此形成。
圖三：厄爾尼諾時的赤道太平洋
(
圖片來源: http://www.fg.tp.edu.tw/~earth/learn/elnino/ensoap1b.htm)[鳴謝:台灣經典雜誌及北一女中地球科學學習網站容許轉載以上圖片]
可是，基於某些原因，這支維持暖水在赤道西太平洋堆積的信風會突然減弱。這突然減弱的信風會產生一個名為開爾文波
(Kelvin Wave)的海洋波動。開爾文波是經由赤道附近由西向東吹的海面風刮起來的。原本赤道太平洋的東風會令海水在赤道西太平堆積，但西風爆發(Westerly wind burst)會將暖水推向太平洋中部，而促使當地的海水溫度上升；而且，信風的減弱會令在赤道西太平洋堆積的海水向東傾瀉，並產生開爾文波，並迫使東太平洋的斜溫層(海水溫度有明顯差別的層面)下降及令當地的海面溫度增加。於是，赤道西太平洋原先暖水的區域會往東移，並同時使整個降水區域同時向東移。由於降水區的移離，因此會引致原先擁有豐富降水的澳洲北部及印尼一帶發生乾旱，但令一方面卻又會為原先比較乾旱的南美洲西部帶來大量雨水，並令當地(秘魯及厄瓜多爾一帶)發生水災及山洪暴發。這就是厄爾尼諾現象發生的過程。以上題到的開爾文波橫越太平洋的時間約需兩個半月。當它形成時，不論季節皆會向東傳。可是，並不是每一個開爾文波都會產生厄爾尼諾現象的。
當開爾文波抵達南美洲沿岸時，它會向南和向北傳至北美洲和南美洲。同時，它也會產生一個反彈的、向西傳的羅斯貝波
(Rossby Wave)。但是，羅斯貝波的傳播速度只有開爾文波的三分之一。所以，要橫渡太平洋便需九個月之久。羅斯貝波會將赤道西太平洋的斜溫層壓低，所以有人認為，羅斯貝波會令厄爾尼諾消散。南方濤動
(Southern Oscillation)與遙相關(teleconnection)事實上，厄爾尼諾現象所引起的短期氣候改變其實不單會影響到太平洋沿岸國家，全球很多地方也會間接受到影響。這是因為在厄爾尼諾影響下的大氣循環會擾亂全球正常的大氣循環，使地球很多地方出現異常氣候。例如正常多雨的地方會發生乾旱，本來寒冷的地方會變得異常寒冷……等等，並繼而影響經濟及糧食生產、甚至威脅人們的生命。
就以印度作為一個例子。儘管它離開太平洋有一段距離，但是印度仍可受到厄爾尼諾引致的大氣循環異常所影響。我們知道，印度的地理位置正處於一個受季候風影響的區域，而農作物收成的好與壞與夏半年印度季風息息相關。在正常
情況下，印度季風每年能為印度次大陸帶來充足雨水，並讓農民有充足水源灌溉農作物；但是，如果夏季雨水少，則很有可能造成旱災與飢荒。因此，印度當局向來都十分重視長期天氣預報。
在
19世紀時，印度仍是英國的殖民地。1877年，由於印度季風呈現不正常狀態，那裏經歷了重大失收，並影響到社會的穩定性。英國政府為保障當地人民的福祉，他們遂於當地設立了氣象觀測所，以了解如何能預先防範因氣候異常所帶來的農作物失收。1904年，英國一位數學家暨氣象學家沃克爵士(Sir Gilbert Walker)被委派為印度氣象局局長。他在任內的主要工作是預測亞洲季風的變化，以防因季風異常而帶來農業失收及經濟損失。當時，他取了全世界的氣候資料作為其研究用途，他發現世界上廣大地區、不同氣象觀測站的氣象要素(例如氣壓、降水)的變化有同時和非同時的關係。而且，他亦發現南美洲至印度澳洲一帶呈蹺蹺板的氣壓變化(即兩地「一上一落」的氣壓差異)與全球天氣的變化有著密切的關係：尤其是他留意到每幾年赤道東風減弱時，印度及澳洲將會遭受乾旱打擊。他把這個南太平洋的大氣氣壓變化稱為南方濤動 (SO, Southern Oscillation)(圖四)。由於南方濤動伴隨著厄爾尼諾現象的出現，因此海洋溫度和大氣氣壓兩者息息相關：當海水溫度較暖時，其對上的氣壓則因變暖而下降，反之亦然。故此，厄爾尼諾現象又稱厄爾尼諾—南方濤動ENSO, El Nino-Southern Oscillation。
沃克在其後期的研究中表明，地球大氣是一個整體，一個地方的天氣變化，是受全球天氣變化所影響的。這個現象稱為遙相關(teleconnection)。現在我們知道當赤道東太平洋洋面溫度有所變化時，它同時會改變大氣中行星波(planetary Waves)，例如影響中緯度的西風長波槽的傳播，所以也會影響到中緯度地區的天氣。於是赤道洋面溫度的效應就這樣傳到了地球上的另一個角落，導致那個地方的天氣及氣候的變化。
厄爾尼諾現象對全球氣候之影響
厄爾尼諾對地球環境生態所構成的影響可謂是多方面。但它最主要的影響卻在於它會為不同地方帶來異常多雨，乾旱，異常高溫或異常寒冷的氣候，造成直接經濟損失，以及威脅人們的生命財產。同時，它亦引致農作物失收，繼而影響經濟及令食品供應減少，令某些地方發生飢荒。在1997-98年，厄爾尼諾所引起的經濟損失估計達一千億美元，比起1982-83年的強厄爾尼諾所引起的損失還要大，而傷亡人數更是難以估計。以下列舉的是其中一些厄爾尼諾比較顯著影響：
1. 秘魯及哥倫比亞一帶
位於南美洲西岸一帶的國家是受厄爾尼諾影響最顯著的地區。每逢厄爾尼諾現象出現時，當地多會發生水災及山洪暴發。同時，水災亦會引致霍亂、瘧疾或登革熱等疾病的病例增加。另外，暖水會使南美的漁獲量大減，影響以漁業為生的人的生計。這是因為原有的食物鏈、生物習性遭到破壞之故。
2.印尼及澳洲
厄爾尼諾會引致此兩地發生乾旱，令農作物失收。同時，乾旱亦會引致山林大火一發不可收拾，其中
1997年的印尼山林大火，更令東南亞一帶的空氣受到嚴重污染。這次山林大火共使15000人因呼吸系統或眼部不適而要前往求診。長遠而言，雨林面積的減少更會對全球氣候構成不利的影響。3.非洲
同樣，厄爾尼諾亦會引致東非發生乾旱。而在
1982-83的厄爾尼諾年，因乾旱所引起的農作物失收更引致埃塞俄比亞及中非的薩赫勒地帶(Sahel)發生大饑荒。但另一方面，它卻又會使非洲中部發生水災，而在1997-98年，厄爾尼諾便為蘇丹及肯亞帶來大雨，令農作物失收。4.美國
厄爾尼諾能使美國東北部及西北部較正常溫暖，而美國南部則較正常潮濕，而密西西比河則可發生洪水；美國西南部熱浪來襲，冬季風暴增多，但颶風活動則減少。
圖五
厄爾尼諾對全球氣候的影響(
圖片取自: W. L. Chang, Some Impacts of El Nino and La Nina Events on the Weather of Hong Kong. Hong Kong Observatory, pp.14)[鳴謝：香港天文台容許轉載以上圖片]
厄爾尼諾對香港氣候所構成的影響
由於地理位置的關係，過去的厄爾尼諾現象都未有對香港構成重大影響。
但是，在厄爾尼諾現象影響下，香港的雨水通常會比平均值高。這是由於厄爾尼諾所引起的下沉氣流會加強西南季候風(一支經常為香港帶來雨水的夏季季節風)，
為華南一帶帶來大量濕氣。例如1997年的厄爾尼諾現象便為香港帶來自開埠以來最多雨水的一年，共錄得3349.5毫米雨量，破了1982年的3249毫米的雨量記錄(有趣的是，1982年亦是厄爾尼諾年，可見在厄爾尼諾現象底下，香港雨水會較多)。同時，它亦使香港的冬天較遲來臨，而冬天的溫度亦要比正常溫暖，平均氣溫或會比正常高攝氏1-2度。
圖六
厄爾尼諾和拉尼娜年的雨量(
圖片來源：香港天文台) [鳴謝：香港天文台容許轉載以上圖片]
在熱帶氣旋活動方面，由於厄爾尼諾所引起的下沉氣流會令東亞一帶氣壓較高(參見圖三)，因此香港會受到較少熱帶氣旋影響。例如1997年的強厄爾尼諾年，就只有兩股熱帶氣旋令香港天文台有需要懸掛熱帶氣旋警告訊號。而且，在正常年份下，有一些熱帶氣旋會從西太平洋進入南海、繼而影響香港的天氣；但是，1997年影響香港的兩股熱帶氣旋均是形成於南中國海，可見厄爾尼諾同時會影響熱帶氣旋的形成地點和移動方向。再者，熱帶氣旋影響香港的時間亦可能會較遲，例如在1997年的厄爾尼諾年下，香港在7月31日才掛起當年內第一個一號風球。
拉尼娜現象(La Nina)
拉尼娜(
La Nina)一詞，同樣為一西班牙文，是小女孩的意思。在拉尼娜現象下，赤道東太平洋的海水溫度會比正常冷。由於拉尼娜所呈現的狀態剛好與厄爾尼諾現象相反(在厄爾尼諾現象下，海水溫度會比正常暖)，所以，她又可稱為反聖嬰(El Viejo)(El Viejo亦是一西班牙文，解作「老人」)、冷事件(Cold event/episode)。和厄爾尼諾現象一樣，拉尼娜現象所引起的異常氣候均是由海水溫度變化引起。一般來說，南美洲西部對開的南太平洋水溫為15° C - 21° C，至中太平洋時則達可達到攝氏 25° C；在厄爾尼諾時，中太平洋的暖水區域會擴大，但在拉尼娜時暖水的區域會縮小，水溫亦會下降攝氏 4° C。這個水溫的下降現是由於赤道東風增強所致，並令更多的暖水往赤道西太平洋漂移，並令更多的冷水從秘魯對開的深海湧上來補充流走的海水。一般來說，拉尼娜現象每三至五年便會發生一次，
每次維持的時間由九個月至兩年不等。跟厄爾尼諾現象差不多，它通常於年中開始出現，其極值則出現於年尾，並於來年消散。然而，由拉尼娜現象所帶來的氣候負面影響並不及厄爾尼諾現象那麼嚴重，但通常拉尼娜會加強一個地方的氣候特徵，例如一個本來潮濕多雨的地方在拉尼娜現象影響底下會更潮濕多雨。所以，在拉尼挪現象下，東南亞、澳洲一帶會較潮濕多雨，而中太平洋區域則會變得較乾燥。
最近拉尼娜出現的年份為1950, 1954, 1970, 1973, 1975, 1988, 1995, 及1998年。
圖七
在拉尼挪現象影響下，赤道中太平洋的水位及水溫會較正常為低。(
圖片來源: (JPL, NASA. http://topex-www.jpl.nasa.gov/enso97/el_nino_1997.html)
結束語：對厄爾尼諾現象的一點反思
由於厄爾尼諾是一個自然現象，所以它為全球各地帶來反常的天氣亦是無可避免。但值得我們留意的是，為什麼過去多年來厄爾尼諾出現了這麼多次，但為何厄爾尼諾似乎好像一次強過一次？那到底是厄爾尼諾本身變強，定還是人類活動加劇了這個現象為我們所帶來的惡果？但科學家一般相信，厄爾尼諾本身其實並沒有加劇(但當然厄爾尼諾亦有強弱的週期)，只是人為活動，例如工業化和汽車數目增加，使排放到大氣的二氧化碳增加。於是，大氣中的二氧化碳的含量增加，造成地球氣溫輕微上升。於是，當厄爾尼諾來臨時，受厄爾尼諾現象而變暖的地方會變得更暖，雨水多的地方會變得更多雨水。
但姑勿論厄爾尼諾對我們的影響是否因人類活動而加劇，我們可肯定的是，人類破壞環境亦會使厄爾尼諾對人們的影響更加劇烈。就以
1998年的長江水災為例，我們知道這次水災是本世紀其中一個最具破壞力的洪水，而中國官方及傳媒則指出這次洪水是由厄爾尼諾所致。但想深一層，其實人為建設又是否加劇這次大洪水的其中一個因素？我們知道，長江中下游在近十多年間經歷了重大經濟發展，部份原為農田及漁塘的用地被人用混凝土填平，然後再被人在其上建房子、工廠、道路 ，但混凝土的石屎地又不容許雨水向地下滲透、儲存，於是多餘的雨水唯有流到大水河道，另河水水位更高；再加上在長江兩岸的樹木因人為因素而被砍伐，多餘雨水不再被樹木所吸收，而泥土又因缺少樹林的遮蓋而被雨水沖進河道，而多了的雜質則令河床及河水升高，所以當暴雨降臨大地時，洪水便來得特別猛烈了。很幸運，我們的居住地—香港，並不用經歷重大天災，而且厄爾尼諾現象的出現亦沒有對我們構成顯著的影響，只是潮濕一點、少一點打風的日子、和冬天暖一點罷了，但是否這就代表我們對一些自然現象不用關注？雖然在這個時代裏有很多時時刻刻影響著我們生活的問題，例如食物及環境污染、人口過剩、全球暖化……等問題亦值得我們關注，但我們亦必須意識到，其實近年厄爾尼諾這自然現象的加劇正是對我們的一點警示：如果我們過度地改造自然，大自然必會作出反擊—那就是厄爾尼諾會為我們帶來更大的破壞。那麼，到底我們應怎樣改造自然，才能令人與大自然之間和諧共處，又能使我們的生活水準提高？這個問題，雖然沒有一個標準的答案，但無論如何，學習怎樣建設這個世界是每一個地球人在二十一世紀最大任務，因為我們相信，隨著世界越趨複雜，世界對我們的挑戰亦越來越多，無論是人為的、定還是自然的。所以，我們不妨在工作之餘，多點了解身邊發生事情，多點接觸身邊事物，這不但對我們自己及下一代有好處，亦對我們居住的地球有好處。
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