列印 

背景說明及目的

資料顯示過去一百多年的氣候有許多明顯的多年代、年代際與年代變化,如大西洋多年代振盪(Atlantic Multidecadal Oscillation, AMO, e.g. Kushnir 1994,Schlesinger and Ramankutty 1994, Kerr 2000, Delworth and Mann 2000, Gray et al.2004)、太平洋年代振盪(Pacific Decadal Oscilaltion,PDO; Mantua et al. 1997)、北極振盪(Arctic Oscillation,AO; Thompson and Wallace 1998)等。這些年代(際)振盪不僅影響全球氣候,對區域氣候影響也十分顯著。如AMO 與PDO 可能是造成歷史上北美巨型乾旱的可能原因,AMO 對北美與歐洲的氣候有顯著影響(e.g.,Venegas and Mysak 2000, Sutton and Hodson 2005, Trenberth and Shea 2006),PDO影響北太平洋兩岸的天氣、氣候與生態(e.g.,Venrick et al. 1987, McFarlane andBeamish 1992, Mantua et al. 1997)。東亞與台灣氣候變化也有顯著的年代變化,如1976/77 年前後的氣候遷移(Trenberth and Stepaniak 2001),1950 年代初東亞夏季氣溫顯著上升(Hsu and Lo 2008),1980 年代後期全球與東亞冬季氣溫的顯著上升以及北台灣冬季雨量的增加(Lo and Hsu 2010,Hung and Kao 2010),PDO 對台灣春雨的影響(Hung et al. 2004),NAO 對台灣寒潮的影響(Hong et al. 2008),南太平洋年代振盪(South Pacific Decadal Oscillation)對西太平洋沿岸雨量的影響(Hsuand Chen 2011)等。這些年代(際)變化與振盪通常與海溫的年代(際)變化有關,不見得與人為全球暖化有關。
最近研究顯示,1980 年代以來全球快速暖化的趨勢,可能不盡然是人為溫室效應的影響,而是部分受到自然氣候變異的影響 (e.g. Ting et al. 2009, Lo andHsu 2010, Delsole et al. 2010)。Ting et al. (2009) 發現大西洋快速暖化與AMO 有密切關係,其振幅在30 年內遠大於人為溫室效應的影響 (圖4.29a)。Delsole et al., (2010) 進一步發現多年代內部結構 (Internal Multidecadal Pattern)對過去30 年的全球溫度上升的貢獻約為0.08℃(10yrs)-1,與人為溫室效應的貢獻0.1℃(10yrs)-1 相當。因此,IPCC 第四次評估報告的暖化趨勢有加速趨勢的說法雖然正確,但是可能是人為溫室效應加上自然氣候變異所造成。若以過去百年溫度上升0.7℃而言,則非IMP 或AMO 所能解釋,因此仍然極可能是以人為溫室氣體的貢獻為主。吾人必須了解此一現象,以便更清楚地了解造成近百年氣候變遷的主要原因,以及其對未來氣候變遷的可能影響。無論檢視過去氣候變化或推估未來氣候變遷趨勢,吾人都需考慮年代際的影響,因為年代際振盪造成的是近期影響,人為溫室效應則是遠期影響。年代際振盪的影響不僅不可忽視,甚至可能提供較為準確的近期氣候推估。IPCC 已經將年代預報納為重要的研究方向,並將於第五次評估報告首次提出研究成果。


研究方法、進行步驟及執行進度

本部分研究將進行下列工作:

  1. 診斷分析歷史氣候資料中的年代際變化特徵與型態,研判其海氣結構間的交互作用,建構可能的運作機制。
  2. 由於具有較長的記憶力,海洋極可能是大氣年代際變化的主要驅動力,本研究將以觀察到的海溫變化驅動全球大氣模式,進行機制性模擬。
  3. 診斷分析本計畫利用 CCSM(或改良後的模式)進行的長期氣候模擬所產出的資料,以及CMIP3/CMIP5 的氣候模擬與推估資料,評析模式模擬年代際現象的能力。
  4. 比較 CMIP3/CMIP5 模擬的工業革命前與20 世紀模擬資料,前者沒有人為因素的影響,後者則包括工業革命之後的人為與自然影響。比對兩類實驗可以研判模式中的年代際變化是否受到人為暖化的影響,以及自然變遷與人為變遷的相對重要性。
  5. 分析不同未來情境的 CMIP3/CMIP5 氣候推估資料,研判主要年代(際)結構的變遷,並分析其對短期氣候變化與天氣現象的可能影響。
 

所用資料與方法如下:

利用EOF、SVD、wavelet、HHT(EEMD)等方法,分析下列資料診斷年代(際)變化的特徵:
  1. NCEP、ERA40、20 Century Reanalysis 等大氣資料
  2. CRU、HadISST、APHRODITE 等由測站資料整理出的全球或大區域網格資料
  3. SODA、GFdiv、OFES 等利用海洋模式同化系統產出的海表與海下的長期資料
  4. CCSM/CESM 長期(數百年)模擬資料
  5. CMIP3/CMIP5 模擬資料,包括工業革命前與20 世紀模擬,以及情境模擬資料
本項研究將以滾動的方式進行,不易分年切割研究項目,將視需要隨時比對觀測與模擬資料以及進行必要的數值機制模擬。