- 精選文章
文章專區
2021-01-01在北極乘浪破冰
613 期
Author 作者
陳妍榛、錢樺、郁瑞麟
近年來北極海海冰的面積不斷減少，且減少速度持續增加，科學家試圖找出可能的原因，而「海浪」則可能是其中最關鍵的角色。海浪結合空氣造成的壓力除了會打碎海冰加速融化外，海冰本身也會使海浪的能量持續傳播，並造成更大範圍的破壞。此外，海冰減少意味著海水面積增大，海浪的波高及波長變得更大，使海冰的生成減少。而中央大學地球科學院為了印證海浪的模式，研究團隊前進北極海，進行監控並取得更多第一手的數據與資料。
位在地理北極的北極海，或稱為北冰洋，海域面積約1400萬平方公里，平均深度約1200公尺。北冰洋海水表面有很大區域長期凝結成海冰，以極地冰帽與浮冰形式存在，而海冰面積不僅是氣候變遷的指標，也影響地球水循環。根據美國國家冰雪數據中心（National Snow and Ice Data Center, NSIDC）透過多重衛星遙測資料分析顯示，自1981年以來北極的海冰面積持續地減少，在2012年9月曾出現歷史海冰面積最低紀錄。這個紀錄有多低？事實上，北極海冰面積每年存在一個顯著消長循環：通常在3月開始融化，到9月時海冰面積為最小值。若聚焦於每年9月的年度最小值，從1981～2010年平均為633萬平方公里，但到了2012年9月卻只剩下338萬平方公里，幾乎減少了一半，相當於融化了約82個臺灣的面積！以去（2020）年情況而言，海冰面積是2012年以來最劇烈的下降。科學家推論北冰洋的海冰正在加速融化，即將面臨夏季無冰的情況。
不斷融冰的北極 融化速度到底有多快？
隨著北極海冰加速融化，北極浮現許多新議題，包括海上航線通航、自然資源開發與海洋環境保護等。北極海對於臺灣人而言，在地理距離上與情感熟悉度上都十分遙遠陌生，但這些議題卻會影響到臺灣的未來。以海上航運為例，海運向來是臺灣海洋藍色經濟最主要的產業，隨著北冰洋夏季無冰的到來，不具備破冰功能的尋常船舶也可以穿越北冰洋，此航線通稱為北方航道，而北方航道的開通有什麼重要性呢？
舉例來說，傳統上若要從基隆港船運至德國漢堡市，需選擇兩條路線，一為經麻六甲海峽再通過蘇伊士運河，經地中海抵達漢堡，全程約1 萬2千英哩；其次為經麻六甲海峽繞經非洲好望角，再沿非洲西部北上抵漢堡，全程約1萬7千英哩。但若選擇走北方航道的東側，則從基隆抵達漢堡僅需約8600英哩，這條航道除了將可節省大筆的燃油費用外，以船速24節計算，單航程即可分別減少5.5天與12.3天的時間成本，北方航道的西側由亞洲至美東也是如此。
由此而知，當北方航道開通後，臺灣傳統航線與北方航道並行，四通八達，將成為亞太海運的輻輳與樞紐，地理位置上具有極高的競爭性，在適當政策推動下將有機會成為亞太海運轉運中心。也就是說，氣候暖化造成北冰洋融冰，帶來變遷的同時也為臺灣帶來機會。
可惜的是，目前利用超級電腦架構的地球模擬器，納入了大氣與海洋動力及熱力耦合等複雜的機制，至今都還未能準確預測北冰洋海冰融解的速度，也就是說，觀測到的海冰融解變化總是比預測快得多。對此，科學家不斷反思，到底還有什麼因素沒有考慮到？科學家歸納了幾點可能原因，包括對於各種海冰表面的輻射反照率差異，以及向北冰洋供給熱量的大西洋暖流特性了解不夠等；另外，科學家也察覺到衛星遙測的海冰厚度有很大的不確定性。而令人驚訝的是，科學家發現波浪，也就是海表面的起伏現象似乎扮演了關鍵的角色。
都是波浪惹的禍！ 波浪也會加速融冰
波浪的能量與波高的平方成正比，當碎波時巨大能量釋放出來，浪花混合空氣產生的衝擊壓力作用，將冰緣與浮冰打碎並分解成更小體積的冰塊，加速冰的融解。……【更多內容請閱讀科學月刊第613期】