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】