臺大解密太平洋低緯降雨帶系統

【本刊訊】臺灣大學地質系教授沈川洲與地質系研究團隊利用巴布亞新幾內亞東緣,近岸1660公尺深海底所獲得的海洋沉積物岩芯的地球化學紀錄,重建地球低緯重要降雨帶――間熱帶輻合區(ITCZ)遷移歷史,並且發現其變化是由地球繞太陽的軌道週期所控制,亦受到歐亞大陸的西伯利亞高壓的影響。研究團隊進而發現東亞–澳洲季風系統,兩者雖為相依的氣
候帶,卻有著不對稱的軌道週期特性。此研究在11月25日於《自然通訊》(Nature Communications)期刊中發表,且於11月27日獲Science期刊刊登。

臺大地質系表示,地處西南太平洋的間熱帶輻合區的巴布亞新幾內亞,其泥沙侵蝕量為全球第一。每年2000毫米以上的充沛降雨量,強烈侵蝕巴布亞新幾內亞高聳山陵,將大量泥沙帶入海洋,河水中同時攜帶著溶解的稀土族元素,而生長於海表的浮游性有孔蟲在製造碳酸鈣殼體時,也記錄了當下海水中的稀土族元素成分特徵。研究團隊分析海洋沉積物岩芯中,不
同年代的浮游性有孔蟲碳酸鈣殼體之稀土族元素含量,才得以還原此區域降雨變化及低緯降雨帶的遷移歷史。

海洋浮游性有孔蟲殼體中的稀土族元素含量非常低,在過去要精確的分析如此微量的元素是相當困難的,但是沈川洲研究團隊自2007年起開始進行精準地分析碳酸鈣標本中的稀土族元素技術開發,已於2011年發表在分析化學界最重要的期刊《分析化學》(Analytical Chemistry)中。此技術對於這次的發現具有相當的重要性。

地球的長期氣候波動受到地球繞日的不同週期所控制。低緯地區主要受「歲差」影響。夏季時,太陽輻射量增強,陸地升溫,造成低緯地區明顯海陸溫差,形成季風;源自海洋的大量水氣,飄移到內地,造成季節性降雨。然而,研究團隊發現,不同於東亞夏季季風,同屬於東亞–澳洲季風系統的南方澳洲夏季季風,竟然更受到地球自轉軸傾斜角度週期控制。

結合海洋紀錄與氣候模擬,團隊發現,當地球自轉軸傾斜角度較大時,12~2月的北半球高緯地區吸收到的日照總量非常少,會造成極度寒冷的歐亞大陸西伯利亞高壓帶,進而增強東亞冬季季風強度,將西太平洋低緯降雨帶推向更南方。相反的,澳洲面積遠小於歐亞大陸,而且地處中緯度,所以影響高緯地區的「傾角」軌道力,很難透過澳洲冬季季風,影響東亞
夏季季風變化。

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