台灣周邊海域列入警示範圍:七月沒有颱風對「珊瑚白化」有什麼影響?

台灣周邊海域列入警示範圍:七月沒有颱風對「珊瑚白化」有什麼影響?
圖片來源:NOAA

我們想讓你知道的是

全球氣候系統運作已偏離常態,如果仍無法有效控制溫室氣體排放,未來海溫飆高的狀況恐成為常態。

議題背景

美國國家海洋暨太氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration, NOAA)的珊瑚礁觀測系統,是以衛星監測海水表面溫度,並標示水溫較高、可能導致珊瑚白化的海域。NOAA的警告分為三個等級:

  • 警示(warning):意味可能發生白化
  • 警報等級1(Alert Level 1):意指可能發生明顯的珊瑚白化事件
  • 警報等級2(Alert Level 2):可能有嚴重的珊瑚白化狀況,同時可能導致珊瑚大量死亡

根據NOAA在2020年7月22日的數據顯示,整個台灣周邊海域都已在警示範圍(如下圖)。在台中以南的海域,包含墾丁、小琉球、台東等地區海域都已進入警報等級2,若是持續加溫,將導致珊瑚白化死亡。我們邀請專家解析海洋表面溫度升高,且今年截至7月底為止尚無颱風進入,對珊瑚白化的影響。

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圖片來源:NOAA

謝宜桓(台灣大學氣候變遷與永續發展學位學程專案助理教授)
2020年7月24日

今(2020)年截至目前(7月24日)為止,根據科羅拉多州立大學的統計數據,西北太平洋地區被命名的颱風個數僅有兩個(註1),遠低於過去平均值(7.1個);目前大氣科學家們的主要解釋為:近期西北太平洋地區的西南季風強度偏弱。

下圖為今年西北太平洋地區西南季風強度(註2)。圖中顯示,截至目前為止,今年的西北太平洋季風強度(圖中紅線)自四月開始遠低於氣候平均值(圖中藍線)。而從天氣圖中顯示,有利於颱風形成的環境,可以產生旺盛對流雨雲系活動的季風槽,目前並未明顯於西北太平洋地區出現。

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圖片來源:謝宜桓
圖:2020年西北太平洋地區西南季風強度

總而言之,截至目前為止,西北太平洋地區有利颱風形成之範圍,較往年來的小很多,因此不利於颱風形成於此區域(即颱風形成機率低),故颱風個數非常少(僅2個),且颱風形成後皆無往台灣方向移動。

此外颱風經過後,因為強風速所造成的局部海水環流,攪動海水,讓下層冷海水向上,的確會造成海表溫度降低。

唐川禾(海洋生物博物館助理研究員暨東華大學海洋生物多樣性及演化研究所副教授)
2020年7月27日

近日(2020年7月)南海表層水體,已達NOAA珊瑚白化警示二級的溫度條件,預告引起的珊瑚危害效果將非常嚴重。目前南海海域水體仍持續增溫當中,後續恐出現高於往年的水溫,這符合受到太平洋高壓異常籠罩下的海溫條件,例如:缺乏颱風驅動深冷海水降溫的現象,以及晴空加速日照增溫效果。顯見全球氣候系統運作已偏離常態,如果仍無法有效控制溫室氣體排放,未來海溫飆高的狀況恐成為常態。

台灣整個西南海域大致上都已達警示二級的海溫條件,但在內波引起湧升流,亦或洋流的降溫緩和下,台灣幾個主要珊瑚礁海域水體的海溫條件,尚低於警示二級,不過也多已達到警示一級。

然而,就貓鼻頭至鵝鑾鼻間沿岸珊瑚群聚的狀況來看,日前僅現出部分初期白化與零星全白化珊瑚株。不幸地,事隔數日後,此區域之珊瑚目前已大幅度白化,規模恐不亞於以往記錄。以我的研究樣區眺石為例,當中的列孔珊瑚族群幾無一倖免。

珊瑚熱白化肇始於共生藻的光生理功能不良,造成珊瑚氧化壓力升高,並伴隨抗氧化能力的消耗,產生細胞損傷。而後影響多重細胞功能的運作,使細胞處於生理緊急狀態,最後引發珊瑚白化的細胞過程。基於原生亦或現實生理條件的差異,珊瑚種類或生長環境不同,對於熱緊迫的抵抗力與耐受力,以及後續的復原能力也不同。

環境暖化已使珊瑚出現物種篩選的現象,導致珊瑚群聚傾向以熱適應力亦或耐受力強的物種為主,這將大幅降低珊瑚礁生物多樣性。此外,同樣處於暖化的威脅,遭受污染環境中的珊瑚群聚,呈現出較嚴重退化或甚至快速瓦解的情形,顯見熱緊迫複合海域環境品質的整體效果是不容忽視的。在環境暖化緩和下來之前,維持良好的珊瑚礁環境品質,則能為許多珊瑚留下一線生機。

鄭明修(中央研究院生物多樣性研究中心研究員) 
2020年7月28日

有關台灣周邊海域,包括南海的東沙環礁、太平島等都已經出現海水溫度30℃的紀錄,目前墾丁(恆春半島南向海域,包括貓鼻頭至鵝鑾鼻沿岸水深6m以淺,均有珊瑚白化現象,最深10處只有尖枝列孔珊瑚群體白化);小琉球和澎湖南方四島(東、西吉)白化現象較為明顯。

澎湖本島青灣北岸至風櫃(2020.7.27)潛水實測只有些許珊瑚白化現象,東沙島在環礁大潟湖內(2020.7.18拍攝)已有30-40%珊瑚白化,據現場研究學者調查珊瑚在7月10日已經有明顯白化。根據目前觀測和現地調查結果,上述測點海水溫度均已超過30℃,比較水溫和珊瑚白化面積尚未超過1998年。

今年7月西太平洋無颱風和太平洋高壓籠罩,台灣在無低氣壓和颱風干擾情況下,才造成海水溫度上升。陸地上氣溫亦不斷破紀錄,在7月17日台北市氣溫39.7℃破124年來記錄。

珊瑚嚴重白化會使大量珊瑚群體死亡,造成該區海洋生態系崩毀及食物鏈瓦解,以東沙環礁1998年白化至今22年來,尚未完全恢復過往的豐富多樣。

目前仍無法以人力抽冷水來幫大海降溫,人類只能節能減碳,降低污染大氣,小心不要讓《明天過後》的電影情節成真。

曾于恒(台灣大學海洋研究所教授)
2020年7月28日

最近美國國家海洋暨太氣總署的珊瑚礁觀測系統,對著名的珊瑚大三角區域發布可能產生珊瑚白化危險的警示。特別是台灣南端南海北部區域,包含墾丁、小琉球等地區海域都發布2級警報(Alert Level 2),代表可能會有嚴重的珊瑚白化狀況,持續溫度增加非常可能導致附近珊瑚白化大量死亡。

珊瑚白化與其周遭海洋環境有很大的關係,主要是由水溫升高造成珊瑚蟲開始驅除體內的藻類,因而呈現白色。通常快速的溫度變化並不會造成白化,但是持續的異常增溫則是造成大量白化很重要的原因,單純的變白並不意味著珊瑚蟲的死亡,卻會將它暴露於危險中。

自從2016年赤道太平洋強聖嬰事件發生後,全球氣候又有了一個很大的變化,整個北太平洋海洋溫度持續增加,高於往年的氣候平均狀態,北太平洋最近幾年的海洋高溫,也激發不少如野火般摧毀生態的海洋熱浪。

特別是台灣南端南海區域,受到這兩年連續聖嬰事件影響,使得南海夏季的增溫比過去更高;再加上剛好今年夏天梅雨鋒面滯留在華中地區,造成長江沿岸水患。

過去由暖空氣形成的太平洋高壓(又稱副熱帶高壓,約在北緯30度的位置成形)在夏季時,會逐漸往緯度更高更北邊的方向移動,而今年增強的太平洋高壓影響範圍非常偏南,停留在台灣東北海域,且幾乎整個西北太平洋上都是高壓範圍。(註3)

就算西北太平洋海洋有很充裕的海洋能量可以增強颱風,但如此大範圍偏高壓的大氣環境讓颱風連生成的機會都沒有。也讓今年7月的台灣格外炙熱,7月份台灣各地的溫度一再打破過去紀錄的高溫,沒有颱風生成的西北太平洋,也失去了讓海洋冷卻的機制。

其實颱風及聖嬰現象的形成、發展與消散都非常仰賴強烈的海洋與大氣的交互作用。這樣的交互作用環環相扣,全世界已經沒有一個地方,可以擺脫今天地球上正在變暖的趨勢。

這些氣候變化將會不斷加劇極端天氣事件的發生,海洋熱浪、水災、風災、乾旱等等事件更為頻繁。雖然21世紀初期,有一段短暫暖化停滯的狀態,但是近幾年全球氣候的變異,我們其實已經不需爭論到底這些年來的暖化,是來自人為或是自然界本身的變異了。因為長期持續的暖化已經大幅度增加極端事件,現在要慎重考慮的,反而是我們該如何調適這樣的變化。

  • 相關利益聲明:我是研究海洋環境、氣候變遷以及海氣交互作用的研究人員,無任何利益關聯。

陳昭倫(中研院生物多樣性研究所研究員) 
2020年7月28日

DHW(Degree Heating Week),是NOAA用以評估珊瑚白化風險與溫度累積效應的指標,計算的方式是將海水溫度減去閾值,再乘上星期,得到的數字以攝氏度/週為單位。若數字超過4有嚴重的珊瑚白化風險,超過8則會看到廣泛的珊瑚白化甚至死亡的情況。(註4)

根據NOAA於07月27日更新的資料,台灣周遭海域四個測站的DHW多已超過4,北台灣(東北角)的DHW為4.166;南台灣(嘉義、高雄、屏東、台東、花蓮)為10.454;東沙環礁為9.591;南沙太平島為10.136。(註5)

目前,澎湖東吉、西吉、東嶼坪、墾丁、蘭嶼、東沙環礁的淺水域,皆已回報珊瑚白化的現象。白化珊瑚物種主要以鹿角珊瑚科(Pocilloporidae)的萼柱珊瑚(Stylophora pistillata)、鈍枝裂孔珊瑚(Seriatopora caliandrum),軸孔珊瑚科(Acroporidae)軸孔珊瑚屬(Acropora)、表孔珊瑚屬(Montipora)、星孔珊瑚屬(Astreopora),這些對於熱較為敏感的造礁珊瑚。白化等級從1級的淡白到5級的全白都有。

比較值得注意的是熱累積已經到達台灣東部海域,台東到綠島沿岸的熱累積預警也達到紅色第一級狀態,同時在東北角彭佳嶼海域、宜蘭外海接近與那國島海域,也已發展到紅色第一級。這是過去台灣北部與東北角海域,所未見到的狀態。

展開NOAA在1985-2020年的海溫與熱累積的歷史資料來看,可以推估在台灣海洋國土的珊瑚礁(北迴歸線以南)以及高緯度非礁型的珊瑚群聚(北迴歸線以北)過去、2020以及未來可能受到海溫上升的衝擊。

從過去資料(如下圖)(註6)可見,1998、2016年的海溫異常與熱累積最為顯著,也是台灣周邊海域珊瑚白化的主要觀測年份。比較2020至今的海溫與熱累積,可以發現在台灣四個主要海域的升溫和熱累積直逼1998年和2016年的趨勢,甚至南台灣和南沙太平島熱累積速率是史無前例的攀升。

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圖片來源:NOAA
圖:2020年珊瑚白化警示層級

南沙太平島的熱累積從5月就已進入二級白化警示,目前的熱累積更持續攀高。該區的珊瑚雖然屬於低緯度(北緯12度)珊瑚,應該有比較少的熱適應問題,但是長期的暴露於熱逆境的狀態,很高的機率已經發生白化。

值得注意的是2020年1-2月北台灣、東沙、南台灣的海溫已經很高了。按照這個趨勢,台灣海洋國土的珊瑚應該今年會進入大白化,重演1998的歷史景象。

根據珊瑚白化監測分級,1級是正常狀態的珊瑚;2級珊瑚會呈現淡白色(pale);3級有1-50%的珊瑚白化狀況;4級為50-99%白化;5級為100%白化或呈螢光色;6級為因白化死亡,覆蓋草皮狀海藻。

2020台灣海洋國土珊瑚白化監測調查結果顯示,在今年7月27日綠島珊瑚白化,集中在西南方的大白沙至石朗海域,白化等級約為2-4級;墾丁核三廠出水口海域的珊瑚基本上都是屬於「耐熱型」的珊瑚。這裡珊瑚體內共生藻也是以耐熱型的共生藻為主,但也受到嚴重影響,白化等級為2-6級。

小琉球海域珊瑚礁自1997年以來則ㄧ直呈現衰退情形,只有少數淺水域(2-3米)是以鹿角珊瑚為主,其他海域都是海藻覆蓋面積優於石珊瑚為主的群聚,可以說是台灣珊瑚礁群聚中「相變」(Phase shift)較清楚,且持續存在的生態。

但7月29日在小琉球厚石、蛤板、肚仔坪的水下調查發現,小琉球幾個珊瑚覆蓋面積較高的海域,都已呈現出明顯的白化現象,白化等級為1-6級。(2020年7月30日補充)

野柳國聖核二廠入水口是北部非礁型珊瑚群聚中,不論是物種數或是珊瑚覆蓋率相當高的區塊。春夏交際有馬尾藻林的發育,吸引相當多的幼生穿梭。

2017年11月在這個區域觀測到水溫高達31度,引發以鹿角珊瑚科珊瑚為主的3-4級白化,但隔年春天就恢復。但這次國聖核二廠入水口白化珊瑚種類數多,在7月30日的水下調查發現,大多是在2-4級的白化程度,多集中在水深1-5米的珊瑚,包括軟珊瑚和菟葵也呈現出2-3級的白化。

比起2017年,我們在水深6-9米處觀測到蓮珊瑚科局部發生白化,這是之前未曾在這海域發現的白化現象。(2020年7月30日補充)

李逸環(中山大學海洋科學系助理研究員) 
2020年7月30日

2019年為聖嬰年,以往堆積在西太平洋的暖水團往東移動,致使颱風多往日本,東移的暖水團今年則向西逐漸盪回台灣東邊,但海水溫度卻比以往的夏季平均值高。目前看到的趨勢是逐漸發展為反聖嬰現象,即時的海溫觀測可從布放在台灣東邊的海上浮標得知。(註7)台灣在反聖嬰現象的影響下,目前的海溫的確較熱。

位於南灣的墾丁珊瑚,相較於全世界其他地方的珊瑚是相當特殊的。呂宋海峽是南海內波發源處(註8),南灣的位置位於呂宋海峽北端,南海內波因潮汐的作用,可使夏季的南灣每天海溫震盪達3~8°C,也就是縱使海表日均溫可超過30°C,但每天都有幾小時的時間海表溫可小於25°C。

南灣低溫海水的來源,為西太平洋或是南海水深100公尺左右的海水,受潮汐影響爬升進入南灣。因此不管海溫多高,墾丁的珊瑚大致上不容易白化。然而一旦出了南灣(貓鼻頭以西,鵝鑾鼻以東),內波的現象幾乎消失,白化就容易發生。

夏季為台灣的梅雨以及颱風的季節,我們比對南灣的降雨量與南灣5米深的海水溫度,發現梅雨季以及颱風帶來的降雨明顯可降低海表面溫度,雨量多則溫降多。雨量的影響大致上可使海表溫度下降1~3°C,維持1~3天。因此若是颱風減少,進而影響降雨量也減少,的確會使海表面溫度維持高溫。

除了內波與降雨、聖嬰與反聖嬰的影響之外,台灣所在的緯度,還有另一個重要的現象:中尺度渦漩,中尺度渦漩分布於北緯20~24的西太平洋,源源不斷的向西傳播,到達台灣時可影響台灣附近海水溫度,持續幾週到1~2個月。

如果是冷心渦漩進入南灣,則整區的海水可降2~3°C,但若是暖心的渦漩,則整區的海水可升2~3°C(註9)。中尺度的冷暖渦漩造訪台灣並沒有季節之別,但可透過衛星的觀測來預測何時到達台灣。

墾丁的珊瑚若是碰到最糟糕的自然狀況:沒降雨(沒颱風)、反聖嬰、暖心渦漩,仍然有很大的機會不發生白化,因為南海的內波天天都會送冷水進入南灣,但這種得天獨厚的條件出了南灣就沒有了!

註釋與參考資料

  1. Colorado State University (2020). North Hemisphere Tropical Cyclone Activity for 2020.
  2. Asia-Pacific Data-Research Center of the IPRC (2020). Monsoon Monitoring.
  3. 交通部中央氣象局,天氣分析預測圖。(2020/07/30檢視)
  4. NOAA, 50km Degree Heating Week.
  5. NOAA, 5km Regional Virtual Stations (2020/07/27資料)
  6. NOAA, (2020), Daily 5km Regional Virtual Stations Product Description.
  7. 交通部氣象局,即時海況資料。(2020/07/30檢視)
  8. Alford, M.H.*, T. Peacock, J.A. MacKinnon, J.D. Nash, M.C. Buijsman, L. R. Centuroni, S.-Y. Chao, M.-H. Chang, D. M. Farmer, O. B. Fringer, K.-H. Fu, P. C. Gallacher, H.C. Graber, K.R. Helfrich, S.M. Jachec, C.R. Jackson, J.M. Klymak, D. S. Ko, S. Jan, T.M. S. Johnston, S. Legg, I-H. Lee, R.-C. Lien, M. J. Mercier, J.N. Moum, R. Musgrave, J.-H. Park, A. I. Pickering, R. Pinkel, L. Rainville, S.R. Ramp, D.L. Rudnick, S.Sarkar, A. Scotti, H.L. Simmons, L.C. St Laurent, S.K. Venayagamoorthy, Y.-H.Wang, J.Wang, Y.J. Yang, T. Paluszkiewicz and T.-Y. (David) Tang. (2015). “The formation and fate of internal wave in the South China Sea.” Nature 521: 65-69 (07 May 2015).
  9. Lee, I-Huan, T.-Y. Fan, K.-H. Fu & D. S. Ko. (2020). “Temporal variation in daily temperature minima in coral reefs of Nanwan Bay, Southern Taiwan.” Scientific Reports 10: 8656 (2020)

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責任編輯:朱家儀
核稿編輯:翁世航


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