研究:海面升溫1℃將推高浪潮0.5米 產生「波浪能」

研究發現海水表面溫度上升將增強海面上的熱對流,導致海風更強勁,進一步引發更高風浪。圖/簡立欣攝影
研究發現海水表面溫度上升將增強海面上的熱對流,導致海風更強勁,進一步引發更高風浪。圖/簡立欣攝影

去年全球平均氣溫是有紀錄以來最熱的一年,研究機構解析過去70年全球海洋大數據,發現海水表面溫度上升將增強海面上的熱對流,導致海風更強勁,進一步引發更高風浪;根據統計,海水表面溫度上升超過攝氏1度,將使得波浪高度提高0.5公尺並產生「波浪能」。

美國太空總署(NASA)、大氣暨海洋總署(NOAA)及歐洲太空總署(ESA)等研究機構的監測資料顯示,2023年全球平均氣溫是有紀錄以來最熱的一年。全球平均海表面溫度也創歷史新高,與工業化前平均海溫相比,上升幅度首次超過攝氏1度;持續升高的海溫會使得海洋因為熱膨脹而加速海平面上升,也會增強海面上的熱對流,導致海風更強勁,進一步引發更高風浪,並產生更大的「波浪能(wave power)」。

國家災害防救科技中心在國科會工程處及自然處計畫支持下,分析1951年到2020年的70年間全球海水表面溫度、近海面海風風速、波高等歷史大數據,研究員陳偉柏發現,上述3項重要的海洋物理量均呈現明顯持續上升趨勢,有顯著的因果性及關聯性,該研究成果於2024年2月刊載國際期刊《應用能源(Applied Energy)》。

研究顯示,「波浪能」是風能在海洋表面上轉化為動能的結果,而風能的強弱與氣候、季節和地區的海溫有關,海洋表面溫度高有助於增強海風,進而形成更大的海洋波浪。當全球海表面溫度超過70年平均值攝氏1度時,全球平均海風風速將增加0.8 公尺/秒,海風增強使得波高提高0.5公尺,間接使全球平均波浪能上升32.8 kW/m。

本項研究成果顯示,以全球範圍而言,位於南緯30°至南緯60°之間的海域,占全球波浪能的52.3%,是全球波浪能總量主要分布地區。若以各大洋個別來分析,南太平洋海域占全球波浪能的28.3%,其次是南大西洋的23.3%、印度洋15.1%、北大西洋和北太平洋地區,分別占約9.6%和9.3%。

研究進一步指出,以全球尺度而言,海水表面溫度與海風風速之間的相關性有1年的時間延遲,亦即當全球平均海表溫升高約1年後,全球平均海風才有顯著且普遍的增強。然而海風風速與波高、波浪能之間,則沒有發現明顯的時間延遲;也就是說,當海風增強時,幾乎可同時驅動較高的波浪,並產生更大的「波浪能」。「波浪能」可以提供開發新能源的參考,並可望成為繼太陽能與風能以外重要的前瞻再生能源技術,用以彌補風能和太陽能的間歇性。

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