海平面，你隱藏了多少秘密？

撰文∕趙丰
 

　　這是一個經濟動盪的年代：通貨膨脹，熱錢滾滾，民營、官股、外資、黑錢，錯綜複雜，一月數驚。稅務局稽查組長柯學佳先生，受命調查海屏麵食企業公司（簡稱海屏麵）多年的銀行帳，已經不眠不休工作了好些時日了。

　　海屏麵企業是民生經濟重要的一環，過去的年代裡，曾經歷過大起大落，但維持它的穩定是今日全民的企望。它的固有資金龐大，銀行帳戶經常有帳目進出。詭異的是，除了有正常而明顯的季節性波動外，這些年來，海屏麵的存款平均數逐漸上升，最近更有加速上升的趨勢。勇於任事的柯學佳開始起疑，於是派出幹員、線民四出探訪，全面追蹤海屏麵收、支金錢的來處、去向，以及往來客戶間的交易。抽絲剝繭，逐漸有了眉目。

　　原來，存款的增加有一部份只是因為銀行把原來的零利率調成了小幅「熱」利率。另一部份的存款增加，則是某幾家投資公司持續不定期匯入，榮化關係企業的賓合公司和賓晨公司是最大宗，還有一家叫做帝夏水公司的。只是，這熱利率是多少，以及那些不定期匯入的金額確實是多少，由於資料零散，一時之間也只能掌握六、七成。柯學佳這一番努力，總結出的報告倒是贏得了當年最優工作獎。最近柯學佳又查出海屏麵帳戶的一個匯出扣繳戶，叫做水庫基金的，使得清查工作又平添變數，不進反退。

　　現在讓我們重述上面這一段故事，只是把角色替換掉：
這是一個全球變遷的年代：溫室效應、氣候增溫、自然災害、人口膨脹、環境污染，情況一年比一年嚴重。研究這些現象的地球科學家，為了調查清楚在這個情況下海平面有哪些細微變化，已經日以繼夜工作了好些年了。

　　海平面是大自然中人類賴以生存的重要條件，在過去的冰河期裡曾經歷過大起大落，但它能保持穩定是今日全人類的企望。海水的總量是很龐大的，也經常在增減著相當份量的水。詭異的是，海平面除了那些正常而明顯的季節性變化外，平均海平面正緩緩上升，近年更有加速上升的趨勢。勇於挑戰的科學家開始正視這個現象，於是祭出各式儀器和測量方法，全球追蹤海水量增減的來處、去向，以及與陸地、大氣之間的水交換。抽絲剝繭，逐漸有了眉目。

　　原來，海平面的上升有一部份是因為海表水在氣候增溫下，有一小部份的體積因熱而膨脹所致，另一部份則來自匯流入海所增加的水量，最大宗的是陸地永凍冰的融化，包括高山冰河和大陸冰層，以及人為抽取的地下水。只是這熱膨脹量是多少，以及那些匯流入海的水量確實有多少，由於數據取得不易，此時也只能掌握六、七成。這一番努力，總結出重要的〈IPCC－2007〉報告，倒是贏得了當年的諾貝爾和平獎。最近科學家又統計出，多年來由於人造水庫在陸地上截流了大量的水，已使得海平面上升的程度打了些折扣，這使得解釋海平面上升的工作又平添變數，不進反退。

什麼是海平面？ 
　　2007年的諾貝爾和平獎頒給了全球環保提倡者高爾和聯合國跨政府氣候變遷研究小組（IPCC），發人深省。全球的平均海平面在上一個世紀裡，以看似緩慢的速率每年上升0.18公分，並且在最近十多年裡加快了上升的速率，幾乎翻了一番（見下圖）。〈IPCC－2007〉報告書在海平面這一章裡憂心忡忡的提出這樣一個結論：研究學者目前仍然「未能完全解釋海平面上升的各種原因的分量值。」

可是，究竟什麼是海平面？ 
　　那天，你偷得浮生半日閒，來到海邊遠眺大海，心曠神怡之際，你不禁問自己：那海天一線的所謂海平面，究竟是啥形狀？你知道它並不真是「平」的，而是圓球（或者更正確的說是因地球自轉而略呈橢球）切面弧的一小部份。你不禁仔細地想：地球表面的重力不是有些微不同的強弱分佈嗎？那麼重力強處，海水會被吸引多一點而堆高一些；反之亦然。所以海平面應該自動依歸到所謂的重力等位面（gravity equi-potential surface），也就是重力水準面（geoid）──海平面還真不「平」啊！而且，重力分佈其實會隨著時間而極緩慢地變動，例如地球的冰期後反彈，或是板塊運動和造山運動，都會導致重力水準面或多或少的緩變。你也意識到，這些微的高低不平，用肉眼還真辨別不出來。那麼，聰明的科學家是不是早想出好點子來精細測量了呢？

　　除此之外，你當然更確知海平面其實無時無刻、無處不在變動著，不是嗎？大小海浪、潮汐來去，大洋裡的海流、高低大氣壓荷、聖嬰現象（ENSO, El Nino-Southern Oscillation）等所謂年際振盪的天候，在在都影響著海面高度，更別提還有更厲害的暴潮、海嘯等。每一項因素花一天一夜都講不完呢！

　　於是，你啟動「想像實驗」（thought experiment，這可是愛因斯坦常用的高招之一）：一桶水，怎樣才能改變它的水位呢？上述各種海平面變化方式可以歸結成兩類：第一類相當於稍微扭改容器桶的形狀，第二類則是訴諸各式的擾動、攪動。那麼，平均海平面上升是哪一項？答案是──都無關，而是牽涉到改變桶裡水位的另外兩種方式：其一是把水加熱或冷卻；熱脹冷縮，水位自然跟著或漲或落。其二是更乾脆的直接加多或拿掉一些水。這就是我們前面所講的柯學佳先生的故事。

熱，脹脹脹 
　　地球上的大洋，平均深度約四公里，它只有叫做混合層（mixed layer）的薄薄表層會直接受到上方大氣的影響，一般最多一、兩百公尺厚，海水體積的熱脹冷縮就發生在此：夏天水溫度稍高，水面也就稍高，冬天反之，這是正常的季節性變化。但眼下全球（額外）增溫，混合層的水也就逐漸（額外）增溫，數十年來雖然只增加攝氏零點幾度，而且隨時隨地有所不同，可是造成的水熱膨脹就應足已讓海平面平均上升好幾公分。但確實是多少呢？儘管多年來世界各國共投放了數以百萬計的拋棄式海水溫度探針（XBT），但畢竟是單時、單點的測量，數量及分佈遠遠不敷科學研究所需，所以這熱膨脹量只能半算半猜，差不多可以解釋觀察量的四分之一到一半。

　　近年來，全球二、三十個國家聯合投入的ARGO海洋觀測計畫，已投置了超過3000個沉浮式流標，使實場測量功力大增，並發現近年來海水熱膨脹有加速的現象。值得注意的是，全球海水並不是一律看脹，而是隨地區不同而有或多或少的變化，太平洋中大面積的海域甚至呈熱脹、冷縮的時段交迭，這似乎是聖嬰現象帶來的短暫變動所致。

【本文轉載自《科學人雜誌》2008年5月號】