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海鳥協助準確預報氣象

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賴婉婷｜國立臺灣博物館研究組

李冬齡｜美國馬里蘭大學植物學研究所

歐陽盛芝｜國立臺灣博物館

曾抱怨氣象報告不夠準確嗎？究其原因是目前氣象衛星及浮標偵測的大氣環流和海洋表面風場只能取得重點分布資料，容易忽略地區性的精細尺度短期風場變化。但是科學家發現藉由紀錄長途飛行海鳥所經區域的飛行軌跡，不但遠超過偵測儀器的涵蓋範圍，還可以更精確地推測海洋表面風速和風向的動態，提供更精密地時間與空間點的大氣環流資訊，以補足氣象衛星無法偵測的海岸地區大氣環流和海洋表面風場之變化。

氣象衛星及浮標雖可偵測部分地區的海洋表面風場，但要涵蓋海鳥所能及的距離，需要耗費鉅額金錢與大量人力。以漂泊信天翁（Diomedea exulans）為例，其一趟飛行可飛一萬六千公里不用著陸，相當於從美國紐約到澳洲雪梨的距離。因此利用海鳥原本的生活習性，偵測牠們本來就會飛過的路徑，就能作為活的海洋氣象浮標與風場儀器，可以有效補充浮標測量的不足，省下設置及維護昂貴的偵測儀器費用。

氣象學者過去即已發現將浮標測量的海岸地區大氣環流資訊輸入預測模型，可以改善衛星預測海岸洋流系統的精確度，而在海岸地區由於風應力和風應力旋度所引起的表面洋流及湧升流，原本就形成高生物產量水域，因此會吸引海鳥頻繁出沒捕食獵物，相較之下，增加揹負偵測器的海鳥數量，反而可以更有效的擴充大氣環流和海洋風場測量的涵蓋驗證範圍。

日本東京大學主導的國際研究團隊因此利用漂泊信天翁、黑背信天翁（Phoebastria immutabilis）和大水薙鳥（Calonectris leucomelas）來研究海洋表面風場，在夏威夷歐胡島的卡伊納角、日本船越大島及南印度洋法屬克羅澤群島的波塞申島等處，將小型全球定位系統偵測器（GPS）固定在19隻海鳥身上後放飛，最後記錄到超過500小時的飛行紀錄並計算出3,103筆風場數據，他們發現藉由分析海鳥飛行路徑的地速變化與飛行方向之關係，可以準確推測海鳥感受的風速與風向，協助分析海洋與大氣的相互作用，最終提升氣象預報的準確度，該研究成果已正式發表於美國《國家科學院期刊》。

精密全球定位系統數據顯示海鳥的移動軌跡是曲折的，飛行速度會因遇順風而加速，或因逆風而減速，研究結果證實依海鳥飛行軌跡推測的風向與風速都與氣象衛星觀測的結果高度吻合，但這樣的間接推測可能會受到海鳥種類、行為及飛行策略影響而產生誤差，因此研究者仍需仔細分析立體飛行軌跡以校正由海鳥行為造成的誤差及不同海鳥種類產生的差距。然而儘管如此，此研究結果仍然顯示經由海鳥得的數據與氣象衛星偵測的數據關聯性很強，證實這些數據具有足夠準確度可提供實際氣象預報使用。（本文由科技部補助「向大自然借鏡：生物行為的科學解密」執行團隊撰稿）

責任編輯：歐陽盛芝／國立臺灣博物館
審校：歐陽盛芝／國立臺灣博物館

資料來源

Yonehara, Y., Y. Goto, K. Yoda, Y. Watanuki, L. C. Young, H. Weimerskirch, C.-A. Bost, and K. Sato. 2016. Flight paths of seabirds soaring over the ocean surface enable measurement of fine-scale wind speed and direction. PNAS (Proceedings of National Academy of Sciences) / Early Edition (July 26, 2016): 1-6 (+6pp. Supporting information) (doi: http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1523853113).

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