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極端降雨最近才有嗎?紅檜告訴你

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最近全台水情拉警報,但是去年夏天南部地區才因為豪雨停班停課。這些極端降雨是最近幾年才出現的嗎?成功大學生命科學研究所的碩士生陳信豪,利用紅檜樹輪中的穩定氧同位素,重建了台灣過去480年來的降雨。他的研究結果顯示,與歷史氣候相比我們正面對長期乾旱的挑戰。

科學家一直想知道,近年來的極端氣候在長期尺度中是否屬於「正常範圍」,但是人類有系統地記錄氣象也不過200年歷史,台灣更是在20世紀後才開始累積長期的氣象資料。因此,重建古氣候就是許多科學家努力的目標。

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2015年的動物行為暨生態學研討會中,陳信豪發表了他如何利用紅檜樹輪的穩定氧同位素,來重建台灣過去五百年的降雨。樹輪有很高的時間解析度,很適合作為重建古氣候的材料。紅檜是台灣霧林帶的代表性樹種,霧林帶則是台灣主要的生態系之一,高度依賴穩定的水氣條件,更是中低海拔的重要水資源庫,因此雲霧森林長期的氣候變動具有重要的生態意涵。

陳信豪在台東中海拔山區鑽取了72棵紅檜共106根樹芯,每根樹芯在處理之後於顯微鏡下鑑定年份。接著再取下部分樣本送至名古屋大學,測定氧同位素(δO)的比值。一般來說,水分子中的氧多為δ16O,只有少部分是較重的同位素δ18O。樹輪中δ18O比值取決於根部吸收的水分以及植物的蒸散作用。氣候乾旱時,來源水的δ18O比值變重、植物蒸散作用加強,植物體內的δ18O比值就越重;當年輪中δ18O比值較重就表示當時降水較少,環境較乾,因此能根據氧同位素的比值推斷出過去每年紅檜生長季-4月至9月的氣候變化。

處理樣本得長時間在顯微鏡底下操作,很需要耐心與細心,不過陳信豪提到,最喜歡的就是上山採樣,「可以充分享受林野生活,看到了不少野生動物水鹿、黃喉貂等等。」因為也不是一己之力能夠完成,所以也很感謝一起分工的夥伴。

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鑽取樹芯

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採集到的樹芯

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利用顯微鏡一一計算樹芯的年次

在比對氣候因子後陳信豪發現,樹輪氧同位素比例的變化與近50年來台灣4月至9月的降雨記錄非常相關,再以此建立模型推估過去480年來台灣的降雨。比照世界氣象組織(WMO)以30年間距統計氣候變化,陳信豪指出「近30年是過去五百年來,平均降雨量最少且極端事件最多的時段!」綜觀過去五百年,極端乾旱或降雨不是沒有發生過,但是連續又相對的乾旱狀態卻很罕見,「我們的霧林帶生態系正面臨極大的壓力!」

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1533年~2012年的降雨記錄重建。藍點是極端降雨年分,紅點是極端少雨年份。

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以30年為間距的極端降雨次數以及平均雨量

此外,陳信豪進一步指出,同位素比例與東太平洋海水表面溫度有顯著相關,意味著聖嬰現象顯著影響台灣的降雨。台灣的地形變化大、氣候分區明顯,亞洲季風、聖嬰現象、甚至颱風或梅雨等氣象對區域氣候的影響不同,重建台灣不同氣候區的歷史氣候也是未來的研究方向。

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氧同位素與一月至六月海水表面均溫的關係。越紅表示越顯著正相關。

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過去60年,聖嬰/反聖嬰現象事件與氧同位素比例的關係

關於作者

陸子鈞

Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。