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它才不是鳳梨!地表最強植物「空氣鳳梨」的歷史與應用

彭士桓_96
・2017/11/27 ・2316字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 469 ・五年級

空氣鳳梨是啥?能吃嗎?不!他不能吃。它跟我們常吃的關廟鳳梨同屬鳳梨科(Bromeliaceae),但不同屬。吃的鳳梨為鳳梨屬(Ananas),空氣鳳梨則為鐵蘭屬(Tillandsia)。空氣鳳梨(又稱空氣草、鐵蘭花)被人稱為「地表最強植物」,是因為它不需要土壤,只要給予水分及陽光就可以正常生長。你常常把植物養死嗎(黑手指 4 ni)?是時候認識這神奇的植物,讀完後不妨可以養一顆來增強你成為綠手指(green thumb)的信心吧!

多種型態的空氣鳳梨(左上方為新台幣 10 元硬幣),圖/作者提供。

空氣鳳梨成員——松蘿鳳梨的發現

埃爾南多德索托(Hernando De Soto)[2]。

那是誰發現了這神奇的植物呢?根據歷史的描述,最早發現的鐵蘭屬植物為松蘿傳說西班牙探險家 埃爾南多德索托(Hernando De Soto, 1500-1542)隨著軍隊進入了印加都城(中南美洲)以及美國南方,在探險的過程中他發現了一位原住民女性,追逐的過程中女子爬上了一棵橡樹躲藏;而這位探險家的山羊鬍誤了他的好事,鬍子纏上了樹、女子便趁機逃跑。在解開鬍子的過程中,他發現鬍鬚上多纏了一些綠色植物,便將之取名為西班牙苔蘚(Spanish moss),也就是我們所熟知的松蘿(Tillandsia usneoides)[1]。

松蘿。source:Wikipedia

突然進入了「松蘿鳳梨小教室」,關於松蘿鳳梨你不可不知的五件事[3]是:

  1. 這種植物其實並非苔蘚,它屬於鳳梨科鐵蘭屬,也就是「空氣鳳梨」大家族的成員之一。
  2. 它並非產自西班牙,而是原生於墨西哥、加勒比海及美國中南部(大部分的空氣鳳梨都發現於這些地區),會附生於樹木、電線桿上。
  3. 松蘿鳳梨也被原住民稱之為「樹的頭髮」,但它並非寄生,而是靠植物表面鱗狀組織吸收水分。
  4. 松蘿鳳梨的種子類似浦公英,如同白色的棉絮,可以藉由風或鳥類散佈。
  5. 松蘿鳳梨雖無營養價值,但可做為多種用途,原住民用其作成衣物、繩子、桶子、床墊、屋頂,乾燥後當作燃料。對於動物,則是很好的棲息地,鳥類築巢、青蛙與蜘蛛的居住、地面上蛇類的躲藏處等等。

Tillandsia 的命名

林奈氏分類系統的雙名法(屬名+種名)由瑞典動植物學家/醫生 Carl von Linné (1707-1778)所建立,為了紀念瑞典出生的芬蘭醫生兼植物學家 Elias Tillandz (1640–1693)在植物學上的成就,並將鐵蘭屬的植物以其作為命名。有趣的小故事,據說當 Elias Tillandz 還是學生時,從芬蘭圖爾庫搭船至瑞典斯德哥爾摩旅遊,由於他極度嚴重的暈船使他返航,並沿著波的尼亞灣步行約一千公里前往目的地,這也是為何他改名從 Tillander 改名為 Tillandz,瑞典語的意思是「藉由陸地、在陸地上」[4]。截至目前為止已經約莫有 650 種鐵蘭屬植物被發現命名。

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Elias Tillandz 的簽名[5]。

為何空氣鳳梨如此惹人憐愛?

空氣鳳梨除了相對好養之外,吸引人的原因還包含多種不同的形態(每種都有不同的中文綽號)、人為交種的樂趣、開花時的婚姻色(這時整株植株從翠綠轉為紅、黃或橘色)、側芽的生長、還有看它陪你慢慢生活的每一天(不過空鳳的生長速度很慢,需要極大的耐心)。臺灣並沒有原生種的空氣鳳梨,所以價格自然較為昂貴。

現在由於玩家明顯增多,因此除了網購之外,在大型的花市都可以見到攤販在販售,而常見且適應台灣氣候的品種價格也多為新台幣 50-250 元不等,而稀有或特別進口(主要的來源為:雨林、國際、鳥岩和熱帶)的品種則高價且較難養殖(建議新手不要隨意嘗試)。

是否可以養得好,最重要的就是環境,最好是通風的空間、恰當的溫度(10-32度)、適宜的光線(日照長短取決於不同品種)、傍晚至夜間給予水分(可給予低量的液肥)、避免紅蜘蛛攻擊等等。目前網路及坊間也有許多專門介紹空鳳養殖的書籍和資料可供參考。雖說是非常容易養的植物,但還是會因溫度過高、水分過多等因素而死亡,另外,最重要的就是避免強風將你的空氣鳳梨吹走,不然就變成「鳳飛飛」囉。

空氣鳳梨能作為空污監測器?

空鳳除了作為觀賞植栽之外,2002 年義大利教授 Luigi Brighigna 利用兩種空氣鳳梨[Tillandsia caput-medusae (女王頭)及 T. bulbosa (章魚),見下圖]在義大利佛羅倫斯進行空氣中多環芳香烴碳氫化合物(polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs)污染監測[6]。主要的實驗方法是利用 GC/MS 氣相色譜質譜儀來測定殘留在這兩種植物上的 PAHs 量,並且與儀器所記錄的雨量及懸浮微粒(PM10)進行比較。

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結果顯示,空氣中的污染粒子的確會吸附在空氣鳳梨表面,甚至進到空鳳內部,附著於空鳳的污染物也的確與儀器監測的結果形成正相關。由於空氣鳳梨相當容易養殖,且在南美及中南美洲生長,因此研究作者認為空氣鳳梨的確可以作為低成本的生物空汙監測器。

上為章魚,下為女王頭(左上方為新台幣十元硬幣)圖/作者提供。

你經常喜歡澆水嗎?你喜歡把玩這有趣的植物嗎?你煩惱陽台太小無法種植植物嗎?你很懶得換盆嗎?你想要有生命與你常相廝守嗎?是時候去瞧瞧這神奇的植物,讚嘆大自然的奧妙啊!感恩大自然,讚嘆大自然~

參考資料:

  1. Tillandsia usneoides Spanish Moss | Tropical Biodiversity. 
  2. Sider, S. Handbook to life in Renaissance Europe. (Oxford University Press, 2007).
  3. 10 Things You Should Know About Spanish Moss | Mental Floss. (Accessed: 19th October 2017)
  4. Tillandsia butzii.  (Accessed: 19th October 2017)
  5. Elias Tillandz Signature.  (Accessed: 19th October 2017)
  6. Brighigna, L. et al. The use of tropical bromeliads (Tillandsia spp.) for monitoring atmospheric pollution in the town of Florence, Italy. Rev. Biol. Trop. 50, 577–84 (2002).
  7. Bennett, B.C. (1986) The Florida Bromeliads: Tillandsia usneoides.      Journal of the Bromeliad Society 36: 149-151
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彭士桓_96
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生活即是科學,科學即是生活。臺大分醫所博士,虔誠信科學者。希望透過文字介紹有趣的科學,並期望自己在有限度的生命中,創造無限的價值。

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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臺灣的空污問題與眾不同,如何使空污預報更精確?先瞭解大氣邊界層和感測物聯網吧!
研之有物│中央研究院_96
・2022/10/16 ・6113字 ・閱讀時間約 12 分鐘

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文/陳儀珈
  • 責任編輯/簡克志
  • 美術設計/蔡宛潔

你以為的大氣,不是真實的大氣!

大氣邊界層是人類的生活範圍,也是大部分空氣污染物存在的地方。然而,傳統氣象學模擬的大氣邊界層結構並不符合臺灣的真實情況,因此真實的空氣污染現象和理論的模擬預測間往往存在顯著的差異,導致污染防制策略缺乏精確的指引。

中央研究院「研之有物」專訪院內環境變遷研究中心研究員兼空氣品質專題中心執行長周崇光,他是建立空品專題中心的主要推手,研究團隊從大氣結構出發,試圖改善臺灣空氣品質的診斷及預報,這項計畫集結了來自民生公共物聯網國家高速網路與計算中心環境保護署等跨部門的資源,以下讓我們一起看周崇光怎麼說。

中研院環變中心研究員兼空品專題中心執行長周崇光。圖/研之有物

根據國際貨幣基金組織(IMF) 2021 年的報告,臺灣位列全球第 22 大經濟體,這個只有 3.6 萬平方公里的小小島國,一年內卻可以創造出高達 7,855.89 億美元的市場價值。

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在美國國家航空暨太空總署(NASA)公布的地球夜景照中,我們彷彿可以看見,高樓一棟棟升起、工廠一座座建成、百貨一間間林立,在又長又窄的西半邊,從北到南形成臺北、臺中和高雄三大都會區。

西部臨海,東部靠山,這個寬度可能不到 100 公里的窄長地區,不僅聚集了臺灣 2,300 萬人的極大多數人口,凝聚出商業與工業的巨大產能,更集結了大量、複雜的「空氣污染物」。中研院「研之有物」專訪周崇光研究員,請他從空氣品質與都市氣象學的角度,細細剖析空污議題在這座海島上的獨特之處。

ASA 在 2016 年 12 月 31 日拍攝的夜景照,可看出臺灣有北、中、南三大亮區。圖/NASA

臺灣雖然小,但空汙問題好複雜!

臺灣國土面積僅有 3.6 萬平方公里,以大氣尺度來看非常的小,然而,我們在空氣污染面臨的挑戰卻異常艱鉅。

臺灣不僅處於許多境外污染源的下風處,接受來自各方的空氣污染物,各大都會區也因為地形的關係吃足了苦頭,整個中西部更是在窄長的地域中,面臨來自山、海的多重影響。

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以下圖的臺中都會區為例,臺中位處於中央山脈西側的中央,本身是一個有數個開口的盆地,被多重大氣動力機制所影響,包含季風、海陸風、山谷風以及熱島環流,形成極度複雜的區域環流。

盆地內的空氣污染物原本就不容易擴散,再加上複雜的大氣環流和大氣化學反應,讓臺中的空氣品質狀況非常、非常的複雜,無法使用現有的大氣理論進行簡單的描述,使得大氣科學家極為不易於觀測和研究臺中的空污情形。

「這裡就像是巫婆煉湯一樣。」周崇光這麼說。

臺中位處於中央山脈西側的中央,本身是一個有數個開口的盆地,被多重大氣動力機制所影響,包含季風、海陸風、山谷風以及熱島環流,形成極度複雜的區域環流。圖/研之有物(資料來源/周崇光)

臺灣在東北風的影響下,不適合傳統的高煙囪理論

周崇光笑著說,到處觀察「煙囪」是他的職業病。

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大陸環境的大氣結構相對簡單,自歐洲工業革命開始,傳統大氣科學的理論都告訴人們:越高、風越大,只要把煙囪建得高高的,就可讓風把污染物吹散、吹到很遠的地方。

平坦的大陸環境中,把煙囪建高可以讓煙流擴散及傳輸至很遠的地方。圖/rawpixel

「到了大陸國家,你會發現他們煙囪排出來的煙,經常是非常穩定的水平煙流,可以飄得很遠,這種煙流挾帶著空氣污染物飛到 10 幾公里外都不是問題!」,然而反觀臺灣的煙囪,卻很少出現這樣的水平煙流。

中研院空品專題中心對臺中火力發電廠的煙流觀測顯示,傳統高煙囪設計反而容易讓煙流進入「污染累積區」,在高度 450~800 公尺左右,橘色區域的空氣層風速僅有 0.5~3 公尺/秒。不同折線表示有兩個時段,分別是觀測當天凌晨 1 點到 3 點(紅線),以及晚上 19 點到 21 點(黃橘線)。圖/研之有物(資料來源/周崇光)

根據中研院空品專題中心對火力發電廠的煙流觀測資料,如果臺灣的煙囪蓋得跟大陸國家一樣高,有時候反而容易造成空氣污染物的累積。

從上圖可知,當臺灣處在微弱東北風的大氣環境之中,西部沿海風速最快的大氣區域(藍底),大約落在 200~400 公尺高之間,此區的風速大約為 5~6 公尺/秒左右,以東北風為主,是空氣污染物的「最佳擴散區」。

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若是再往上,到了 450~800 公尺左右,風速驟然下降(橘底),僅有 0.5~3 公尺/秒。這個區域的大氣就像是被下層的東北風與上層的南風「夾擊」一樣,在兩個不同方向的風的對切之下,形成一個風速很低的「污染累積區」。

因此,若臺灣真的按照傳統的大氣理論建造高煙囪時,反而會讓煙囪的高溫煙流進入污染累積區;換個做法,如果煙囪低一點,才可以被強風吹散。

不過周崇光話鋒一轉:低煙囪設計要相當謹慎,也很難推行。高溫煙流排出去會有很明顯的白煙(水蒸氣凝結),一般人都不喜歡看到白煙離居住地太近,因此實務上還會特別做加熱設計,讓煙流先往上浮,再擴散,等於加高了煙囪的高度,這在工程上稱為「有效煙囪高度」。降低煙囪高度除了有視覺污染的問題,污染排放點離民眾越近,當工廠發生緊急異常排放時,異常事件的衝擊風險也會越大。

和傳統理論不一樣?那就做出臺灣自己的資料吧!

這麼經典的高煙囪理論,為什麼不能用在臺灣?

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周崇光表示,大氣科學的理論大都源自於美國、歐洲,使得傳統大氣理論都更適用於大陸環境之下,因此難以直接應用於臺灣地狹人稠的海島結構,而中研院空品專題中心的目標之一,就是發展出屬於臺灣的「空污氣象學」。

周崇光提到:「臺灣跟大陸國家的空間條件實在差太多,所以我們必須要更精確知道,臺灣空氣污染物的高度分布到底長什麼樣子,才能更有效的管制並改善空品狀況。」

既然臺灣無法參考大陸型國家的大氣狀況,那麼小一點的、近一點的國家呢?韓國、日本的有沒有參考的價值?

周崇光笑著說,「你知道嗎?臺中盆地也才 10 幾公里,但是外圍的中央山脈高達 3,000 公尺以上!」就算是韓國、日本,它們的地理空間也比臺灣大多了,而且地形也沒有這麼複雜。

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臺中盆地的衛星空照圖。圖/Wikipedia

當這麼多的工廠、車輛都擠在這小小的區域,究竟會對臺灣的空氣品質造成多嚴重的後果?某種程度來說,這也許是個細思極恐的問題呀。

因此,為了國內空污氣象學的發展,搞懂臺灣的大氣邊界層(Atmospheric boundary layer)是刻不容緩的工作。

大氣邊界層除了是人類的生活範圍,也是大部分的空氣污染物存在的地方,又被稱為行星邊界層(Planetary boundary layer)。在氣象學中,大氣邊界層指的是「直接受到地表作用影響」的大氣,高度從地表一直到數百至數千公尺不等,是大氣層中最靠近地球表面的部分。

然而,傳統氣象學所模擬出來的大氣邊界層結構並不符合臺灣的真實情形,因此,大氣科學家必須釐清大氣邊界層的氣象參數、動力機制,未來才能夠更精準的找到影響都市氣象以及空氣品質的關鍵因子。

但周崇光也感慨的說,「坦白講,目前臺灣還沒有辦法很『系統化』的改善邊界層的模擬條件,但我們仍然不斷的在努力,透過很多很多的調查、研究、模擬參數,漸漸地發展出半經驗、半理論的結構,最終的目標是歸納成一個系統性的成果,作為臺灣空污氣象學最扎實的理論基礎。」

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從大規模的調查研究、積極補足知識的缺口、重新建立理論模型,到回頭檢視國家的空污防制策略,大氣科學家必須腳踏實地的、一步一步的,藉由大氣科學研究的力量,才能讓空氣品質管制更上一層樓。面對迫切的空氣污染防制議題、空污氣象學理論的不足,「空氣品質專題中心」也應運而生。

中研院在「大氣物理與化學」的研究群早已相當成熟,有著極為厚實的研究經驗和基礎,然而為了讓研究目標更明確、進一步聚集研究能量並進行跨部門的合作,中研院以提出空污議題的科學解釋與建議對策為目標, 2021 年 1 月在環境變遷研究中心之下成立空氣品質專題中心,成為全國規模最大的空氣品質專業研究機構。

除了宣示中研院對空污議題的重視之外,如此一來,研究預算的匡列、人力的評估,都有更紮實、更有架構的基礎。擺脫以往研究員們「自動自發」的空品研究,在中心的管理之下,空污的學術研究更能夠產生聚焦效果。

更精確的空氣品質預報

如果大家點入行政院環保署的空氣品質監測網,可以發現,目前來自中央監測的空氣品質預報的解析度並不高,由於空品狀況站數僅有 85 站,只能以「北部」、「竹苗」、「宜蘭」、「花東」、「中部」、「雲嘉南」、「高屏」等大範圍空品區進行未來三日的預報,尚無法以「縣市」或更小的區域為單位提供精準的預報。

全國空氣品質指標的測站點位圖,可看出共有 85 個測站。圖片資訊日期為 2022 年 9 月 13 日。圖/空氣品質監測網
未來三日空品區預報,目前僅能呈現大範圍空品區預報。圖片資訊日期為 2022 年 9 月 13 日。圖/空氣品質監測網

因此,為了提供更先進的空氣品質預報,致力掌握國內 PM2.5 及 O3 等空氣污染物濃度變化情形的「高解析度空氣品質診斷與預報模式發展計畫」,是空品專題中心相當關鍵的研究計畫之一,此計畫是行政院前瞻基礎建設中「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」的一個分支,集結了中研院、國家高速網路與計算中心、環保署等跨部門資源。

該計畫預計發展一套 1 km*1 km 高解析度的 72 小時空氣品質預報模式,並描繪空氣污染物的 3D 空間分布,預期能夠對臺灣地區 PM2.5 及 O3 生成與傳輸過程進行更精確的模擬,進而應用於空氣污染事件的預報和成因診斷。

周崇光將這個計畫比喻為一個「神經系統」,由環保署統合高達 10,000 個感測器,就像是神經系統中的神經元,負責感知大氣環境中的變化,並透過民生公共物聯網提供的神經網路,將資訊傳輸至國家高速網路中心的超級電腦,而超級電腦就像是大腦一樣,提供強大的運算力,使得空污模式得以統合氣象條件、污染物排放量、以及感測器提供的環境變化狀況,計算和預報未來幾天空氣品質的可能變化。

雖然感測器來源不一,不同層級的靈敏度也有所落差,但隨著近年技術的進步和突破,微型感測器對 PM2.5 的監測資料已經具有足供參考的準確度,目前各縣市大約都有 100 個以上的微型感測器,環保署已經在全臺灣佈建了約 10,000 個感測器,透過高密度的監測數據進行資料分析,有效掌握全臺各地的空品狀態。

環保署已佈建約 1 萬個微型感測器,可監測各地 PM2.5 狀態。圖片資訊日期為 2022 年 9 月 13 日。圖/air 空氣網

此外,此研究計畫也希望藉由感測器的大量需求,協助推動臺灣感測器的產業,與經濟部、工研院合作推動感測器的國產化。目前工研院的技術已經技轉給國內廠商,國產感測器在環保署監測網的佔有率已達將近 3 成,未來會持續輔導相關廠商。

研究計畫一邊發展預報系統,也一邊透過微型感測器資料即時驗證預報的成效。就像是如果寫考卷時,我們可以一填答就馬上得知正確答案時,就可以隨時檢討自己的計算流程到底哪裡出了問題,不斷修正,找出最正確的解方。

同理,拜微型感測器遍布全臺之賜,大氣科學家逐漸能夠快速驗證空氣品質預報的模擬結果,有朝一日,國內空污的物理化學機制以及關鍵污染源,將不再是讓人頭痛的黑盒子。目前由於 PM2.5 的感測器已相對成熟且數量足夠,因此中研院空品專題中心已成功驗證 3 km*3 km 解析度之 PM2.5 預報資料,最終目標是精確到 1 km*1 km。

影/YouTube
中研院周崇光團隊已成功驗證高解析度 72 小時 PM2.5 預報資料,每小時可模擬 3 km*3 km 空間解析度,最終目標是精確到 1 km*1 km。圖片預報日期為 2021 年 12 月 18 日~2021 年 12 月 20 日。圖/研之有物(資料來源/周崇光)

如何讓空氣品質變好,又不影響現有的生活?

在中研院環變中心周崇光研究員帶領下的空品專題中心,其中一個核心精神,就是要對社會關鍵議題有貢獻。

專注發表學術論文是科學研究的本質,也是科學進步的動力,不過進行社會議題相關的科學研究通常會更辛苦,往往會花費極大的心力與時間。

做空氣污染防制就像是「精準醫療」的概念一樣,如何讓藥物只攻擊癌細胞而不對身體的其他地方造成太大的副作用?經過科學研究的探索後,如何讓臺灣的空氣品質更好而不衝擊社會文化和經濟?

空污管制並非是一味阻擋臺灣經濟和工業發展,空品專題中心希望可以藉由科學的力量,更精準、更沒有副作用的改善臺灣空氣品質。

除了大氣科學理論和空氣污染排放清單有所不足之外,像是能源政策、交通規劃、國土計畫都需要重頭思考。周崇光說:「一路研究下去,我們開始疑惑,當初為什麼我們都傻傻的,把這麼多的大型污染源擺在海邊,讓海風把污染物往內陸帶?為什麼臺灣的國土利用那麼集中?」這一些命題,都是一環扣一環。

最後周崇光強調,「空氣品質絕對是應用導向的研究,因此,我們除了做科學,也要讓這些研究結果有願景、有視野,讓臺灣變得更好。」

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研之有物│中央研究院_96
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研之有物,取諧音自「言之有物」,出處為《周易·家人》:「君子以言有物而行有恆」。探索具體研究案例、直擊研究員生活,成為串聯您與中研院的橋梁,通往博大精深的知識世界。 網頁:研之有物 臉書:研之有物@Facebook

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電線上怎麼會長鳳梨?——《被遺忘的拉美》
麥浩斯
・2021/07/25 ・3862字 ・閱讀時間約 8 分鐘

  • 作者、攝影 / 胖胖樹(王瑞閔)

遙遠的拉丁美洲,承載太多太多的歷史、文化與生態。如果真的要在我心裡面找一個此生必去、必看的地方,那就是亞馬遜吧!

小時候沒有智慧型手機,也沒有電腦跟網路,我總是期盼著商展[註1]。除了有吃、有玩,還有書攤。我在攤位上,第一次看到來自亞馬遜的真實影像。

那本書是我剛上小學,1989 年出版。那年,國內外都發生很多大事;那年,誠品書店剛成立;那年,圖鑑還非常稀少。當時我在北港牛墟的商展上如獲至寶。照片正中央是一株長在水邊的號角樹,相較於《小牛頓》雜誌或《漢聲小百科》裡精美的手繪圖,這張書中全頁彩色照片帶給我的衝擊,至今我仍然記得。

從那之後,我不斷蒐集魚類與植物圖鑑,還有跟熱帶雨林相關的所有資料。對亞馬遜的了解,隨著一本又一本的著作不斷堆疊加高;對亞馬遜的嚮往,也在一張又一張彩色照片中日益加深。

亞馬遜雨林的植物種類豐富,連黃昏都捨不得離去。圖/作者提供

可是,在首次接到溫佑君老師邀請同遊亞馬遜時,我卻感到不安,好幾次想要婉拒。彷彿是近鄉情怯,在心中找了各式各樣的理由——沒有人幫我照顧植物、身體不舒服不能走長路、外語能力不好、流年不適合出遠門……諸如此類的鬼話。反而是我的家人與摯友不斷鼓勵我前往,而且大家都主動提出要幫我澆花。

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整個過程彷彿老天爺刻意安排,一切準備就緒。所有工作都自動錯開,原本一度復發的椎間盤突出也突然好轉了。

暌違多年,終於背上行囊,一個人靜靜的出發,飛抵基多。

出發前一週,我整理了一份想看、可能看到的植物名錄。到了當地,果然如我想像,植物的多樣性遠超過我所知所學。亞馬遜的壯闊,也不是照片或影片就能呈現。

當時台灣植物圈的盛大展覽正如火如荼展開。我錯過了盛會,可是老天爺卻賜予我一個更加綺麗、壯觀的雨林展。

從基多蘇克雷元帥國際機場出來,我開啟搜索雷達,注意沿途所見的一切。剛到飯店,我迫不及待開始觀察、拍攝種種美洲原生植物。從這裡,開始了我的植物朝聖之旅。

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吸收水氣就能活的鳳梨!而且長在樹上?

厄瓜多首都基多市位於安地斯山區,海拔 2800 多公尺,接近赤道,四季氣溫變化小,年降雨 1000 毫米,雨季為 6 至 9 月。

就如我預期,基多零星可以見到一些空氣鳳梨。雖然種類不多,但樹上與電線上隨處可見俗稱球青苔[註2]的種類。我在心裡竊喜,彷彿翻開尋寶手冊打了一個勾:「野生的鳳梨科植物,找到!」

首都隨處可見的球青苔空氣鳳梨。圖/作者提供

從安地斯山脈進入亞馬遜雨林區當天,我總是一隻眼睛盯著窗外,一隻眼睛隨時注意海拔高度的變化。景色轉換間,樹上的鳳梨科植物,也從銀葉系的空氣鳳梨,慢慢被積水鳳梨與綠葉系空氣鳳梨所取代

往後幾天,鳳梨科植物排山倒海而來,或大或小,種類多到不知誰是誰,甚至連屬別都不容易判斷。有的非常巨大,葉片下垂超過一公尺;有的非常迷你,大概只有銅板大小。

印象比較深的,有厄瓜多阿奇多納次生林裡,著生在棕櫚葉上的植株,可能是蜻蜓鳳梨屬[註3]吧!還有法國太太飯店裡的鳳梨,竟然著生在光滑的竹子上。

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厄瓜多安地斯山脈雲霧林的鳳梨樹。不是鳳梨長成樹,是樹上長滿鳳梨啦!圖/作者提供

道理我都懂,所以怎麼連電線上都有鳳梨?

奧塔瓦洛市集的電線上,長有成排的空鳳,襯著蔚藍的天空、街景,就像明信片一般。百年莊園的大樹上,積水鳳梨與空氣鳳梨同時出現,彷彿替大樹裝扮。還有庫科查[註4]火山口湖畔生態步道兩側石礫地上的皇后鳳梨[註5]、巨大地生型的拉傑斯空氣鳳梨[註6],也令人驚豔。而溫泉飯店附近,到處都是花序下垂的仙女散花空氣鳳梨[註7],台灣也曾引進過。

奧塔瓦洛連電線上也長了許多鳳梨,推測種類應該是球青苔空氣鳳梨。圖/作者提供

還記得我是因為箭毒蛙而認識了積水鳳梨。章錦瑜 1990 年出版的著作《室內觀賞植物》是我第一本記載較多鳳梨科植物的圖鑑。那時候市面上的觀賞鳳梨種類不多,玩家也少。2000 年代到台北念書,從網路論壇塔內植物園與日文圖鑑《空氣鳳梨手冊》[註8]見到了大量鳳梨的原生地照片,對於這些奇特的植物有了更多的認識[註9]

一眨眼二十多年過去了,厄瓜多的鳳梨科植物原鄉,將這一切又拉回了眼前。一幕幕新的經歷融入了回憶,在我的雨林遊歷護照中,又增添新的一頁。

安地斯山的天然大雨傘

進入安地斯山的雲霧林,植被景觀開始改變,積水鳳梨、火鶴、樹蕨類相繼出現。此時我開始坐立難安,恨不得能下車觀察。但是因為相信後面還會碰到,所以一直忍耐,一直忍耐。

沒多久,在蜿蜒的山路中我一眼就注意到兩種葉片巨大的植物,終於按捺不住,興奮地大叫停車,直接衝到植物旁。這是我心裡早有預期的邂逅,沒想到來得那麼快、那麼突然。就在一個轉彎,兩種蟻塔[註10]植物映入眼簾。

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蟻塔又稱大葉草,是非常特殊的分類群。新的分類屬於大葉草目、大葉草科、大葉草屬,有 60 多種,分布在拉丁美洲、東非、馬來群島及大洋洲,喜歡溫暖潮溼的環境。由於葉片巨大,頗具觀賞價值,國外許多植物園都有栽培。除了路旁野生的植株,後來下榻的飯店也栽培不少,既幸運又開心。

下榻之飯店所栽培的蟻塔。圖/作者提供

快看!樹懶最愛吃的植物

海拔繼續降低,到了 1000 公尺左右,我特別喜歡的大葉植物號角樹開始出現。我已經從座位上跳起,急著跟團員們呼喊:「快看快看,那個那個就是號角樹。」事後想想,大家應該不知道我為什麼如此興奮吧!

繼續前進,在阿奇多納的主要公路,路旁開始出現一棵一棵橫倒的大樹。司機停在半路,導遊不斷透過電話企圖了解前方路況。我趁機溜下車察看。此時海拔已剩下 700 多公尺。號角樹、冰淇淋豆、巴拿馬草、芒萁、米氏野牡丹、樹胡椒、含羞草、蔓綠絨、竹芋相繼出現。

我終於可以一親原生地的號角樹芳澤,也終於能夠近距離觀察其螞蟻共生的現象。只是很遺憾,因為抗爭事件,它們一一倒臥在路旁。

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因為抗爭事件被伐倒的號角樹。圖/作者提供

在導遊跟當地連繫後,確定沒有辦法到達特納,只能臨時在阿奇多納找飯店落腳。事後回想,這個突如其來的決定,反倒像是包裝成意外的禮物,豐富了觀察植物的地點與機會。

司機避開大路,轉進石子路。此時此刻,我與亞馬遜的距離,只隔著一片玻璃車窗。再前進沒多久,我們被迫下車步行。可是我的心卻無比雀躍

號角樹、棕櫚、樹蕨與各種爬藤交錯,叢林感十足。下一步,巨大的二叉巴拿馬草兀立面前。這才知道我在家栽培多年的草,竟然有機會長得比我還高

初入亞馬遜叢林便遇到高大的二叉巴拿馬草。圖/作者提供

往後每一天,仔細觀察當地的號角樹,發現長成這樣的植物一共有三種,兩種是號角樹,一種是亞馬遜樹葡萄[註11]。兩種號角樹都跟我栽培的有所差異,是完全不同的物種。

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背著大相機走在叢林裡,三不五時抬頭仰望,想看看是否可以找到樹懶。因為拍一張樹懶抱著號角樹的相片,一直在我的夢想清單名列前茅。儘管此行在號角樹上見到的不是樹懶,而是尾巴可以捲在樹上的白腹蜘蛛猴[註12],還有活化石麝雉[註13],依舊無比開心[註14]

號角樹上的白腹蜘蛛猴。圖/作者提供

微出國,自己打造小雨林

走進雨林裡,除了看植物,也會留意各種動物的蹤影。畢竟我從小就跟所有小朋友一樣,喜歡各式各樣的動物。只是當認識的動物多了,發現許多種類都以雨林為家,才刺激我深入去認識雨林。

多年來,我在自己的小雨林裡栽培號角樹、巴拿馬草、二叉巴拿馬草等許多植物,企圖模擬亞馬遜的風光。只是過去,我都是從照片或影片中窺見亞馬遜,而這一刻卻身在其中。原來,我的想像是對的;原來,不能出國的時候,也可以在自己營造的小雨林裡懷念亞馬遜的美好。

註解

  1. 最初商展是指流動市集,不分日夜。
  2. 學名:Tillandsia recurvata
  3. 學名:Aechmea
  4. 西班牙文:Cuicocha。
  5. 學名:Puya sp.。
  6. 學名:Tillandsia lajensis
  7. 學名:Tillandsia complanata
  8. 英文:New Tillandsia Handbook。
  9. 更多觀賞鳳梨的引進與栽培史,請參考《看不見的雨林—福爾摩沙雨林植物誌》。
  10. 學名:Gunnera
  11. 學名:Pourouma cecropiifolia
  12. 學名:Ateles belzebuth
  13. 學名:Opisthocomus hoazin。
  14. 更多關於號角樹的生態與文化,請參考《看不見的雨林—福爾摩沙雨林植物誌》。
──本文摘自《被遺忘的拉美──福爾摩沙懷舊植物誌》,2021 年 7 月,麥浩斯
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