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為何冬天打雷是不祥之兆?從歷史氣候研究找出端倪

研之有物│中央研究院_96
・2018/06/21 ・3214字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 557 ・八年級
  • 採訪編輯/歐柏昇 美術編輯/張語辰

中研院環境變遷研究中心的王寳貫主任,除了以雲物理的研究聞名,也致力於歷史氣候的研究。他從古代文獻中尋找線索,了解過去的氣候變遷,也發現氣候經常影響著人類歷史。

冬天打雷,代表什麼徵兆呢? 圖/Unsplash, Leon Contreras

氣象學家王寳貫,從小有個特別的興趣,就是閱讀古文。他說,小時候父親買了很多古書,「他其實自己沒有時間看,都是我在幫他看!」於是,《史記》這些書在小學就已經讀過了。

小時候讀古文,王寳貫一直有個疑問:為什麼冬天打雷不祥?他始終無法得到解答。後來進入台大地理系氣象組(現在大氣科學系的前身),老師也無法回答這個問題。直到他前往美國加州大學洛杉磯分校(UCLA)留學,終於有了解惑的契機。那時,他看到中國大陸氣象學者竺可楨寫的一篇文章,談中國五千年氣候變遷。其中有條曲線,是利用古代文獻中「物候」現象的資料,拼湊出的中國歷史上氣溫演變曲線。

物候現象,例如燕子的來去、河水是否結冰。通常燕子應該某一天到,但今年燕子比較晚到,可能就代表今年氣候比較冷。若今年河水異常結冰,也表示氣候較冷。

中國歷史氣溫變化曲線(竺可楨,1973)。(此圖資料以年份為準,左側朝代為輔助說明之標示,故部分年份與朝代年代會有些許差異) 圖/王寳貫提供 圖說重製/歐柏昇、張語辰

到底為何冬天打雷代表不祥呢?

王寳貫看到竺可楨的研究方法,覺得非常有意思,直接從古代文獻來研究氣候。於是,他翻找二十四史,將氣象相關的資料找出來。目的就是解答多年的疑惑──為什麼冬天打雷是不祥的徵兆?

整理了史書中關於冬雷的紀錄之後,王寳貫把過去 2000 年中每 30 年的冬雷次數統計出來。最初猜想,冬天打雷應該是在比較溫暖的年份,因為溫暖的時候對流比較旺盛,產生雷雨,就會打雷。

王寳貫統計中國過去兩千年的冬雷次數,與溫度、降塵的關係。圖/王寳貫提供 圖說重製/歐柏昇、張語辰

沒想到,跟竺可楨的曲線一比之下,結果跟王寳貫預期的剛好相反。也就是說,冬雷多的時候,都是冷的年份,而且兩者的關係性還好得很!

做研究好玩的就是,你以為是那樣,結果卻跟你想的相反。

那為什麼冷的年份容易出現冬雷?目前還沒有定論,但王寳貫有個暫時的解釋:冬天產生雷雨,表示對流旺盛,但這個對流不一定是「熱對流」,而可能是冷鋒的對流。冷鋒附近,對流本來就比較強,而如果冷鋒後面的冷氣團特別冷,冷暖的對比特別強,在氣象上「斜壓性」強,容易造成「斜壓不穩定」。斜壓不穩定,容易造成強的對流,比較有可能造成雷雨。

回到「冬天打雷不祥」的說法,古人說「不祥」應是有反常現象,而冬雷伴隨的反常,就在於該年天氣寒冷。天氣寒冷,又對社會與政治有何影響呢?

氣候影響歷史:乾冷的氣候容易造成社會動亂

天氣乾冷的時候,農作物收成相對也較差,老百姓沒東西吃,只好搶糧倉、發生社會動亂。王寳貫舉例,明代末年進入了「小冰期」,氣候變得乾冷,發生大規模的旱災,民不聊生。李自成、張獻忠成為「流寇」,應與小冰期的氣候背景有關。

王寳貫說,也許明末的皇帝不是真的比較糟,而是運氣不好。相反地,大家會說唐太宗很英明,但現在知道唐代氣候溫暖,因此唐代的盛世可能也與此氣候條件有關。

從整個歷史氣候來看,統治體系比較不穩定的時候,往往發生在氣候比較不好、容易產生動亂的時期。

天氣乾冷,也與戰爭的頻繁有關。王寳貫曾與一位中國大陸學者合作,統計歷代戰爭的次數。他們發現,戰爭的次數,與冬天打雷的次數,呈現統計上很高度的相關。冬雷多的時候,戰爭會比較多,而且中國歷史上的邊界也會相對南遷。這顯示了天氣乾冷的時候,漢人與北方民族可能產生較多摩擦。

透過古代資料,了解今昔氣候大不同

王寳貫還曾經依颱風登陸站點,統計過明末清初的颱風路徑。他發現,當時的颱風幾乎都停留在廣東沿海一帶,不會北上到福建、浙江。

這個結果和現在的氣象理論吻合:颱風需要溫暖的海面才能維持,但是明末的小冰期氣候較冷,海面也就比較冷。於是,颱風只要往北一點,就沒有足夠的溫暖海面供應水氣、能量,很容易消散掉。

此外,王寳貫分享了一個有趣的例子,說明從古代詩文裡,也可看出東亞季風區的特性。

南宋詩人趙師秀,在 《約客》這首詩這樣寫:「黃梅時節家家雨,青草池塘處處蛙」。如果只看了那首,會以為黃梅時節每一家都下雨。可是,南宋時期另一位詩人曾幾的《三衢道中》,又寫道「梅子黃時日日晴,小溪泛盡卻山行。」看了這首,卻會以為黃梅天氣應該都很好。但是,南宋時期又有一首詩寫說「熟梅天氣半晴陰」,梅子熟的時後,天氣半晴半陰,出自戴復古的《初夏遊張園》。

你說,是家家雨、日日晴還是半晴陰?都有可能。東亞季風區的特點,就是它的天氣變率特別大。

甲骨文暗藏商代氣候的密碼

中研院引以為傲的甲骨文藏品,不僅是歷史文獻的紀錄,也可以用以進行氣候方面的研究。當中國學者還在關注古文字的意思時,德裔美籍學者魏復古(Karl August Wittfogel)從一個很有趣的思路來研究甲骨文:試圖從 317 片有時間記載的甲骨片推斷古代氣候的資訊。

例如,這片商代卜辭,是卜整個「旬」(一旬為 10 天)的有關天氣。卜辭作:「癸亥卜,鼎(貞),旬。二月。乙丑,夕雨。丁卯,明雨。戊(辰),小采日,雨,風。己(巳),明啟。壬申,大風自北。」 圖/中央研究院歷史語言研究所藏品:《殷虛文字乙編》(一九九四)圖版一六三片(如需轉載本文,請另向中央研究院歷史語言研究所申請此圖授權)

魏復古看了上萬片甲骨,蒐集具有天氣紀錄的卜辭。其中一項有趣的推論是這樣的──現在中國北方冬天不太會下雨,然而商代的卜辭中,冬天仍然常問未來幾天會不會下雨,這表示商代的氣候應比現在暖濕。

除此之外,魏復古還從打仗的季節,推出乾季、雨季的時間,因為下大雨的時候並不適合打仗。他的結論不能說完全正確,但是提供了許多有意思的思路。

從古代氣候研究,到歷史氣象資料庫

王寳貫幾年前回到中研院之後,展開了一個更龐大的計畫,把氣象相關的歷史記載,製作成資料庫。

我們現在把文字記載完全變成電腦編碼,降雨、下大雨、大雪都編一套碼,一套歷史的編碼系統,把它數位化。

這套系統,將結合中研院歷史語言研究所范毅軍研究員製作的中國歷史 GIS 地理資訊系統,讓學者可以很容易地查詢歷史上某時、某地的氣候資訊。這個開放資料庫即將上線供所有人使用,未來將造福許多領域的學者。例如想要了解古代社會的動亂是否與氣候有關,或想了解疾病的發生與氣候、環境背景的關係,都可以利用這套系統。

王寳貫期待歷史氣候與地理資料庫完成後,可以更容易做統計研究,鑑古推今,探究氣候與環境的變遷。 攝影/張語辰

延伸閱讀:

  1. 每天看到的雲,藏著什麼大學問?
  2. 王寳貫的個人網頁
  3. 王寳貫,〈從歷史文獻看氣候變遷〉,《科學發展》第 356 期,頁 52-59,2002 年。
  4. 王寳貫,〈怎樣從甲骨文導出商代氣候〉,《科學發展》第 360 期,頁 70-75,2002 年。

本著作由研之有物製作,原文為《冬天打雷為什麼是不祥之兆?氣象學家有解釋》以創用CC 姓名標示–非商業性–禁止改作 4.0 國際 授權條款釋出。

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





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保留海洋中的絢麗色彩——海科館陳麗淑博士專訪

科學月刊_96
・2021/09/30 ・5120字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文由海洋保育署廣告企劃,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 作者:採訪撰稿 ∕ 謝育哲 ∕ 本刊主編

大海中美麗的珊瑚礁是許多海洋生物的棲地,但由於海洋環境汙染及氣候變遷等問題,珊瑚的生存不斷受到壓迫,珊瑚白化問題更是屢見不鮮。為了讓一般大眾也能保育珊瑚,由海科館陳麗淑博士等人團隊從澳洲引進的「珊瑚觀測」,用簡單色卡上的顏色與觀測珊瑚進行比對,就能評估該珊瑚的健康狀況。此外,海科館及海保署也進行更多的計畫與推廣,讓全民一起守護海底美麗的珊瑚。

圖/Pexels

海中有著形形色色的生物,如果要挑選出一種外觀最令人印象深刻的,肯定是色彩斑斕綺麗的珊瑚了!許多人常會誤認珊瑚是一種植物,但牠其實是不折不扣的動物。事實上,珊瑚是由許許多多的珊瑚蟲(coral polyps)所形成的群體。目前全世界共有 800 多種的珊瑚,而由珊瑚組成的珊瑚礁(coral reef)更是許多海洋魚類生存的家園。

但由於珊瑚生長速度極慢,每年僅增長約 10 公分,且十分脆弱,近年來又因氣候變遷與海洋汙染等問題,造成珊瑚的生存出現危機。因此,保護珊瑚人人有責,但身為一般人的我們又該如何保育這些美麗又珍貴的海洋生物呢?本次《科學月刊》專訪了國立海洋科技博物館(以下簡稱海科館)的研究員陳麗淑博士,看看有哪些保護珊瑚的方式,以及介紹從澳洲引進的珊瑚觀測(coral watch)方法吧!

珊瑚遇到了什麼危機?

關於珊瑚,我們最常聽到的是「珊瑚白化」(coral bleaching)。但珊瑚白化代表什麼?又是什麼造成了珊瑚白化呢?

白化的軸孔珊瑚(Acropora spp.)與背景中的健康軸孔珊瑚形成對比。圖/WIKIPEDIA

由於珊瑚對於生存環境的溫度十分敏感,一般來說,對珊瑚而言最自在的水溫環境為 23~28℃,而生存的極限溫度範圍則為 18~32℃,若超過這個溫度區間,對珊瑚來說即為太冷或太熱的環境。陳麗淑表示,一但海水溫度超過 32℃,珊瑚就會出現白化現象。當然不是所有的珊瑚都會同時白化,各種珊瑚因生長速度不同,白化現象發生的情形也會有所差異。一般來說,生長速度較快的枝狀珊瑚比較容易白化,而團塊狀珊瑚則比較有抵抗力。

不過珊瑚到底是怎麼「變白」的?其實珊瑚白化詳細原因,是因為當環境溫度出現劇烈變化時,珊瑚內部的共生藻數量就會下降。由於共生藻是珊瑚繽紛色彩的來源,因此在珊瑚內部的共生藻數量多時,顏色就會飽滿鮮豔,而當共生藻離開珊瑚後,珊瑚的顏色便會越變越淡,最後白化,若後續沒有適當保護與處置,珊瑚就可能會因而死亡。所幸珊瑚白化並不是不可逆的,只要海水溫度回到適合珊瑚生存的溫度,珊瑚就會逐漸穿上牠美麗的彩衣,恢復原本繽紛的色彩。

過去臺灣周遭海域曾出現過多次珊瑚大量白化的現象,陳麗淑表示,珊瑚大規模的白化的情形主要集中發生在夏季,甚至在去(2020)年夏季就曾發生珊瑚大量白化的現象,由於當時的海水溫度偏高,且維持時間較長,使得臺灣各地出現珊瑚白化的情形。不過好消息是,根據調查,今(2021)年還未發生大規模的珊瑚白化,且時節已進入秋季,海水溫度下降,至少目前珊瑚不會面臨溫度升高的生存壓力。不過,陳麗淑也語重心長地提醒:「近年來海水溫度過高的發生頻率相較以往提高了不少。」令人擔心的是,若海水溫度升高頻繁,將可能嚴重衝擊珊瑚的生存。因此,我們必須想辦法保護珊瑚。

圖/Pexels

一般人該怎麼保護珊瑚?老嫗能解的「珊瑚觀測」

對一般大眾來說,並不是所有人都具備珊瑚的相關知識,對此,陳麗淑一直在思考該用什麼方法,才能讓沒有專業知識背景的大眾能參與保育珊瑚的活動呢?在公民科學領域中,有個名為「珊瑚礁體檢」(reef check)的珊瑚監測計畫。但由於珊瑚礁體檢的入門門檻較高,需要先經過一定時數的課程訓練,且所費不貲,因此這並不是一項適合所有人的方法。

這時陳麗淑想到了「珊瑚觀測」。事實上,珊瑚觀測約莫在 2009 年就已有人引進臺灣,但當時並未受到大量關注。直到 2018 年,陳麗淑帶領的團隊開始重新研究珊瑚觀測的方式,發現其背後的科學大有學問,也可簡化成任何人都能理解並運用的珊瑚監測方式。

珊瑚觀測主要是透過一張卡片,上頭有 4 種由淺至深的色調。陳麗淑表示,這些色調涵蓋了約 70~80% 的珊瑚種類,即使無法囊括其他特殊顏色的珊瑚,但卡片上的設計對普通人來說已是綽綽有餘。而觀測方法也很簡單,任何人只要帶著這張卡片潛水至珊瑚旁,將卡片上的顏色與想觀察的珊瑚顏色進行比對與拍照即可。如果是前往水深 6 公尺以上的區域,則建議觀測時攜帶光源,以避免色差造成的誤判。前文有提到,珊瑚的顏色代表其內部共生藻早的數量,當共生藻數量越多,珊瑚顏色越深,也就代表越健康;反之,若顏色越淡則代表珊瑚的健康可能出現狀況了。

因藻類過度生長而造成的珊瑚白化 。圖/WIKIPEDIA

陳麗淑說明,珊瑚觀測背後的科學基礎十分紮實。這套由澳洲昆士蘭大學(The University of Queensland)學者馬歇爾(Justin Marshall)等人組成的團隊研發設計。團隊將珊瑚搬至實驗室中進行一系列實驗,觀察在各溫度區段中,不同溫度會如何影響珊瑚中的共生藻數量,並記錄珊瑚的顏色變化。在經過嚴謹的科學實驗後,馬歇爾團隊將其簡化並歸納成珊瑚觀測的色卡。陳麗淑表示,這套化繁為簡的觀測方式在經過推廣後,許多保育團體對於珊瑚觀測的接受度都非常高,能進而達到推廣珊瑚保育目的。

海洋公民科學知識報你知

珊瑚觀測

珊瑚觀測是一項由澳洲昆士蘭大學學者所辦理的非營利全球珊瑚礁監測計畫,將珊瑚的顏色變化標準化後,製作成珊瑚健康色卡,提供一種簡單的方法用以評估珊瑚健康,並為 CoralWatch 的全球數據庫做出貢獻。大家可以使用這些色卡協助科學家收及數據,支持珊瑚礁監測工作。

另外,珊瑚觀察也透過與世界各地的志願者合作,包括了潛水中心、科學家、學校團體、遊客參與其中,讓大眾更加了解珊瑚礁白化、氣候變化對於珊瑚礁的影響。

保育珊瑚面臨哪些困境?

雖然保育珊瑚是許多人的共識,但過程中依然面臨到許多的挑戰及困難。目前最常見的是海洋垃圾問題。由於珊瑚本身不會移動,當海洋垃圾在海中漂浮時不慎卡在珊瑚上,若沒有人為協助清理,則非常有可能造成珊瑚死亡。

圖/Pexels

陳麗淑舉例說明,由於今年 5 月起爆發 2019 冠狀病毒疾病(COVID-19)的本土疫情,位於基隆的潮境公園也為了防疫而禁止一般人下水。但當研究人員下水觀察後發現,因為沒人下水協助清理海洋垃圾,許多卡在珊瑚上的垃圾無法被及時移除,發現的當下已有許多珊瑚出現白化現象,這些珊瑚後續花了約一個月才慢慢恢復正常。

對此,陳麗淑曾與中研院學者邵廣昭等人討論,若保育區都沒有人進入可能並不是件好事,尤其當海洋汙染嚴重,垃圾很多的情況下,都還是必須定期有人去協助清理。因此,保育區在人為管理的情況下或許才是保育珊瑚好方法。

你我都可以為珊瑚盡一份心力

我們還有什麼方法可以保護珊瑚呢?陳麗淑表示,如果你是一個會下水觀測的人,使用珊瑚觀測是個好選擇。無須再多帶任何設備,只要準備珊瑚觀測的卡片,攜帶相機與光源,就可以拍攝並記錄珊瑚的健康狀況。不過若是沒有相關潛水經驗或半路出家的遊客,反而可能在潛水的過程中不慎踢到或傷害珊瑚,因此潛水者必須要具備一定的潛水技術。

海洋保育署(以下簡稱海保署)為推廣友善珊瑚礁生態旅遊,提出「珊瑚礁區你該注意的 8 件事」,包含不踩踏、不揚沙、合格玩家、保持適當距離、使用海洋友善防曬、不餵魚、不吃珊瑚礁魚、減塑行動。

即便沒有下水,在岸上也有許多可以保護珊瑚的方法。舉例來說,在我們常用的防曬乳中,多數含有可能傷害珊瑚的成份,因此在選購時可以優先考慮「海洋友善防曬」。此外,由於珊瑚礁魚類可以協助清理珊瑚礁之中的藻類,讓珊瑚順利生長,我們應盡量避免食用珊瑚礁魚類。所以最重要的,是希望大家一起落實節能減碳,全球暖化是影響珊瑚生存的主要原因之一,若減碳能從個人做起,也是保育珊瑚的積極作為。

「海洋友善防曬」 的成分較不會傷害珊瑚。圖/Pexels

出書、展覽、辦活動 海科館邀你一起守護珊瑚

除了上述的個人保育行為外,海科館也辦理了一系列保育珊瑚計畫。陳麗淑表示,海科館的研究人員會定期前往珊瑚礁進行監測,還會前往各地宣傳及教導大家如何使用珊瑚觀測。

至於在珊瑚復育方面,海科館內也有養殖珊瑚,研究人員會把這些珊瑚移植到野外,或是使用不同的材質,測試珊瑚附著生長的情形等。未來希望透過這些方法,協助加速珊瑚的生長。

在教育方面,去年海科館與行政院環境保護署及科技部等單位,共同主辦的「2020 海洋公民科學家行動計畫」中,包含了「珊瑚保育監測」的主題。對此,海科館團隊舉辦了一系列的「針織珊瑚」活動。「針織珊瑚」主要是前往各地的小學,除了教導珊瑚的知識,以及倡導珊瑚保育外,讓小朋友們藉由織毛線的方式,訴說一則關於珊瑚的故事。每所國小的作品都有自己的主題,也讓小朋友在織毛線的過程中,思考珊瑚對於生態的重要性,從小扎根珊瑚保育知識。並在後續收集作品後,舉辦「陸上造礁 針織珊瑚計畫特展」。

此外,海科館也曾於 2019 年出版《珊瑚很有事:珊瑚保育×環境藝術×手作針織×珊瑚教案》一書,並榮獲第 44 屆金鼎獎。今年更在海科館官網建置「海科館悠遊數位海洋行動學堂懶人包」,整合科普電子書、電子繪本、數位課程學習平台、海洋知識、動畫學習、影片等。陳麗淑表示,透過這些教材與教案的持續推廣,希望能讓更多人利用這些資源,一起守護海洋中的美麗珊瑚。

海洋保育署與臺灣珊瑚保育

海保署於今年透過「臺灣珊瑚監測交流網絡建立與保育策略規劃」計畫,建立珊瑚監測與保育示範點,以及珊瑚監測交流網絡,選訂全臺灣共 32 個地點進行水下珊瑚礁調查。調查結果截至今年 9 月底,澎湖、恆春半島、東部、北部珊瑚覆蓋率多呈現穩定狀態,但小琉球珊瑚礁卻多數已衰退,可見除了受到全球暖化影響,不當的遊憩踩踏行為也對珊瑚礁造成嚴重衝擊。

此外,海保署也與行政院農業委員會水產試驗所共同合作,針對澎湖池東淺坪海域的棲地環境現況進行調查及珊瑚復育,增加棲地多樣性。截至今年 9 月底,珊瑚移植面積已達到 100 平方公尺,其中珊瑚礁魚類包含青嘴龍占(Lethrinus nebulosus)、鸚哥魚(Scaridae)、隆頭魚(Labridae)等也逐漸聚集在移植區域,豐富當地生態。

棕吻鸚哥魚。圖/WIKIPEDIA

此外,有鑒於目前許多單位都在進行珊瑚保育及復育相關工作,海保署今年度與海生館合作成立珊瑚保育專案辦公室,除了作為各單位資料蒐集整合中心,提供數據科學家分析資料外,還能進一步轉化為資訊呈現給大眾,使珊瑚礁相關專家學者、單位,以及一般民眾等,都可藉由此互相交流,同時兼具諮詢、推廣功能,協助提供珊瑚保(復)育相關標準作業方式及技術指導。並設立臺灣珊瑚礁水質採樣點及進行水樣分析,了解水質狀態,以作為後續珊瑚復育棲地及規畫保育方式選擇的依據。

為了鼓勵更多在地民間團隊參與,海保署亦透過辦理「海洋保育在地守護計畫」,支持在地團體進行公民科學、清除珊瑚礁覆網及珊瑚復植,希望能夠結合在地生活方式及資源提出具體保育策略,發揮社會影響力,促進在地參與珊瑚保育及復育作業,並提高民眾對海洋保育的參與及投入。

從政策面、科學面,再到行動面,海保署將持續呼籲全民共同守護臺灣珍貴的珊瑚資源。

海洋委員會海洋保育署正在舉辦 海有問題 我來分析 | 第一屆海洋公民科學家數據松!為臺灣周遭的海洋生態盡一份心力吧!

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