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積跬步以至千里:用專業為人類前進奠基的研究者們──2018 唐獎得主演講紀錄

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2018/11/15 ・6477字 ・閱讀時間約 13 分鐘 ・SR值 598 ・九年級

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本文由《唐獎教育基金會》委託,泛科學與法律白話文運動企劃執行

  • 文/文詠萱 文字編輯/翁郁涵
圖/唐獎基金會提供

9 月 22 日,2018 年唐獎得獎者齊聚台北,一同帶來整日的精采演說。由法治獎開始,漢學獎結束,得主們從各自的專精領域提出增進學術研究及人類社會發展的建議,以及多年研究的成果分享。

他們為青年學者指路,也為世人留下學習典範,有匪君子,終不可諼。

法治政府要如何守護公民權益?──法治獎約瑟夫.拉茲(Joseph Raz)

相較法治實務工作,拉茲著重在法治學理面的探討,是原創性的法學研究者。本次演講他以〈法自身之品性〉為題,分別就「法治與法的角色」、「法治的根本重要性」兩大主題闡述自身法治看法與建議。對於法治所蘊含之諸多原則,有詳盡且具體的說明。

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圖/唐獎基金會提供

政府要依法而治,意味法律必須有「清楚」、「安定」、「公開」、「普遍使用的規則與標準」、「不溯及既往」等特性,並且在保有以上特性的前提下,確實保障公民的權益。拉茲認為,法治的目的是為了避免專制政府,而政府是否恣意妄為,正是取決於是否守護了被治理者之權益

需要注意的一點是:「法治本身無法決定政府是否成功」,拉茲說道。固然,法治可限制政府權力,但它也同時以「權威」角色存於現代社會,因此也需公民的理性思考與批判,甚或是反動等更多的方式檢驗,促使其進步。

此外,全球文化經濟因法治得以交流,卻不代表它須放諸四海皆相同。法治可以因地區、國家、自治組織而定,只是不可為特定文化的展現,而要以自身的中立性,使交流暢通、利益對等,建立各方多元發展的共同基礎。

法治的確是現代社會秩序的重要依據,但法治能否落實,須有相應條件配合,並在不斷的變動中審視、調整自身,適切地為政府、為人民所用。因為法治最重要的是:做公民權益的守護者。

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被忽略的一小步,成為癌症發病機制研究的一大步──生技醫藥獎東尼.杭特(Tony Hunter)

今年以癌症研究為核心的生技醫藥獎,由得獎者之一;同時也是本次得獎研究的理論奠基者東尼.杭特,為生技醫藥演講打頭陣。

圖/唐獎基金會提供

世上許多重要的研究,都來自意外的發現,杭特的酪胺酸激酶研究就是一個例子。在研究蛋白質磷酸化的過程中,因為未調配新的電泳緩衝液、緩衝液酸鹼值下降,無意間發現了當時並不為人所知的「酪胺酸磷酸化」的現象。演講中,杭特分享了從 1979 年發表論文至今的種種研究,讓人一探他 30 多年來的豐碩成果。

酪胺酸激酶作為細胞的訊息傳遞者角色,若出現異常,便會連帶使得細胞產生異常的生理行為。最初杭特發現,多瘤病毒致癌的關鍵蛋白,就是酪胺酸激酶;因此失控的酪胺酸磷酸化機制,可能是癌症起源的關鍵之一,而後來的研究也進一步證實了「胺酸激酶的異常確實與許多癌症的發有關。

這項研究讓學界對癌症發病機制的認識大幅提升,也成了現今標靶藥物研發的濫觴,對癌症醫療影響深遠。以此為基礎,後人投入了分離酪胺酸激酶的研究,如今已找到了約 90 種的酪胺酸激酶。演講最後,杭特說接下來他將投入胰臟癌研究,因為這種癌症往往在晚期才被檢測出來,希望透過之前對發病機制的經驗,找到更有效的治療方式。

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百年前是絕症的傳染病在今日已可以治癒,相信百年之內,癌症治療也將突飛猛進──生技醫藥獎布萊恩.德魯克爾(Brian Druker)

另一位生技醫藥獎得主德魯克爾,在 1990 年代結合了杭特的發病機制研究,提出構想希望製造出小分子以抑制異常活化的酪胺酸激酶,從而治療慢性骨髓性白血病(CML)。於是,第一代標靶藥物伊馬替尼(imatinib),商品名「基利克®」(Gleevec®) 誕生了。

圖/唐獎基金會提供

若人體骨髓造血細胞出現了染色體易位(chromosome translocation),便會使細胞開始製造 BCR/ABL 基因嵌合蛋白──一種異常的酪胺酸激酶,導致白血球異常增生,這是慢性骨髓性白血病(CML)的發病機制。儘管這個疾病在 1845 年就被記載,直到 1980 年代才真正了解前述的發病機制。演講中,德魯克爾介紹了慢性骨髓性白血病自 1845 年開始的研究歷程,以及自己從 90 年代起與眾多研究者共同開發標靶藥物的過程、研究發現。

伊馬替尼研發後成為美國 FDA 第一個核准的酪胺酸激酶小分子抑制劑,時至今日,德魯克爾的病患五年存活率已超過 90% 以上。在病患中有 60% 的復發是因為激酶的突變,但是若在癌症早期即開始服藥,復發率則極低,後續更研發出第二代、第三代的標靶藥物。

德魯克爾強調,目前的標靶癌症療法還在發展初期。未來希望能配合檢驗分析病患腫瘤細胞與周圍組織檢體,讓醫師做出最快的治療判斷,甚至更進一步將相關研究應用於預防與早期的診斷,成為癌症醫療的核心防線,增加病患存活率。

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最後,他十分有信心的說道:「百年前是絕症的傳染病,在今日已可以治癒,相信百年之內,癌症治療也將突飛猛進。」

二十年磨一劍:讓單株抗體從飽受質疑到核准認可的艱辛成就──生技醫藥獎約翰.曼德森(John Mendelsohn)代表人洪明奇院士

美國 FDA 核准的癌症藥物,三種就有一種就是來自美國安德森癌症中心(MD Anderson Cancer Center),可見其對於癌症藥物發展的重要性。而安德森癌症中心有此成就,約翰.曼德森貢獻良多。生技醫藥獎演講最後,由中研院院士洪明奇,代表曼德森教授──另一位在癌症物研發領域居功甚偉的生技醫藥獎得主,介紹其多年來的研究與成果。

圖/唐獎基金會提供

1980 年曼德森與佐藤醫生提出假設,推測抑制 EGF 受體(EGFR)有可能成為抗癌的有效方法,並進一步開發單株抗體作為酪胺酸激酶抑制劑。

發展至今,單株抗體是研究藥物相當有效的方式,而且不僅限於治療癌症還包含很多其他的疾病。諷刺的是,當時大部分的人都懷疑單株抗體做為藥物的可能性,他們的假說因此被科學界輕視,甚至沒有人願意補助他們經費。之後曼德森與佐藤醫生的研發藥物 C225 單株抗體製劑,從發現到 FDA 核准,更用了整整 20 年的時間。

多虧他們的鍥而不捨,才有了現今用於大腸癌和頭頸癌的標靶治療、市面上稱之 Erbitux® 的抗癌藥物;後續也有更多研發跟進,讓應用單株抗體的藥物研發更為廣泛。洪明奇說,單株抗體能從飽受質疑走到被接納、應用,除了曼德森與佐藤醫生,整個科學界都付出了相當多心力。

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癌症藥物研究不易,在抗癌的未竟之途上,有他們堅持,才有更多的可能戰勝病魔。

要給年輕研究者好工具、好方法來面對氣候變遷,並以科學態度、科學方法來改變世界──永續發展獎詹姆士.漢森(James E. Hansen)

如今,全球暖化是人盡皆知的事實,從學界到常民也都開始正視此一議題。而將此議題的迫切性帶入世人心中的功臣,便是 30 年前意識到人為溫室效應影響的漢森教授團隊。

圖/唐獎基金會提供

漢森說,過多二氧化碳和溫室氣體就像將棉被蓋在地球上,造成進入地球的能量遠多於散出的能量,讓地球能量失衡。漢森的研究團隊花了多年時間,透過分布全球的 3000 多支觀測器,監測海洋熱含量來了解地球暖化現象。結果發現,地球的熱含量變化正在失控中,能量正在急速增加,特別在淺海地區增加程度最明顯,目前估計地球每天增加的能量,約等於每年每天引爆 50 萬顆廣島原子彈(約一億八千萬顆)所產生的能量

1981 年漢森發表的論文指出,未來地球變暖的情況很可能會超過正常的變動範圍,冰層更會因為地球暖化融化,造成海平面上升,從而引發一連串的連鎖反應。這樣的研究結果,使他更加致力於讓世人理解溫室效應影響的嚴重性,同時他也發現地球能量急速上升的時期,發生在太陽活動極小期,與當時有些科學家認為,地球能量異常是因太陽造成的看法有所出入,於是提出了「地球氣候變遷與人類使用化石燃料有關」的觀點。

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30 多年過去了,人類行為產生越來越多的二氧化碳,讓全球暖化持續加重,而當年漢森論文中的論述一一成真了。漢森表示,使用核能可以將人類活動碳排放降至近於零,但因為大眾對於核能的恐懼,讓核能發電研究極度緩慢。漢森強調他並非支持特定發電方式,而是為了完成零碳排放的理想,希望能有更多火力發電以外的技術,取代大量碳排放的發電方法。在零碳排放發電方法未臻完善前,在碳排放大國施行碳費制度,將燃燒化石燃料所產生的氣候變遷、生態破壞與健康影響等外部成本計算進碳費,向使用化石燃料的企業收取,並將收取的碳費直接回饋給社會大眾。透過不斷提高的碳費,抑制化石燃料的使用,是漢森認為目前較理想的解決方法。

人類活動帶來的壓力將使  20~50% 的物種滅絕,而海洋暖化已造成每年至少一種珊瑚礁消失的不可逆傷害,節能減碳不能只是口號,必須立即採取行動

氣候變遷的情況已經到燃眉之急,每個人都要採取行動──永續發展獎維拉布哈德蘭.拉馬納森(Veerabhadran Ramanathan)

同樣研究全球暖化現象的拉馬納森,發現除了二氧化碳,水氣、氟氯碳化物等也都是造成溫室效應物質,因此將其研究鎖定在「非二氧化碳」的溫室氣體研究。演講中,拉馬納森告訴觀眾,溫室效應不只比想像中嚴重,溫室效應的肇因也比想像中多更多。

圖/唐獎基金會提供

他與其研究團隊利用無人飛機,測量太陽照射地球能量與反射出去的能量,分析資料後發現氟氯碳化物亦為溫室氣體。拉馬納森將大氣層比喻為一件毯子,而這件毯子有厚有薄的地方,地球上的輻射會在薄的地方散熱至宇宙,而氟氯碳化物就是在這些薄大氣阻擋輻射排放的物質。

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拉馬納森表示,看似無害的水氣,因為能造成空氣溫度上升,所以空氣凝水增加,也會增加極端氣候發生的可能性。在他的研究中更發現「非氣體但也會造成溫室效應」的物質──大氣黑碳(也就是大眾很熟悉的 PM10、PM2.5 )。物質燃燒不完全,煤炭煮飯、工業廢氣等都有可能產生大氣黑碳,更令他擔憂的是,大氣黑碳的在某些地區的排放量相當大,甚至可能超過二氧化碳。

當前暖化另一個嚴重迫切的問題是,當南北極的冰層因為融化露出深色土地,將加速南北極吸熱,無異於火上加油。他還表示,若能將 2050 年全球暖化的溫度控制在攝氏 1.5 度,即可減少 17 億人因熱浪死亡、極端雨量也可減少三分之一,2 億 5000 萬人則免於乾旱造成的死亡。

對於減緩全球暖化速度,拉馬納森提出了建議,與其針對化學生命週期長的二氧化碳(二氧化碳的生命週期長達數百年),如能先致力於減少化學生命週期短的黑碳粒子、氟氯碳化物等排放,降低生活中使用煤炭取暖、烹飪等行為,理論上可較快見效。除了碳之外,牲畜排泄物裡的大量甲烷,也亟待開發更先進的技術去處理。另外,拉馬納森籌組了專家團隊,其中包含物理學家、人文學家、工程學家等,共同對抗全球暖化,並利用經濟誘因來降低碳排放。

「氣候變遷的情況已經到燃眉之急,我們不能再坐以待斃,政府必須拿出政策來,每個人都要採取行動。」拉馬納森最後鄭重的呼籲所有人。

漢學視域與國學視域應相輔相成,文學研究也應突破領域限制──漢學獎宇文所安(Stephen Owen)

14 歲時在圖書館邂逅中國詩歌,讓後來的宇文所安開啟了用創新視角研究中國文學的學者生涯。相較於母語為中文的人,宇文少了自然形成的文化底蘊,但也因為身處不同文化環境,讓他在詮釋中國詩歌時,免去不少文化包袱。

圖/唐獎基金會提供

呼應演講主題「文章裡的意義:胸中之竹與腹中之竹」,宇文現場解析蘇軾的〈文與可畫篔簹谷偃竹記〉,從三位文人之間的議論,探討當時文人的美學、哲學觀,更加入當時的社會背景探討,讓紙上的「畫竹」成為窺見的時代思想的媒介。他表示,在文人治國的宋代,知識分子的價值觀,也代表著很大一部分的社會價值。

另外他也由畫竹延伸到《莊子輪扁》,宇文說,莊子散文內容常與生死有關,卻透過寓言、議論交替的方式,平衡議題的輕重,使文章不過於生硬,造就莊子獨特的語言風格:時而飄渺;時而言之有「道」。再回到主題,蘇氏兄弟與文同對於〈輪扁〉一文的認知接受,也是我們後人在解析蘇軾〈文與可畫篔簹谷偃竹記〉的重要參考。宇文認為,不同文本之間的解讀、比較,除了從彼此互文的地方下功夫,更要有「作者為何如此寫作」的問題意識。

交通與社會分工是唐宋經濟、社會整合的關鍵改革力量────漢學獎斯波義信

本日最後一位演講者──漢學獎得主斯波義信,專長中國文化社會史。這場演講中,他向聽眾分享了他對中國史上商人地位的了解,談及他們地位的變化,他們如何改變其時的政治體系,如何影響國家發展方向。斯波尤其強調社會發展最為蓬勃活潑唐宋時期。

圖/唐獎基金會提供

他以史料與實證的態度,分就交通變化、社會分工、社會移動和都市化研究中國商人的地位。他從《管子》士農工商四民之說談起,分析社會分工與封建體系的相互頡頏,以及由世襲促成的專業分工家族制對社會的影響。

斯波接著提到,中土運河的快速發展讓商業行為得以拓展到更遠的疆界,並大幅縮短貨運時間、成本,使更多商品有機會送往較遠的地區,增加彼此交流。此外,水運貿易讓專業市鎮興起,地域特產商號藉由獨佔市場累積大量財富,連帶也改變了當地經濟活動樣貌,更因南北資源不均,讓整體經濟呈現傾斜狀態,使南北政治勢力產生變化

但是改變並非完全由商人單向帶動。斯波最後提到,唐宋之所以成功,是因為國家順勢結合官營事業與民間商業勢力,補強財政、稅收,甚至軍事費用,從而也提升了國家資源的整合與運用效率。這是過去官僚制持續強化的歷史上,由民間力量帶動,因經濟改善政治的特別成功的史例。

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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
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・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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溫室效應有救了?把二氧化碳埋進地底吧!  
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・2024/03/25 ・1389字 ・閱讀時間約 2 分鐘

本文由 台灣中油股份有限公司 委託,泛科學企劃執行。 

近年全球對於氣候變遷的關注日益增加,各國紛紛宣布淨零排放(Net Zero Emissions)的目標,聯手應對氣候變遷所帶來的挑戰。淨零排放是指將全球人為排放的溫室氣體量和人為移除的量相抵銷後為零。而「碳捕存再利用技術(Carbon Capture Utilization and Storage,簡稱 CCUS)」技術被視為達成淨零重要的措施之一。 

CCUS 示意圖。圖/INPEX CCS and CCUS Business Introduction Video 2022 

「碳捕存再利用技術 CCUS」是什麼? 

CCUS 技術可以有效地將二氧化碳從大氣中捕捉並封存,進而減少溫室氣體的排放。CCUS 包含捕捉、運輸、封存或再利用三個階段,也就是將二氧化碳抓下來,並且存起來或是轉換成其他有價值的化學原料。關於如何捕捉二氧化碳,可以參考我們先前拍的影片《減碳速度太慢?現在已經能主動把二氧化碳抓下來!?抓下來的二氧化碳又去了哪裡?》。 

至於捉下二氧化碳之後,該存放在哪裡呢?科學家們看上一個經過數千萬年驗證、最適合儲存的地方——地底。沒錯,地底可不只有石頭跟蜥蜴人,只要這些石頭中存在孔隙,就可以儲存氣體或液體。最常見的就是天然氣與石油。現在,我們只要將二氧化碳儲存到這些孔隙就好。 

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封存的地質條件也很簡單,第一,要有一層擁有良好空隙率及滲透性的「儲集層」,通常是砂岩。第二,有一層緻密、不透水且幾乎無孔隙的岩石,用來阻擋儲集層的氣體向上逸散的「蓋層」,常見的是頁岩。只要儲集層在下,蓋層在上,就是一個理想的儲存環境。 

臺灣哪裡適合地質封存? 

臺灣由東往西,從西部麓山帶、西部平原、濱海到臺灣海峽,都有深度達 10 公里的廣大沉積層,並且砂岩與頁岩交替出現,可說是良好的儲氣構造。 

至於臺灣適合封存二氧化碳的地點,有個很直接的作法,就是參考石油、天然氣的儲存場域就好,也就是所謂的「枯竭油氣層」。將開採過的天然氣或石油的空間,重新拿來儲存二氧化碳。而臺灣的油氣田,主要集中在西部的苗栗與臺南一帶,在 1959~2016 年,累計產了 500 億立方公尺的天然氣,和超過 500 萬公秉的凝結油。 

臺灣油氣田位置圖。圖/《科學發展》2017 年 6 月第 534 期
鐵砧山每年封存 10 萬噸二氧化碳(相當於通霄鎮 1/3 人口一年的二氧化碳排放量)。圖/台灣中油

而至今這些枯竭油氣田,適合來做二氧化碳的封存。例如苗栗縣通霄鎮的鐵砧山是臺灣目前陸上發現最大的油氣田,不只是封閉型背斜構造,更擁有厚實緻密的緻密蓋岩層。在原有油氣田枯竭後,從民國 77 年開始轉為天然氣儲氣窖利用原始天然氣儲層調節北部用氣的方式,已持續超過 35 年。因此中油也正規劃在鐵砧山氣田選擇合適的蓋層和鹽水層,進行小規模的二氧化碳注入,作為全國首座碳封存的示範場址。並同時進行多面向的長期監測,驗證二氧化碳封存的可行性與安全性。 

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更多詳細內容及國際 CCUS 案例,歡迎觀看影片解惑! 

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氣候變遷讓缺水、淹水更嚴重,臺灣做好準備了嗎?——專訪水利署賴建信署長
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・2023/10/31 ・3262字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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本文由 經濟部水利署 委託,泛科學企劃執行。

「30年後,我們將面對更嚴峻的缺水考驗。」水利署署長賴建信接受我們採訪時坦承地說。

水利署署長賴建信

近年,全臺西部地區都曾遇過「供五停二」的停水措施,,缺水問題更早已是全球問題。根據 2021 年發表在 Nature Communication 上的論文,2016 年全球有 9.33 億的城市人口面臨缺水問題,約為總人口的 12 %;依據過往趨勢推測,至 2050 年,全球將有 16.93-23.73 億的城市人口面臨缺水問題,相當於 2050 年總人口的 17%-24%。

為什麼全球缺水問題會如此嚴重呢?賴建信署長認為首要是「氣候變遷」改變了降雨強度與頻率,並舉生活中的經驗來說明氣候變遷:

「生活在臺灣地區的我們,會感覺到最近好像很久都不會下雨,然後不下雨的時候很熱,但一下雨,雨滴大到打在身上都會痛。」而近期紐約暴雨造成地鐵淹水癱瘓,也是氣候變遷造成的。

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氣候變遷讓降雨更加極端

賴署長說:「可以說以後的降雨會非常集中在特定某幾天。就像剛剛講的,就是突然暴雨,然後接下來一個大乾旱。 」

無論是缺水還是淹水,氣候變遷造成的影響都不容忽視,賴署長表示,不只是降雨頻率會更低,降雨地區也會更加不平均,降雨的強度也會有所提升。

依照聯合國政府間氣候變化專門委員會最糟糕的預測(SSP5-8.5),到了這個世紀中,臺灣暴雨強度會比世紀初提升 20%,世紀末會提升 40%,即便是最優預測(SSP1-2.6),也會在世紀中提升 15.7%。

據上所述,氣候變遷讓全人類無法迴避「降雨不均造成的地區性缺水」,以及「降雨強度提升造成的地區性水災」這兩個問題。雖然個人、企業與政府都為了減緩氣候變遷有所作為,但賴署長也表示,我們該「從科學擁抱殘酷現實,對未來做最壞打算」。

簡單來說,若所有締約國都遵守聯合國氣候變遷大會(COP)的決議完成減碳工作,那氣候變遷也只是不再加劇,並不會立刻恢復到過去的型態,而只要有其中幾項沒有達成,那全世界就得面對更嚴峻的情況。

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回到開頭賴署長所說的 30 年,我們還有時間做好基礎建設,降低氣候變遷對人民造成的影響。「從2016年開始,我們就思考這些問題,思考說臺灣未來面對的自然環境,我們應該如何因應、構築一個怎麼樣的未來。所以當時我們就開始思考包括區域調度、多元水源等相關計畫。」

賴署長提到的「區域調度」相關計畫,即是目前正在進行的「珍珠串計畫」。

地區性缺水解決方案—「珍珠串計畫」

「珍珠串計畫」預計把台灣西部像珍珠一樣珍貴的水源,用聯通管線串聯起來,讓珍貴的水資源可以妥為應用。

臺灣降雨時間和空間差異極大,桃園至屏東等西部地區,在 5 月至 10 月是豐水期,11 月到隔年 4 月是枯水期,然而北北基與宜蘭等東北地區,卻是完全相反,10 月至隔年 4 月有東北季風帶來的豐沛雨量,此時若能將東北地區的水調度至西部地區,將能緩解西部地區缺水。而未來面對更加極端的降雨情況,也能提供一定的支援。

珍珠串計畫的聯通管線預計將在 2028 年全數完成,而在 2021 年旱災中搶先開通的「桃園—新竹備援管線」,從桃園每日調度 20 萬噸的水給新竹,在旱災期間總計調度 2300 萬噸,約是 0.6 座寶山第二水庫的蓄水量,不僅讓新竹地區免於限水所苦,也讓新竹科學園區的科技業能維持生產。

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寶山第二水庫。圖/Wikipedia

不僅管線串聯,更要開創「多元水源」

有了聯通管串聯,就能解決缺水問題嗎?賴署長給出否定答案:「如果只有一種供水方式,突然有意外就完了。當然要有多股水源,多條管線。」

過往開發新水源,直覺想到的是蓋水庫,不過蓋水庫不僅要謹慎評估該地是否有充足水源,考慮安全性及經濟性是否合理,更要謹慎評估對環境生態的影響,通常一座水庫從規劃到興建完成,需耗時數十年的時間。

為了因應氣候變遷與逐步增加的用水量,水利署目前已朝「多元水源」的方式來尋找新水源,像是南化與寶山第二水庫藉由「溢流堰加高」擴增蓄水量,臺中水楠經貿園區淨化污水再利用的「再生水」,以及以及高屏溪的「伏流水」與新竹的「海淡水」,這些多元水源將與水庫水、川流水及地下水等傳統水源共同支撐起全臺用水。

此外,水利署也正想辦法讓洪水資源化,臺灣山高水急,大雨過後的洪水大部分都流向大海,只有少部分可被水庫收集,像是「河槽人工湖」就能增加收集水量,來供應日常使用,或補注超抽的地下水。

地區性強降雨解決方案—從「不淹水」轉變為「耐災韌性」

受氣候變遷影響,近年臺灣短延時強降雨頻率提高,低窪地區或排水系統也時常發生淹水,顯現目前臺灣防洪工程的不足。

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過去臺灣由於預算有限,治水策略多以建護岸、堤防或下水道為主,然而這種作法有其極限,即便已完成防洪工程的區域,也未必能面對未來極端降雨的情況,為此,水利署改變過往治水策略,從「不淹水」轉變為「耐災韌性、與水共生」,而在多年來中央與地方政府的聯合推動下,各地開始邁向「逕流分攤」的方式來治理水患。

「逕流」是指下雨時地表土壤無法吸收的水份,在地表形成的水流。「逕流分攤」是在淹水較為嚴重的河段,於新建(或改建)公共設施時,以不妨礙設施功能,建設洪水期間可收集逕流的滯洪池。此外,為提升土地耐淹能力,「出流管制」政策也要求開發單位,必須提升建築物的透水、保水與滯洪能力。

以日本東京鶴見川為例,由於東京市的發展,導致土地保水、滲透能力降低,洪水尖峰流量增加,更容易發生淹水。為此日本將橫濱日產體育館建置成兼具滯洪功能的公共設施,來應對鶴見川的洪峰流量,館場下方的滯洪池高度高達五公尺,平日則作為停車場使用。

橫濱日產體育館。圖/Wikipedia

「我們希望所有的土地都能更有效地利用,例如我們學校的操場,如果下面是一個蓄水池,那大雨下來是不是就不容易淹水了?」賴署長表示,近期開工的鹿港洛津國小的地下停車場兼滯洪池工程,正是「逕流分攤」的案例。

風暴將至,我們能做好準備嗎?

賴署長略為嚴肅地說:「我不期待氣候型態會回到 30 年前。」並重提了在 IPCC 的最優預測(SSP1-2.6)下,臺灣仍必須在 2050 年面對暴雨強度提高 15.7% 的情況。

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無論我們怎麼做,風暴已確定到來,那麼我們能事先做好準備嗎?賴署長說:「我認為我們能做到的,是使用適當的方法趨吉避凶。」隨著科學進步,模擬變得越來越精準,但終究還是預測,存在不確定性,雖然 2050 年最優預測是暴雨強度提高 15.7%,但上限呢?真的就只有前面提到的 20% 嗎?賴署長提醒我們要面對氣候變遷的現實,並在面臨風暴來臨之前做好準備,這個準備不只要能面對預估強度,更要有足夠的韌性,來面對超越預期的情況。

最後,賴署長說:「每個巨大的改變,一定是從一個微小的生活習慣,比如說開始固定運動,或是固定減少能源浪費。」也許現在看來微不足道的小動作,都將是未來的「重要一步」,就像蝴蝶效應一樣。

相信科學數據,擁抱不確定性,積極做出因應,這不僅是賴署長個人的想法,也是水利署全體的信念,唯有如此,才能在超乎預期的「風暴」來臨之前,做出最好的選擇。

參考文獻

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