超超臨界是什麼？如何增加火力發電的效率？──煤的旅程（二）燃燒過程篇

本文轉載自電業文物典藏網

• 作者：簡佑丞（國立臺北大學民俗藝術與文化資產研究所）

編按：濁水溪流域內水力發電設施眾多，這些發電設施從屬於不同的水力發電體系。若按照建設時序，將這些設施切分開來單獨檢視，難免見樹不見林。因此，本文的前半部分，著重介紹濁水溪流域三個水力發電體系的建設歷程。其一，為戰前的日月潭水力發電系統。其二，為戰後的明湖、明潭抽蓄水力發電系統（兩者各自獨立，但以日月潭水庫為中心相疊合）。其三，為最初與電力產業沒有特別關聯的嘉南大圳濁幹線濁水水力發電所。後半部分則以流域路徑走讀方式，從下游往上游前進，並選取途中的重要標的設施進行導覽。

為了幫助讀者理解日月潭周邊水力發電系統的複雜性，本文製作了濁水溪流域水力發電體系圖，標示出三個獨立的水力發電系統，希望幫助讀者從較廣遠的歷史視角出發，認識濁水溪流域內各水力發電系統的形成脈絡。

一、導讀

位於臺灣中部的濁水溪為全臺最長的河川，其豐沛的水資源，自古以來即是兩岸居民賴以為生的重要命（水）脈。到了日治時期，河川水資源的利用不再侷限於傳統的農業水利灌溉，藉由水量與水位落差轉換為電能的近代水力發電系統始由殖民政府引入臺灣，並以臺北近郊的新店溪流域作為水力發電工程的試行場域，興建了龜山、小粗坑水力發電廠，爾後又陸續加入新龜山與烏來水力發電廠，最終形成以新店溪流域為核心的水力發電系統群。另一方面，臺灣總督府也在自身推動興建的農田水利灌溉設施當中，選擇了中、南部三條水位落差較大的灌溉圳路興建竹仔門、后里與土壟灣水力發電廠，逐步建立並擴大臺灣的水力發電體系。

不過，前述的水力發電廠都屬於小規模、川流式的水力發電設施。到了1920、30年代，隨著水資源利用方式的轉變以及大壩技術的發展，以大規模水庫（群）系統為核心，統合運用、控制整條河川流域水力資源的電業發展思潮，逐漸成為當時的國際主流。而臺灣第一個依此模式規劃並實現的，便是濁水溪流域的日月潭水力發電建設工程，其在臺灣的近代電業發展史中具有劃時代的意義與價值。如今，這個以日月潭水庫為核心，利用濁水溪流域水資源的大規模系統性水力發電設施，自完工起算已超過九十年，依然完整保存並持續運作，不僅是臺灣電力發展歷程的重要見證，也為當前臺灣的電力事業做出相當貢獻。

這些留存至今、依然系統性串連運作的「活的電力產業文化資產」，亦正好組構、串接成為一完整的「電業文化路徑」。因此，筆者期望透過本文帶領讀者分別從電業系統（文化路徑）形成的歷史發展脈絡，並且實地沿著濁水溪流域，自下而上循著各個可及的系統性建築、構造物設施所構成的「產業文化路徑」兩種視角，一起來「走讀」由日月潭水力發電系統設施為核心的濁水溪電業文化路徑。

二、臺灣近代大規模水電系統的開端：日月潭為核心的濁水溪流域水電體系

① 從天然湖泊到人工水庫的水力發電計畫

日治初期，臺灣總督府於全臺各地興建多座水力發電設施，讓臺灣的電力使用日漸普及。隨著民生與產業用電需求增加，並考量將來各種建設的持續擴展，殖民政府於1916年起展開全臺水力發電資源開發調查，發現濁水溪流域上游豐沛的水資源極具水力發電價值。3年後，一個以日月潭為核心，並利用濁水溪為發電水源的大規模離槽水庫式水力發電興建計畫被規畫完成。

該計畫將原本的高山天然湖泊日月潭修建為可蓄存大量發電用水的人工水庫，透過總長超過15公里的導水路，穿越重山峻嶺將濁水溪上游溪水引入日月潭蓄水，再以水壓隧道與壓力鋼管，將水引流而下至濁水溪支流水里溪河谷的日月潭第一發電所（今大觀發電廠），利用其高水位落差發電。高達10萬瓩（kW）的發電量足可供應當時全臺用電需求外，還可餘留大量備載電力供額外使用。

② 台電的前身──臺灣電力株式會社的設立

由於該發電建設計畫規模與經費過於龐大，臺灣總督府一改過去由官方投入資金主導工程興建與經營的想法，改採政府與民間共同集資入股、成立半官半民營的「臺灣電力株式會社」，主導日月潭水力發電工程的實施，以及完工後的電力事業經營。此後，這個具官方主導色彩的電力會社，成為臺灣電力事業建設與經營發展的主角。戰後，繼承臺灣電力會社的「台灣電力公司」，亦屬國家政策導向的國營企業，肩負臺灣的電力事業發展與經營，直到今日。

③ 工程建設的頓挫與再興

日月潭水力發電建設工程於1919年開工後不久，即受到第一次世界大戰影響導致工程費暴增，加上濁水溪水源的高含沙量、日月潭水社壩的複拱型水壩設計可能發生的技術安全問題、以及關東大震災等影響，不得不於1926年中止施工。

停工後，臺灣電力株式會社邀請美國Stone＆Webster公司的工程專家來臺評估並提供工程可行性建議，隨後聘請專精事業經營的松木幹一郎任新社長、以及具水力發電泥沙防治經驗的新井榮吉擔任建設部長。同時，重新修改財務規劃，包含將取水口位置改至武界之工程設計修正後，於1931年重啟建設，最終於1934年完工運作，為當時亞洲規模第一、世界第七大的水力發電設施。

④ 日月潭水力發電系統設施體系的成形

根據日月潭水力發電系統的整體計畫，自濁水溪上游導水至日月潭蓄水，再向下引流至第一發電所發電的第一期工程完成後，尚規劃興建兩座發電廠。其一是利用第一發電所發電後尾水，由導水路引至更下游的日月潭第二發電所（今明潭發電廠鉅工分廠），其二是利用第二發電所尾水發電的第三發電所（最終並未興建）。同時亦規劃在武界取水口往濁水溪更上游的霧社興建霧社水庫，除與日月潭共同調配濁水溪流域的水資源，也透過導水路引水供霧社第一、二發電所與萬大發電所發電使用。可謂以日月潭與霧社水庫兩水庫為核心，利用濁水溪流域的水力資源串聯形成系統性水力發電設施群的規劃。

可惜該後續計畫除第二發電所與萬大發電所分別於1937年及1943年完工運作外，霧社水庫工程因太平洋戰爭日趨激烈而被迫中止。直到戰後，台灣電力公司在美國墾務局協助下於1957年重新完成霧社水庫的建設。至此，以日月潭與霧社水庫為中心的濁水溪流域水力發電系統設施體系終於完整成形。

⑤ 日月潭成為雙重「心臟」：明湖、明潭抽蓄水力發電廠

到了1970年代，為解決臺灣日益遽增的日間尖峰用電負載問題，台灣電力公司接受德國與瑞士顧問公司建議，於1981至1985年間，進行以日月潭為核心的明湖抽蓄水力發電建設。該計畫以日月潭作為發電水源調整池（上池），將日間發電後儲存於水里溪下游明湖水庫（下池）的尾水，利用夜間多餘電力抽回日月潭中待下次發電使用。

之後，台灣電力公司再於1987至1995年間進行亞洲最大、世界第四的明潭抽蓄水力發電工程。這一建設計畫以日月潭為上池、明潭水庫為下池。該計畫以日月潭為「心臟」，分別串聯戰前的日月潭、霧社水力發電系統，以及戰後的明湖與明潭抽蓄水力發電系統，構成一雙重、立體疊合的水力發電體系，亦可謂臺灣電力文化資產在繼承與開創的基礎上可持續性運作的最佳典範。

⑥ 濁水溪中下游的平地水力發電廠：濁水（烏塗）發電廠

另一方面，與日月潭水力發電建設同步進行、並稱日治中後期全臺兩大水利建設計畫的嘉南大圳水利灌溉工程，雖位處南臺灣，卻與中部的濁水溪流域有著密切關連。以臺南曾文溪為主要水源的嘉南大圳烏山頭水庫，僅足夠供應臺南與嘉義的灌溉用水。因此，為確保位於嘉南大圳灌溉區內的雲林也能獲得足夠的水資源，該計畫的設計者八田與一遂將目光轉向濁水溪水資源，於濁水溪中下游左岸的雲林林內設置濁幹線取水口，擷取濁水溪水灌溉雲林地區。

除此之外，為能提供遠在臺南的烏山頭水庫施工機械用電力，尚在嘉南大圳濁幹線林內取水口導水路上興建「濁水水力發電所」。其發電方式與一般川流式水力發電所利用地勢水位落差、以壓力鋼管之水力帶動水輪機的方法不同。位於中下游平原區的濁水發電所利用導水路的低水位落差，直接以豎井之水力帶動橫軸水輪機發電，為全臺唯一的平地川流式水力發電所。相較於濁水溪上游的日月潭水力發電工程，濁水水力發電所不論建設目的、運作體系與歷史脈絡都不盡相同，但也因為該電廠的完成，建構了濁水溪流域由下游到上游的完整水力發電系統群。

三、循著濁水溪「電業文化路徑」探訪「活的」臺灣電力文化資產

在「走讀」由歷史發展歷程、脈絡以及流域整體的水力發電運作體系所形成、建構的濁水溪電業文化路徑後，讓我們換個方式，透過地圖、沿著濁水溪流域由下而上，依序實地探訪系統性串聯、組構成的濁水溪水力發電體系之各主要建築物、構造物設施。

事實上，一個體系化之水力發電系統群的形成（構成）與整體河川流域的水資源運用密不可分。其系統性的運作方式通常於河川流域上游設置水資源取水、導水與蓄水（水庫）等「水資源設施」，並在其下游處（相對海拔較低處）設置「水力發電設施（群）」（發電廠），利用水位落差進行發電，發電後的尾水又供更下游的發電廠發電，流域水力資源的持續循環利用，建構了以河川流域為核心的完整水力發電系統群，也形成了以河川流域為中心的電業文化路徑。濁水溪電業文化路徑亦是如此，因此接下來跟著筆者的腳步以溯源的方式，由濁水溪中下游的「水力發電設施（群）」，一路上溯至發電體系源頭的「水資源設施」。

■水力發電廠設施（群）

① 烏塗電廠──新舊並存的水力電廠

沿著濁水溪左岸至流域下游與中游分界點的雲林縣林內鄉烏塗村，靠近農水署雲林管理處農田水利文物陳列館與嘉南大圳濁幹線八卦池不遠處，即可看見一座單面斜屋頂造型的紅色建築物。這是於1922年建成、原作為嘉南大圳烏山頭水庫大壩施工機械用電的烏塗水力發電廠（舊稱濁水水力發電所）。該電廠建築在設計之初為順應濁幹線導水路堤防，並與其共構，才會有此造型特殊的斜面屋頂設計。磚造結構的建物，整體外觀兼具歷史與現代主義的折衷樣式，特別是下半部帶有古典風格的拱型長窗，以及上半部具早期現代主義幾何造型的圓窗，讓強調功能性設計的電廠建築顯現出獨特趣味。其內部設置的三臺水力發電機組則是日本京都奧村電機製作的產品。

烏塗電廠在嘉南大圳完工後轉讓予臺灣電力會社，戰後由台電公司繼承，並改供斗六糖廠製糖產業用電。1999年，921震災造成廠房內外多處裂縫，雖經修補，但古舊建築的耐震度已出現疑慮。2004年，該電廠被雲林縣政府指定為縣定古蹟後，隔年便停止運轉除役，未來擬修復活化為水力發電博物館。與此同時，台灣電力公司於2003年起在烏塗電廠左側另建仿舊電廠建築意象的新電廠，並利用原有發電所的前池（水壓槽）與沉砂池設備，以集集攔河堰南幹渠的水源取水發電。如此新舊發電廠並存的方式，不僅繼續維持水力發電與農業灌溉的水資源運用外，也保存了具歷史、技術價值與意義的電力文化資產。同時也成為一個展現水利文化資產系統性、整體性、脈絡性與永續性價值的範例。

② 鉅工電廠與明潭水庫（明潭發電廠）

離開烏塗電廠後，繼續沿著濁水溪流域往中、上游河谷前行，經過南投縣的集集小鎮後便抵達水里。從集集線水里車站向濁水溪對岸望去，便可看到黃褐色外觀的長方體建築，其後還有從山頂冒出的兩根醒目長條型大水管，一路貼著山坡向下延伸至建物身後。這棟背後連著兩條綠色大水管的建築就是日月潭第二發電所（即鉅工電廠前身）。該電廠利用身後的兩根巨型水管將第一發電所發電後排出的尾水，經銃櫃壩蓄水調整後透過高低落差引入廠內的發電機組發電，發電後的尾水再排入濁水溪支流水里溪中。

鉅工電廠建築於二戰末期，曾因美軍大規模空襲而遭受嚴重破壞。戰後，台灣電力公司將之修復，才恢復昔日樣貌。1946年10月，當時的總統蔣中正偕夫人蔣宋美齡女士前來視察日月潭水力發電系統設施的復原狀況，該電廠由蔣宋美齡女士親題「鉅工」，從而由戰前的第二發電所改為今日所稱之鉅工電廠。當時作為第二發電所調整池的鋼筋混凝土拱重力壩──銃櫃壩施工時，需要製冰設備冷卻混凝土，1937年銃櫃壩完工後，便將此冷卻設備轉為生產枝仔冰，作為職工福利的一部分，並且逐漸成為有名的台電「二坪枝仔冰」。

由鉅工電廠循著水里溪溯源而上，便抵達林業製材聚落──車埕。來到此地，大家的關注焦點應該都是車埕老街，以及由舊大雪山林業公司製材工廠修復活化的車埕木業展示館吧！不過，在參觀的同時，大家很難忽略矗立在展示館旁舊儲木池前方有如混凝土巨牆的龐然大物。這座龐然大物即為明潭水庫的下池壩，而水壩旁隱身在山壁內部的便是排名世界前十大的明潭抽蓄水力發電廠。該電廠是將山壁挖空，利用其內部空間設置的地下電廠，故從外觀無法窺見其全貌。當白天用電尖峰時，便自海拔較高的日月潭引水至海拔較低的明潭發電廠發電，並將發電後尾水匯入明潭水庫儲存，等到夜間用電量較小時，再利用夜間剩餘電力將明潭水庫的水抽回日月潭繼續循環利用發電，這就是抽蓄發電的原理。也因此，大家可能會發現為什麼有時候白天和晚上的日月潭水位落差如此之大，就是因為電廠正在進行抽蓄發電呢！

③ 大觀發電廠與明湖水庫（大觀二廠）

從車埕繼續沿著濁水溪流域支流水里溪而上，就可抵達前身為日月潭第一發電所的大觀電廠。該電廠可謂戰前日月潭水力發電系統的核心發電設施，日月潭儲蓄的湖水便是經由其主建築背後連著的五根巨大鋼管引流自電廠內發電，瓩最大可產生10萬（kW）的電力，當時可供應全臺所需電力外還綽綽有餘。不過，該電廠和前述的鉅工電廠相同，在二戰末期遭到美軍大規模的空襲而損壞嚴重，戰後經台電公司積極修復後才終於恢復昔日樣貌，並在1946年10月由前來視察的總統蔣中正改命名為「大觀發電廠」。完工已逾九十年的今日，大觀電廠與鉅工電廠依舊持續運作，共同肩負起臺灣電力供給的使命。

而在大觀電廠右側不遠處聳立的巨大鋼筋混凝土大壩則是明湖水庫，水庫旁山壁內部便是明湖抽蓄水力發電廠（現稱大觀二廠）。和前述的明潭電廠一樣，明湖電廠也是設置於挖空山體內部的地下抽蓄式水力電廠，而且還是全臺抽蓄式水力電廠的始祖。當初委由德國與瑞士的顧問公司協助規劃設計，並由榮工處負責工程施工。由於明湖電廠的成功經驗，讓臺灣得以在此基礎上接續完成當時亞洲規模最大的明潭抽蓄水力發電廠。

■發電水庫（水資源）設施

④ 日月潭的地標──水社壩與工程殉難紀念碑

自明湖水庫沿著131縣道經過南投縣魚池鄉後便進入知名的日月潭風景區。順著臺21線往右，映入眼簾的是設立在湖岸、刻有日月潭三個大字的石碑。石碑後盡是開闊的湖面與設有木棧道的斜坡草地，為一覽日月潭湖光山色的最佳地點。不過，大家所站立的這片視野絕佳之斜坡草地，其實是人為築造的土石壩體──水社壩。原本該處為日月潭水源向外溢流的水社溪谷，當時臺灣電力株式會社為利用日月潭作為蓄留更多發電用水資源的水庫，遂規劃於此興建水社壩，以便提高日月潭的水位，儲蓄更多引自濁水溪上游的水源。

事實上，原先水社壩採用1920年代流行於美國西部的RC重力式複拱壩型式設計，但後來因工程技術與耐震問題而放棄，改採用土石壩興建而成為今日所見與大地、自然調和的景觀樣貌。在水社壩底端一側，尚有當時承包日月潭水力發電工程的「鐵道工業株式會社」，為紀念從1931年日月潭水力發電工程開工到1934年完工期間，因故殉職的臺籍職工而設立之「殉難碑」。透過紀念碑後刻記的多位殉職人員姓名與詳細資訊，讓人遙想當年建設工程之浩大與艱辛。

⑤ 鷹眼天井奇景之謎──溢流井

在水社壩一側、日月潭碑石附近的湖岸邊，可以看到一座突出於湖水中的奇特圓塔狀構造物。事實上該構造物從上空俯瞰空拍而呈現有如鷹眼天井的謎樣奇景，還曾被各大新聞媒體報導一番。其實這座造型奇特的謎樣構造物是日月潭的溢流井，當日月潭水位過高時，為了不讓湖水越過水社壩頂而恐造成水壩潰決崩塌，便須透過溢流井將過多的水排除。我們可以試想有如一個洗臉盆（或洗手槽），當洗臉盆的水位過高時可透過上方的溢流孔將水排除以避免盆內的水溢流，日月潭的溢流井就猶如洗臉盆的溢流孔功能，是保護日月潭水庫安全不可或缺的重要角色。

⑥ 引濁水溪水入日月潭的關鍵──武界壩

最後則是遠離日月潭，上溯濁水溪流域上游的仁愛鄉武界部落，從部落隔著濁水溪對岸往上不遠處，即是戰前日月潭水力發電建設的重要設施──武界壩。由於最初的日月潭為一水位不深的天然湖泊，其水量不足以供給水力發電用水之需，因此當時的臺灣電力株式會社便計畫於濁水溪上游興建一座攔水壩，利用濁水溪上游豐沛的水資源，將溪水透過導水隧道穿越重山峻嶺後引入日月潭蓄存足夠的發電水量。原先選定的地點為姊妹之原，爾後因考量濁水溪含沙量高，該處河道地形空間不足以長時間容納泥沙的沉澱量，最終改以武界作為水壩的建設地點。

武界壩興建當時，負責現場工程的鹿島組（今日本鹿島建設公司）為克服崎嶇地形限制導致水壩結構混凝土灌漿施工的難題，負責的工程師便發揮創意，在武界壩所在兩側峽谷壁上架設吊橋，利用吊橋與懸吊在其上的輸送管線將已預拌好之混凝土運送到指定位置，從上沿著輸送管澆灌至下面壩體之預定位置，如此作法大大增加施工的效率，使武界壩能順利興建完成。時至今日，武界壩仍然堅守攔蓄濁水溪上游水資源，並將溪水引入日月潭的重責大任！

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你知道台電有個電力研發基地嗎？台電綜合研究所因應電力研發試驗需求設立，至今已超過 20 年，平均每年進行近 400 項研究專案，是我國電力研究重鎮，今年更首次公開展出研究成果，舉辦「綠潮-2022 台電綜合研究所成果展」，今（14）日在板橋車站旁、全台首座綠能主題展館的「電幻 1 號所」盛大開展。台電表示，此次共展出 25 項電力研究成果，將電力專業知識轉化為與你我相關「看得懂的研究」，今日起免費展出至 10 月 14 日，歡迎民眾一同探索、揭開電力研發基地神秘面紗。

台電今日上午於電幻 1 號所舉辦「綠潮-2022 台電綜合研究所成果展」開幕活動，現場由中央研究院院長廖俊智、國家實驗研究院院長林法正及台電代理董事長曾文生等各界貴賓共同為展覽揭開序幕，並於希爾頓酒店舉辦「智能綠電新未來論壇」，邀請美國電力研究所（EPRI）、亞太能源研究中心（APERC）及彭博新能源財經（BNEF）分享國際電業趨勢，與產官學界進行深度對談。

台電說明，台電研發機構最早可追溯到1968年創立的「電力研究所」，隨研究需求及規模擴張，2001 年正式成立「綜合研究所」至今，扮演著支撐穩定供電、帶動能源轉型的電力核心技術關鍵研究單位，台電綜研所近年積極投入低碳能源與友善環境相關研究，並持續與美國電力研究所（EPRI）、彭博新能源財經（BNEF）等組織進行國際技術交流，以科學研究務實推動能源轉型。

台電指出，此次成果展以「綠潮」為主題，取自「綠」能與國際浪「潮」，突顯綜研所除致力綠能研究，更時刻與國際接軌。展覽共分為「Future、Power、Smart、Green」四大展區，展出 25 項電力研究成果，並第一次與YouTube影音平台訂閱超過 40 萬人、全台最大知識科普社群 PanSci 泛科學合作，將專業電力知識轉譯，搭配擬真模型、解說影片及 VR 裝置等生動有趣互動模式，主打「看得懂的研究」首次對外展出，期望打開民眾對電力的想像與視野。

台電也分享展覽 3 大「必看亮點」，首先推薦「Future」展區可看見未來智慧城市樣貌的「未來電桿」。台電說明，全國電桿數量超過 300 萬支，隨時都可能有各種如颱風天災等突發狀況，台電讓電桿搭載感測器，並結合 AI 影像辨識技術人工智慧及物聯網技術，使電桿具有自動檢測控制功能，目前先於桃園、新竹地區試驗，未來廣泛布建後，除可遠端即時掌握電桿狀態、提升搶修維護效率，更可讓電力線路基礎設施成為能源網路，甚至是城市資訊數據的傳輸平台。

而國際正夯的「碳捕捉」技術也可在展覽中的「Green」展區一探究竟，台電將位於台中電廠已實際投入發電機組排碳捕捉的碳捕集設備，打造成結合科技感互動與聲光展示的「超擬真」模型，直接搬到展場。此設備未來更將以年碳捕捉量 2000 噸為目標。

台電此次展覽亦第一次對外發表國內首創的「產業動態指數」，綜研所分析近3萬具高壓智慧電表所收集的電力大數據，並依據產業用電特性，結合生產力指數、節假日及氣象等多元資料，透過 AI 模型演算，建構出可每日即時更新的經濟領先指標「產業動態指數」，目前已透過 B2B 商業模式，提供企業作為產業發展分析重要依據。

台電表示，此次綜研所成果展自今日開幕，將於電幻1號所展出至 10 月 14 日（開館時間 10：00-18：00，週一休館），歡迎有興趣的民眾前來探索台灣電力研發基地的神秘面紗！

地球暖化會造成溫度升高？不稀奇！地球暖化會造成人類生活環境越來越嚴峻？也不稀奇！但你有聽過，因為地球暖化，讓我們的亮度竟然逐年遞減，地球變得越來越暗嗎？

地球亮度的改變並不是近期才出現的新興議題，關於地球亮度的變化，科學家早在 1990 年代前後便提出一種現象「全球黯化」（global dimming）去解釋為何地表獲得的太陽光能量越來越低。

當時透過資料指出，進到地球的太陽能量大幅降低，從 1950 到 1990 年入射至地表的太陽光能量，竟然平均減少 4%！ 也就是身處在地球上的人類會覺得地表的亮度似乎逐漸地降低。

當人類使用石油、煤炭等非再生能源發電時，會在環境中產生許多氣膠微粒，而這些氣膠微粒進入大氣，微粒可以吸收、反射入射到地球的太陽光，使太陽之能量無法進到地球表面，進而造成地球亮度降低。

而全球黯化同時也影響著人們過去對於全球暖化的理解，當全球黯化造成入射到地表的太陽光減少時，代表著地球所獲得的能量並不如過往我們所想像的這麼多。換句話說，全球黯化所造成的冷卻效應竟比不上人們所造成的暖化速度！

知曉地球改變亮度的方法——地照！

近期最新研究更是顯示，1998 年到 2017 年近十年內，地球的反照率逐年下降！除全球黯化造成地表獲得太陽能量減少外，當從外太空看著地球時，地球竟然也越來越暗了！

反照率是一種常用於亮度表示的方式之一，其指的是太陽電磁波段入射至地表的總量質，除以被地表反射的量值所得出的數字。不同的地表特性即有不一樣的反射量質。因此，透過反照率的升降，科學家也可以推估氣候變遷對環境所產生的變化與影響。

計算反照率的方式十分特別，在科學中我們將其稱為「地照」！

地照現象指的為當太陽光照射到地表，地表會反射部分太陽光，而當地表反射太陽光至月球未被太陽照到的地方時，月球又會將地表所反射至月面的光線反射回地球。

地照的變化與地表的改變息息相關。例如冰雪的反射率較高，當地表溫度較低，累積較多冰雪時，地照數據便可能會上升；而洋面的反照率較低，當地表溫度較高，造成冰雪融化成海洋，則地照數據便可能會下降。

除了利用地照觀測地球反照率外，為使觀測更加精確，科學家利用於 2000 年發射的 CERES 儀器（Clouds and the Earth’s Radiant Energy System）觀測大氣至地表的太陽光輻射與地表放出之輻射，並進一步分析對影響地球溫度的重要因子──雲，和太陽輻射的交互關係。

研究結果分析發現，從 2000 年到 2015 年，地球反照率曲線一直維持接近平坦的狀態，但近年，地球反照率的衰退卻日益明顯，如下圖表示：

橫軸座標為年度，縱軸座標為地照反照率之異常改變（單位為每瓦／平方公尺），黑色為地照異常之數據，藍色為 CERES 觀測到異常之數據，而灰色陰影區域則為誤差範圍。從圖中可以看出，地照反照率在這幾年下降約 0.5 W／m²，而 CERES 之數據則是下降約 1.5 W／m²。

十年一變──太平洋年季震盪

科學家推測，改變反照率的原因，是週期性發生在太平洋的氣候變化──太平洋年季震盪。

太平洋年季震盪指的為太平洋的海水溫度會以十年為週期尺度產生變化：當北太平洋和熱帶太平洋間的海水溫度較高時，稱作暖相位；而當北太平洋和熱帶太平洋間海水溫度較低時，稱作冷相位。

而地球亮度改變的原因，正是因為太平洋年季震盪到了暖相位，造成海面低雲減少，反照率降低！

低雲較為溫暖，其主要成分是由水滴組成，當太陽輻射照射水滴時，較多太陽反射至太空，地球的反照率較高，也造成地表溫度降低；而高雲主要成分由冰晶組成，透光性較佳，再加上高雲通常體積較低雲薄，故太陽輻射可以順利進入地表，地球反照率相對降低。

當北太平洋與熱帶太平洋間海水溫度升高時，洋面上空氣需達到飽和的水氣量相對增加，氣塊達到飽和條件較高，低層雲較難生成。（其實背後原因極其複雜，作者僅是以最簡單的方式嘗試解釋。）當低層雲減少時，反射率降低，造成較少太陽輻射至太空，地球亮度因此變得越來越暗。

交織纏繞的反饋機制

看完整篇文章也別急著下結論！其實地球上的現象不僅環環相扣，影響因素更是族繁不及備載，從海溫改變的原因、高低雲量多寡的變化、反照率升降的主因……，我們都很難用單純或是絕對的一段話去完整解釋自然界的現象。

科學家所能做到的，是透過原因推導、盡力的去解釋現象，所以關於地球反照率下降的趨勢原因，除了太平洋年季震盪、海溫升高、低雲變化等，或許也還有科學家尚未清楚的其他可能性。

但同時，令科學家擔心的事情是，因全球暖化造成地表的反照率降低，代表地表接收到的能量、進到地表之能量相對增加，而吸收的能量又加速全球暖化的速度，地球或許會因為這樣的回饋機制持續升溫，造成更加嚴重的溫室效應。如何去因應溫度上升造成的種種問題，也將會是我們需要不斷去思考問題。

參考資料

1. AGU Advances，Earth’s Albedo 1998–2017 as Measured From Earthshine
2. science alert，《Two Decades of Data Show That Earth Is ‘Dimming’ as The Planet Warms Up》
3. Wikipedia，《Clouds and the Earth’s Radiant Energy System》
4. Wikipedia，《行星照》