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還在討論保育與開發的平衡?雨林保護方案還包括了改善貧窮與經濟永續發展

活躍星系核_96
・2019/09/05 ・6797字 ・閱讀時間約 14 分鐘 ・SR值 564 ・九年級

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  • 文/胖胖樹 王瑞閔

很謝謝大家對〈燃燒中的熱帶雨林〉這篇文章的支持與肯定。文章貼出後,陸續有幾位朋友跟讀者提出了新的問題,主要是關於經濟發展與雨林保育之間是否能達成平衡。

編按:對於近日發燒的熱帶雨林議題很感興趣,可見〈燃燒的雨林,炎上的議題:關於亞馬遜的幾個問題與答案

難道只許先進國家發展經濟,擁有熱帶雨林的國家就只能保護雨林與自然生態,不能開發,不能有經濟發展?這是對雨林保護天大的誤解!科學家設計的雨林保護方案,還包含了改善貧窮以及開發中國家的經濟永續發展

各國對待雨林的態度一致嗎?

以巴西為中心,雨林議題引起全世界關注,然而,巴西總統的發言就等同於所有雨林國家的態度嗎?圖/Pixabay

回顧 2015 年,當時法國巴黎所舉辦的第 21 次氣候變化綱要公約締約國會議 (COP21) 所簽訂的《巴黎協定》 (Paris Agreement) ,除了眾所關心的溫室氣體減量新目標與策略,我特別注意到協定第五條:「締約方應致力於森林保育與碳匯功能,並應提供獎勵誘因 (result-base payment) 。此外,重申森林保育中非碳效益 (non-carbonbenefit) 的重要性。」

條文的意思是,希望藉由提供資金的方式,減少開發而導致的毀林;並強調森林生態系的重要性,除了減緩溫室氣體排放,當然也包含生物多樣性等其他資源與效益。

當年,全世界有195國皆同意並簽屬了《巴黎協定》的所有內容。可見,保護雨林是全球的共識。

巴黎協定認證:保護雨林是全球共識!

保護雨林是國際共識,是關係到經濟、貿易、外交的複雜議題,是減緩氣候變遷重要的策略,跟人類生存息息相關。保護地球環境、保護雨林,從來就不是巴西或其他有雨林國家的責任,而是地球上每個人的責任。先進國家原本就不可以自己一直開發,卻不准開發中國家或低度開發國家發展經濟,畢竟經濟發展是各國的權利,而保護地球則是每個國家都需要共同承擔的責任。巴西或是其他有雨林的開發中國家,對於保護地球環境也都有共識,都有禁止開發原始林的相關法令,當地也有非常多人支持保護雨林。

捍衛地球生態、守護雨林是國際間的共同目標。圖/Pixabay

科學家和世界各國都努力於經濟、環境取得平衡

保護雨林的目的是為了全人類永續發展,不是壓榨開發中國家

經濟發展跟保護雨林如何取得平衡,科學家一直有非常多的研究與策略。科學家對於保護雨林可能造成的影響,考慮得非常深、非常廣。所有個人會想到的影響,全世界頂尖科學家也都想到了,還有非常多我們想不到的點,科學家也都有很深入的規劃。科學家從來沒有打算美化工業革命後帶來的汙染。這世界上最早意識到人類開發破壞地球環境,主張要保護地球環境、保護生態的就是先進國家的科學家們,帶頭開始從事環保的是先進國家。先進國家除了保護自己的國土,也提供技術與大量資金給開發中與低度開發的國家保護雨林、從事雨林研究。臺灣雖然不是聯合國的一員,也一直致力於協助保護邦交國的雨林。

正因為如此重要,每年世界各國的領袖、上千個地方組織都會聚集——臺灣也都有派人參加——召開氣候變化綱要公約締約國會議。這場一年一度的馬拉松式會議,目的就是為了減緩全球氣候變遷、保護雨林。因為保護雨林、保護地球環境是全球的共識,當務之急,所以當出現扯後腿的人與行為,大家才會這麼生氣,包含巴西當地的原住民、生態學者、環境保護團體,甚至一些議員都非常氣憤,不滿巴西現任總統推翻過去的環境保護政策,放任少數人破壞雨林。

去年 12 月,是「聯合國氣候變遷綱要公約」第24屆的締約國大會(COP24)

為熱帶國家抱不平?也許才是一種誤解與傲慢

「自己可以開發土地建立城市,卻不允許這些熱帶國家開發。」這是多麼大的誤解。破壞雨林是要種農作物、放牧或採礦,並不是要興建城市!還有,「憑什麼自己可以在都市裡吹冷氣卻不允人家發展?」──這更是一種傲慢的自我想像

這世界上不是每個人都喜歡住在都市叢林!而且不是熱帶國家就一定很熱。熱帶國家有高山、高原,十分涼爽,熱帶雨林裡晚上通常也都只有二十幾度,根本不需要冷氣。將自己的價值觀與經驗套在別人身上,沒有國際觀又自以為是。擁有大面積熱帶雨林的國家,如巴西、印尼,都有現代化的城市,經濟也持續發展──巴西是金磚四國,印尼是亞洲五虎,當地很多人都十分在乎自己的自然生態,保護雨林的觀念都相當完整。只有部分人短視近利,一直在搞破壞。就如同我國,多數人都支持保護石虎、保護自然生態。

小心!不要落入缺乏國際觀的陷阱,同情心與傲慢也許只有一線之隔。圖/Pixabay

保護雨林,並不只是把雨林圍起來禁止開發,還需要投入非常多的資金進行資源調查、長期監測,也必須各國政府跨部門合作。就我所知,國際公約對於保護雨林、減少溫室氣體排放、協助開發中國家的經濟,都有訂出許多的策略。

各國政府究竟做了哪些實質的努力呢?

以下將列出我所了解的部分。希望有助於大家更了解國際上生態保護的作法與精神。

聯合國環境發展大會:為了永續發展的三項文件

時間還是拉回到 1992 年,世界各國官方與非官方組織,聚集於巴西里約熱內盧舉行的「聯合國環境發展大會」 (United Nations Conference on Environment and Development, UNCED) ——這個會議就是著名的地球高峰會。

當時來自世界各地 172 國、兩千多個非政府組織聚集開會,目的就是希望人類、地球生態、地球環境等各方面,都能夠永續存在

不希望人類因為過度的開發,導致地球生態毀滅。當時各國簽屬的文件,除了有名的「聯合國氣候變化綱要公約」 (The United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC) ,還有生物多樣性公約 (Convention on Biological Diversity, CBD) 與里約環境與發展宣言

里約環境與發展宣言中強調,各國都有權利依照自己的資源發展,努力消除貧窮、國際合作保護生態系統、減少不可持續的消費與生產模式、重視各國的原住民與婦女,等等議題,都是本世紀所關注,都是希望人類可以「永續」生活在地球上。而生物多樣性公約,也不只是一味的保護生物,禁止開發,還希望在生態保育的基礎下,永續利用並分享生態與生物資源。

「聯合國氣候變遷綱要公約」是 1992 年簽署的其中一份文件,因此開啟了連續 24 屆的締約國大會(COP1 ~ COP24) ,下文提及的內容,如京都議定書、巴黎協定等等,都是此會議的重要成果。

京都議定書:規範先進國家的三種機制

而最複雜難懂的氣候變化綱要公約,原則上管制《蒙特婁議定書》 (Montreal Protocol) 未管制的所有溫室氣體。但是因為各國沒有認真執行,所以才又在 1997 年氣候變化綱要公約第 3 次締約國會議 (COP3) 通過具有法律約束力的《京都議定書》 (Kyoto Protocol, KP) ,要求議定書附件一的先進國家要達成溫室氣體減量。請注意,這部分規範的是先進國家,不含開發中國家

「碳權」、「賣碳權」等許多人似懂非懂的名詞,正是來自於京都議定書的規定。京都議定書為了可以有效達成溫室氣體減量的目標,從簽署國家的數量、碳排放量、特殊成員的負擔能力、各國的減量標準、減量所需負擔的成本、管制的溫室氣體種類、國際合作的減量機制,都有詳細的規範。這部分主要都是細節說明,可以寫一大篇,有興趣人網路上都可以找到資料,我就先跳過了。

京都議定書所使用的木槌。圖/Jason Riedy [CC BY 2.0] via Flickr
全世界最在意的是三個跨國減量的彈性機制 (Flexible Mechanism) 包括:

  1. 共同減量 (Joint Implementation, JI)
  2. 清潔發展機制 (Clean Development Mechanism, CDM)
  3. 排放交易 (Emission Trading, ET)

共同減量是指國家可以採集團方式,將許多已開發國家視為一個減量整體,如歐盟。排放交易是讓兩個已開發國家之間可以進行排放額度的買賣。讓超額完成任務的國家,將剩餘的碳排放額度直接賣給難以完成削減溫室氣體任務的國家。

針對開發中或低度開發國家的支助,就是清潔發展機制 (CDM) 。

由已開發國家提供資金或技術給開發中或低度開發的國家,協助開發中國家永續發展,並使已開發國家順利履行溫室氣體減量的承諾。由於京都議定書允許公私部門共同參與清潔發展機制,因此這項機制最受各界注目。我國也有一些私人企業參與,甚至曾經有地方政府想要種樹賣碳權——想當然耳,這些縣市首長沒有深入了解種樹賣碳權的細節與困難度,最後沒有實際成果。除了清潔發展機制外,世界上還有許多自願性的碳標準,以及碳交易市場。這些都是國際間,官方與企業致力於溫室氣體減量的具體證明。

清潔發展機制可視為致力「在經濟和環保之間達成平衡」的策略。圖/Pixabay

強制已開發國家上繳每一年的碳排放報告

為督促締約國確實進行溫室氣體減量,並且獲得溫室氣體減量相關數據,氣候變化綱要公約與京都議定書都要求締約國依規定提出國家報告,包含大家可能較為熟悉的「國家溫室氣體年度清冊」。這部分,已開發國家強迫性繳交,開發中國家則鼓勵繳交。中華民國雖不是附件一的已開發國家,但是在我國許許多多科學家的努力下,我們從 2014 年後開始每年繳交國家清冊。網路上也都查得到歷年報告全文《巴黎協定》第 14 條規定 2023 年必須進行第一次全球盤點,因此,未來我國或許也可以藉由協助邦交國製作國家清冊,加強外交關係。

2018年中華民國國家溫室氣體排放清冊報告封面。圖/環保署之推動台灣參與氣候變化綱要公約網站

但是問題來了,碳排放量超級難算的啊!

國家需要列入碳排放計算的項目非常多,這部分締約國可以參考《IPCC溫室氣體統計指南》 (IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories) 中的說明,收集活動資料與數據,逐項計算並列出。 IPCC 出過幾版溫室氣體統計指南,目前 2006 年版本修改了之前的內容,將碳排放計算重新區分成:能源、工業製程與產品使用、農林業與其他土地利用、廢棄物以及其他等五大項目。而可以列入清潔發展機制的減排項目,則包含了工業類、排放源之溫室氣體逸散類與農林類,每一項產業下又分成不同的專案類型。

《燃燒中的熱帶雨林》一文中我曾提到,依據京都議定書規定,荒地造林 (afforestation) 、復舊造林 (reforestation) 、毀林 (deforestation) ,還有因加強森林經營管理 (forest management) 所額外增加的二氧化碳吸收或排放淨值,應併入溫室氣體排放或減量值計算。

但是透過森林減碳,計算上困難重重,所以這部分在往後幾次的締約國會議中才陸續通過。

  • 如2001年通過的《馬拉喀什協定》,才將造林與再造林活動 (簡稱 AR ) 併入清潔發展機制。
  • 2005 年於蒙特婁舉辦的第11次締約國會議,進行「後《京都議定書》」的減量談判,減少毀林及森林退化造成的溫室氣體排放 (Reducing Emission from Deforestation and Degradation,REDD) 的概念首先被提出
  • 隔年,第12次締約國會議中,聯合國秘書長安南建議也將 REDD 納入清潔發展機制。由已開發國家提供資金,鼓勵開發中或低度開發的國家保護自己的森林。

重視森林對於減少溫室氣體的貢獻,鼓勵各國減少森林砍伐,是REDD的核心理念之一。

  • 2007年第13次締約國會議中,於峇里島行動計畫 (Bali Action Plan) 又進一步提出了 REDD+ 的概念,將原本REDD的概念,再加上森林復育 (forest restoration) 和永續管理 (sustainable management) 增加的碳吸存。相較於 AR 活動,這部分更難計算,爭議更大。
  • 2009 年第 15 次締約國會議中,美、中、印度、南非、巴西磋商出來的的哥本哈根協定 (Copenhagen Accord) ,計畫成立哥本哈根綠色氣候基金 (Copenhagen Green Climate Fund) ,提供發展 REDD+ 的資源與技術。各國對於發展 REDD+ 雖然有共識,但是細節上還有許多的爭議。往後的會議持續修改並增加其內容,
  • 至 2013 年第 19 次締約國會議,針對許多爭議,已提出完善的配套措施。REDD+ 計畫的目標,除了減緩氣候變遷、保護森林生物多樣性並維持生態系統的健康,更必須有助於降低貧窮率,促進社會及經濟發展的效益。
過去僅考慮造林、再造林與毀林的計算架構,近年來越來越重視土壤碳匯功能、森林永續經營管理、以及森林復育1,因此蛻變為 REDD+。圖/Pixabay

有人反對 REDD+,反對的理由是?正方的看法是?

一開始反對 REDD+ 作為減碳機制的一方認為,國際間的經濟補償措施,有可能只是開發中國家少數政治菁英獲利,一般人民不見得有所助益。而且大量碳額度進入市場,可能會造成碳交易市場價格崩盤。

但是考量到 REDD+ 執行的價格比 AR 來的便宜,而且原始林的生物多樣性也不是人工林所能比擬。如果已開發國家可以大量購入開發中國家保護森林所產生的碳權,將大大有助於保護這些國家境內的原始森林——特別是熱帶雨林。而 AR 與 REDD+ 計畫也可以相輔相成,共同促進溫室氣體減量,並持續提供市場所需的木材。

當然,無論是 AR 活動或 REDD+ 計畫,都要考慮到非常多的面相,特別是外加性 (Additionality) 及洩漏 (Leakage) 的設計,是非常細心的考量。以AR活動而言,所位的外加性包含了環境、資金、投資及政策四個層面。以環境而言,AR活動所產生的減碳效果,必須扣除人為介入前土地本身的碳吸存效果。而洩漏,則是造成AR活動區域以外的地方所產生的碳排放。從這兩項設計可以知道科學家的用心與規劃的周延。

此外, REDD+ 計畫必須遵照 3E 標準 (3E criterion) ——效能 (Effectiveness) 、效率 (Efficiency) 、公平性 (Equity) ——進行設計。其中公平性評估非常的重要,除了二氧化碳減量,也需促進當地居民生活情況與人權,因此事前調查還需要考量當地居民的經濟與文化。因為科學家非常清楚,所有的保育活動,都不能不考慮人類的生存與發展。

不同文化與森林之間也會有不同的互動方式,因此執行計劃時,必須費心針對當地的風俗民情做深入的研究。圖/Pixabay

最重要的,依舊是地球每一位公民的所作所為

只要木材、牛肉、大豆等需求還在,利益的驅使下,即使保護了甲地的雨林,仍會造成乙地森林被砍伐或破壞——這就是一種洩漏。因此,保護雨林最終還是要改變消費者的消費習慣。

除了大國之間相互的援助,企業或地方保育組織的推動,每一個人認知到雨林保護的重要性,才是雨林生物可以持續生存的最大關鍵。

開發雨林,盜伐木材、開闢農場,都不是永續利用土地的方法。雨林除了提供各種生物資源,還可以做為生態旅遊、森林療癒的場所,這些都是不開發雨林但是持續發展經濟的方式。世界上已經有很多已開發與開發中國家證明這樣的經濟模式實際可行。

守衛森林不只是國際組織、各國政府的責任,身為地球的一份子,我們都必須伸出雙手來愛護地球!圖/Pixabay

人類最可惡的地方是,為了自己的利益會幹出很多難以想像的壞事;但是具有高貴情操,願意為了公眾利益,犧牲小我的也是人類。這世界上不是每個人想賺錢想瘋了,這世界上有很多人為了保護地球環境,四處奔走。保護雨林、保護地球環境不是假議題,是全球最重要的目標,必須從每個人日常生活中做起。

我知道這篇文章內容有點硬,比〈燃燒中的熱帶雨林〉多了更多的專有名詞,也多了很多歷史。謝謝把文章看到最後的讀者。衷心希望大家可以更了解國際間雨林保育的精神與方法。

同場加映

參考資料

  1. 附圖說明參考自《REDD緣起與運作機制之分析

本文轉載自 FB專頁 胖胖樹的熱帶雨林,原文為〈經濟發展跟雨林保護能否達成平衡?

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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金魚的記憶才不只 7 秒!記憶力怎麼回事?好想要超大記憶容量
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/12/01 ・2720字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 美光科技 委託,泛科學企劃執行。

你是不是也有過這樣的經驗?本來想上樓到房間拿個東西,進到房間之後卻忘了上樓的原因,還完全想不起來;到超巿想著要買三四樣東西回家,最後只記得其中兩樣,結果還把重要的一樣給漏了;手機 Line 群組裡發的訊息,看過一轉身回頭做事轉眼就忘了。

發生這種情況,是不是覺得很懊惱:明明才想好要幹嘛,才不過幾秒鐘的時間就全部忘記了?吼呦!我根本是金魚腦袋嘛!記憶力到底是怎麼回事啊?要是能擁有更好的記憶力就好了!

明明才想好要幹嘛,一轉眼卻又都忘記了。 圖/GIPHY

金魚的記憶才不只 7 秒!

忘東忘西,我是金魚腦?!無辜地的金魚躺著也中槍!被網路流傳的「魚只有 7 秒記憶」的說法牽累,老是被拖下水,被貼上「記憶力不好、健忘」的標籤,金魚恐怕要大大地舉「鰭」抗議了!魚的記憶只有 7 秒嗎?

根據研究顯示,魚類的記憶可以保持一到三個月,某些洄游的魚類都還記得小時候住過的地方的氣味,甚至記憶力可以維持到好幾年,相當於他們的一輩子。

還有科學家發現斑馬魚在經過訓練之後,可以很快學會如何走迷宮,根據聲音信號尋找食物。但是當牠們壓力過大時會記不住東西,注意力分散也會降低學習效率,而且記憶力也會隨著衰老而逐漸衰退。如此看來,斑馬魚的記憶特點是不是跟人類有相似之處。

記憶力到底是怎麼回事?

為什麼魚會有記憶?為什麼人會有記憶?記憶力跟腦袋好不好、聰不聰明有關係嗎?這個就要探究記憶歷程的形成源頭了。

依照訊息處理的過程,外界的訊息經由我們的感覺受器(個體感官)接收到此訊息刺激形成神經電位後,被大腦轉譯成可以被前額葉解讀的資訊,最終會在我們的前額葉進行處理,如果前額處理後認為是有意義的內容就有可能被記住。

在問記憶好不好之前,先了解記憶形成的過程。圖/GIPHY

根據英國神經心理學家巴德利 Alan Baddeley 提出的工作記憶模式,前額葉處理資訊的能力稱為「短期工作記憶」,而處理完有意義、能被記住的內容則是「長期記憶」。

你可能會好奇「那記憶能被延長嗎」?只要透過反覆背誦、重覆操作等練習,我們就有機會將短期記憶轉化為長期記憶了。

要是能有超大記憶容量就好了!

比如當我們在接聽客戶電話時,對方報出電話號碼、交辦待辦事項,從接收訊息、形成短暫記憶到資訊篩選方便後續處理,整個大腦記憶組織海馬迴區的運作,如果用電腦儲存區來類比,「短期記憶」就像隨機存取記憶體 RAM,能有效且短暫的儲存資訊,而「長期記憶」就是硬碟等儲存裝置。

從上一段記憶的形成過程,可以得出記憶與認知、注意力有關,甚至可以透過刻意練習、習慣養成和一些利用大腦特性的記憶法來輔助學習,並強化和延長記憶力。

雖然人的記憶可以被延長、認知可以被提高,但當日常生活和工作上,需要被運算處理以及被記憶理解的事物越來越多、越來越複雜,並且需要被快速、大量地提取使用時,那就不只是記憶力的問題,而是與資訊取用速度、條理梳理、記憶容量有關了!

日常生活中需要處理的事務越來越多,那就不只是記憶力的問題,而是有關記憶力容量的問題了……。圖/GIPHY

再加上短期記憶會隨著年齡增加明顯衰減,這時我們更需要借助一些外部「儲存裝置」來幫我們記住、保存更多更複雜的資訊!

美光推出高規格新一代快閃記憶體,滿足以數據為中心的工作負載

4K 影片、高清晰品質照片、大量數據、程式代碼、工作報告……在這個數據量大爆炸的時代,誰能解決消費者最大的儲存困擾,並滿足最快的資料存取速度,就能佔有這塊前景看好的市場!

全球第四大半導體公司—美光科技又領先群雄一步!除了推出 232 層 3D NAND 外,業界先進的 1α DRAM 製程節點可是正港 MIT,在台灣一條龍進行研發、製造、封裝。日前更宣布推出業界最先進的 1β DRAM,並預計明年於台灣量產喔! 

美光不久前宣布量產具備業界多層數、高儲存密度、高性能且小尺寸的 232 層 3D NAND Flash,能提供從終端使用者到雲端間大部分數據密集型應用最佳支援。 

美光技術與產品執行副總裁 Scott DeBoer 表示,美光 232 層 3D NAND Flash 快閃記憶體為儲存裝置創新的分水嶺,涵蓋諸多層面創新,像是使用最新六平面技術,讓高達 232 層的 3D NAND 就像立體停車場,能多層垂直堆疊記憶體顆粒,解決 2D NAND 快閃記憶體帶來的限制;如同一個收納達人,能在最小的空間裡,收納最多的東西。

藉由提高密度,縮小封裝尺寸,美光 232 層 3D NAND 只要 1.1 x 1.3 的大小,就能把資料盡收其中。此外,美光 232 層 NAND 存取速度達業界最快的 2.4GB/s,搭配每個平面數條獨立字元線,好比六層樓高的高速公路又擁有多條獨立運行的車道,能緩解雍塞,減少讀寫壽命間的衝突,提高系統服務品質。

結語

等真正能在大腦植入像伊隆‧馬斯克提出的「Neuralink」腦機介面晶片,讓大腦與虛擬世界溝通,屆時世界對資訊讀取、儲存方式可能又會有所不同了。

但在這之前,我們可以更靈活地的運用現有的電腦設備,搭配高密度、高性能、小尺寸的美光 232 層 NAND 來協助、應付日常生活上多功需求和高效能作業。

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參考資料

  1. https://pansci.asia/archives/101764
  2. 短期記憶與機制
  3. 感覺記憶、短期記憶、長期記憶  
  4. 注意力不集中?「利他能」真能提神變聰明嗎?

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熱穹所壟罩的世界!——熱浪對全球造成的衝擊
科學月刊_96
・2022/11/26 ・4035字 ・閱讀時間約 8 分鐘

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  • 駱世豪/中研院環境變遷研究中心博士後研究學者。

Take Home Message

  • 歐美熱浪的主因是噴流增強了熱穹的下沉,造成熱空氣北移和累積。臺灣的熱浪則是受到副熱帶高壓的影響。
  • 熱浪發生頻率變頻繁且強度變強,與溫室氣體排放造成的全球暖化效應增加有很大的關係。
  • 熱浪事件對生態、糧食、經濟和健康等面向都造成威脅,全球與臺灣熱浪的持續天數和強度都有增加的趨勢。

古代傳說中,后羿射下九個太陽讓地上的氣候適宜、萬物得以生長,古代的預言已經告訴我們,炎熱的氣候條件不利於萬物的生長。而在現今全球暖化的情況下,另外九個太陽會復活嗎?以上雖是玩笑話,但今(2022)年歐洲國家就受到熱浪(heatwave)嚴重影響,葡萄牙與西班牙最高溫度達到 45℃ 以上;英國更出現 54℃ 以上的極端高溫,發布有史以來第一個紅色高溫預警,並進入緊急狀態。

據統計,歐洲各國在 6 月因熱浪死亡的人數高達 2468 人。中國的溫度也突破近 62 年的歷史同期最高夏季平均氣溫,有 23 個省分出現 40℃ 以上高溫,許多地方都出現因熱浪致死的案例。臺灣也在 7 月中出現接近 40℃ 的溫度,並在多地出現 35℃ 左右、維持數天的極端高溫。近年來熱浪的強度和發生頻率不斷提高,造成人員經濟的損傷也愈來愈多,而究竟什麼是熱浪?它形成的背後機制為何?

熱浪是什麼?

「熱浪」是夏季主要造成災害的極端事件之一,根據世界氣象組織(World Meteorological Organization, WMO)的定義:「熱浪現象是指一個地區超過該地區的歷年最高溫度平均值 5℃ 以上,並且持續 5 天以上。」一個地區能維持極端高溫並持續一段時間,背後一定有些天氣系統所導致。

如近年歐洲、北美熱浪頻傳,主要因素就是噴流(jet stream)與熱穹(heat dome)所造成;東亞主要受太平洋副熱帶高壓(subtropical high)影響;印度和亞馬遜等熱帶區域則主要是受到降雨的影響。各區域因為氣候背景與緯度位置不同,造成熱浪的成因也有所不同,接下來我們會依序介紹世界各地氣候與緯度間的相互關係。

高空之龍所環抱的氣團

當北半球夏季中高緯地區噴流向北蜿蜒形成一個像 Ω(omega)的形狀時,就有可能形成熱浪(圖一),或因為它的特殊形狀而被稱為阻塞高壓(omega blocking)。噴流是一股由西往東的氣流,通常位於對流層頂,它的水平長度達上萬公里、寬數百公里,中心風速有時可達每小時 200~300 公里。

而噴流就像一個在地上亂甩的水管,蜿蜒的波動有時往北有時往南,當噴流在北美或歐洲地區蜿蜒向北時,會形成一個 Ω 的形狀,也會造成反氣旋(順時針)式風切,進而讓大氣產生下沉運動。在此區域內不易形成對流,造成穩定且乾燥的環境,也就是所謂的熱穹,或是阻塞高壓。噴流和熱穹是相輔相成的關係,噴流增強熱穹的下沉機制,將南邊的暖空氣往北傳送,並將熱空氣累積,所以才形成熱浪。

圖一:熱浪形成原理與機制
(資料來源:AFPgraphics)

而在東亞的夏季,氣溫主要受太平洋副熱帶高壓(subtropical high,以下簡稱副高)影響。副高中心約位於太平洋(東經 160 度、北緯 30 度左右),在它的增強過程中會向西伸擴張至中國東南沿岸,而當副高處於增強的狀態時,副高系統會再向西延伸且壟罩整個臺灣。

如上述所說,高壓壟罩的狀況下屬於對流穩定的晴朗天氣,配合上夏季的西南季風,將暖濕空氣往北傳送並堆積在副高所壟罩的區域上,最後在此區域形成熱浪現象。相較於北美、歐洲區域的乾熱浪,臺灣的熱浪屬於濕熱浪(wet heatwave)。除了極端高溫外,還有著高濕度的影響,悶熱的環境對人體有更大的傷害和影響。

另外,印度和亞馬遜熱帶區域雖屬於終年偏高溫的地區,但仍有熱浪現象產生,主要原因是降雨。熱帶地區主要氣候分為乾季與溼季,溼季通常為該地區的夏天,下雨能有助於該地區降溫,所以當降雨系統未出現、延遲或偏移,就很有可能會造成嚴重的熱浪。

熱浪造成的嚴重影響

熱浪事件對生態、糧食、經濟、健康等面向都造成諸多影響,以下將分為四類說明:

生態浩劫

根據聯合國(United Nations, UN)底下的政府間氣候變遷專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)第六次評估報告預測,如果到了 2100 年全球的溫度升高達到 2℃,陸地上大約 18% 的物種將面臨滅絕的高風險;如果升溫至 4.5℃,在我們有紀錄的所有動植物物種中約有一半將受到威脅。臺灣也面臨相同的狀況,當熱浪發生的頻率愈來愈高,持續時間和強度也都增加的狀況下,將發生物種多樣性減少、物種的分布改變、增加外來物種入侵機會等情況,對整體生態系平衡或農業生產造成衝擊。

糧食危機

IPCC 於 2019 年報告中指出,全球主要農產品(如玉米、小麥、大豆)產量都會受到全球暖化影響減產 1.8~4.5%。若情況持續惡化,到 21 世紀中則可能導致產量下降 5~30%。

經濟損害

美國報導指出熱浪會造成極端高溫,進而對人體產生危害,所以對於生產力(gross domestic product, GDP)也有影響。在高於平均水平的夏季氣溫下,每升高 1℃,美國各州的 GDP 就會下降 0.25%。國際信評機構標普全球(S&P Global)的報告預測,氣候變遷恐導致 2050 年前全球每年經濟產出損失 4%,臺灣位處的東亞區域則會有 1% 左右的損失(圖二)。

圖二:全球GDP損失分布預測
預估全球於 2050 年在中度暖化情境(RCP4.5)下,GDP 因水災、自然災害以及熱浪所造成的損失分布。
(資料來源:S&P Global Ratings, Trucost, 2022)

人體危害

對於人體而言,熱浪最嚴重的傷害為熱衰竭(heat exhaustion)。根據臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平臺計畫(TCCIP)的報告指出,2003 年的歐洲熱浪估計已造成七萬多人死亡;2010 年俄羅斯熱浪則導致超過 5 萬 6000 人死亡。科學家警告:「如果各國家和企業不採取激烈行動來削減溫室氣體排放,2050 年時的英國與高溫相關的死亡人數預計將增加兩倍,而且世界將經歷更頻繁、更強烈、更危險的熱浪危機。」

越來越熱的台灣——極端高溫天氣的頻率增加

熱浪發生頻率變頻繁且強度變強,主要與溫室氣體排放造成全球暖化效應增加有很大的關係。更進一步使用溫度發生機率圖解釋(圖三),若峰值愈接近右邊,代表高溫事件發生的機率愈高;反之,若峰值愈接近左邊,低溫事件發生的機率愈高。當全球暖化效應增強時,就如同圖三所顯示的新氣候,整體機率分布相較於舊氣候來說會往右偏移,往更高溫度的地方移動,造成熱浪事件的發生機率更高。

而實際上全球的變化也是如此,根據科技部、中央研究院環境變遷中心以及國家防災中心的報告,比較全球早期(1951~1980 年)和近期(1981~2010 年)的日最高溫資料(圖四左),在機率分布圖上可以看到往右偏移的情形,表示極端高溫事件的頻率與溫度都有增加的趨勢。

臺灣的夏季日最高溫度也有相同的趨勢變化,以臺北的資料為例,比對早期(1960~1990 年)和近期(2006~2017 年)的夏季日最高溫度,能發現近期的頻率分布向右偏移,夏季日最高溫度的發生機率增加,平均值也增加近 1℃(圖四右)。全球與臺灣的平均氣溫或極端溫度發生頻率皆有增加的趨勢。

圖三:全球溫度發生機率變化分布圖
若峰值愈接近右邊,代表高溫事件發生的機率愈高;愈接近左邊,低溫事件發生的機率愈高。當全球暖化效應增強時(新氣候),整體機率分布會往右偏移,造成熱浪事件機率增加。而實際上全球的變化也是如此。(資料來源:Matt 科學Taylor, BBC Weather)
圖四:日最高溫與日最低溫觀測頻率分布圖
(資料來源:《臺灣氣候變遷科學報告2017-物理現象與機制報告》)

在未來(21 世紀中後期)趨勢的變化中,研究學者利用模式推估,指出以現在的熱浪門檻為標準,未來若是能將全球暖化程度控制在低暖化情境(RCP2.6),則臺灣地區的熱浪不管是在頻率、持續時間或強度上,和現今的差異不大。相反的,在高暖化情境(RCP8.5)情境下,21 世紀末臺灣整個夏季都可能處於熱浪狀態。未來若暖化情況持續增長,熱浪的發生將成為常態,而且持續天數和強度也有增加的趨勢。

TCCIP 計畫依據 IPCC 所設定的溫室氣體排放情境,進行臺灣地區的溫度模擬:在高暖化情境(RCP8.5)推估下,世紀末可能增溫超過 4℃,而北部地區增溫較南部嚴重,高溫有可能影響農作物生長與收成。臺灣在未來將面臨更嚴重的熱浪衝擊,對於能源使用、公共衛生健康等都可能帶來前所未有的考驗,而這急迫性的問題,就像電影《普羅米修斯》(Prometheus)裡女主角說的:

「如果不阻止它,我們就會無家可歸!」(If we don’t stop it, there won’t be any home to go back to!)

溫室氣體排放情境假設:「RCP」

IPCC 的報告中長使用到的濃度路徑「RCP」為 representative concentration pathways 的英文縮寫,代表不同程度暖化路徑的人為溫室氣體排放量的「情境假設」,其中假設四種不同暖化情境,由輕微到最嚴重分別為 RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5,分別代表的意義如下:

  • RCP2.6:增溫最小且緩慢的情境,輻射強迫力先在 21 世紀中期達到最大值 3 Wm-2,大約和二氧化碳濃度 490 ppm 相似,然後再緩慢下降到 21 世紀末。
  • RCP4.5:輻射強迫力會在 21 世紀末達到一個穩定狀態的情境,約為 4.5Wm-2,和二氧化碳濃度 650 ppm 相似,代表世界各國會想盡辦法做到溫室氣體減量的目標。
  • RCP6.0:和 RCP4.5 相似,但輻射強迫力為 6 Wm-2,約為二氧化碳濃度 850 ppm,代表世界各國並沒有盡全力積極做到溫室氣體減量的目標。
  • RCP8.5:輻射強迫力持續的增加到大於 8.5 Wm-2,即二氧化碳濃度會大於 1370 ppm,代表世界各國並無任何減量的動作。
圖五:輻射強迫力隨時間的變化圖
(資料來源:TCCIP; Representative Concentration Pathway, GRID-Arendal/Studio Atlantis, 2021)
  • 〈本文選自《科學月刊》2022 年 11 月號〉
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靠天吃飯行不通,氣候變遷下的「進擊農業」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/12 ・2354字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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根據聯合國政府間氣候變遷專門委員會在 2022 年發布的第二工作小組「衝擊、調適與脆弱度」報告 (AR6 WII) ,人為導致的氣候變遷包含更頻繁、強度更強的極端天氣事件,以及在升溫情境下人類和自然都將面臨各種風險。

傳統的水稻耕作法在插秧時需要使用大量的水。(圖/envato)

去年 (2021) 年斯德哥爾摩研究所的報告指出,農業是受氣候變遷衝擊最大的產業之一, 不論是極端天氣或長期氣候模式轉變,農業所承受的風險是其他產業的好幾倍。

過去一年,臺灣各地經歷了大大小小的淹水和乾旱,我們常說農業是「靠天吃飯」,在氣候變遷之下,臺灣農業會遭受什麼衝擊呢?

靠天吃飯的農業

由於臺灣農作大多露天生產,更容易受溫度和雨量影響。暖化趨勢可能會使作物產期提前或延後,進而影響到品質與產量,以稻米為例,溫度上升的情境下,全臺稻米產量呈減少趨勢,二期稻作又比一期減產程度更大。

至於爲什麼稻作會分成一期和二期?主要因為臺灣介於熱帶、亞熱帶氣候之間,氣溫溫暖且雨量豐沛,一年內適合種植水稻的月份達十個月,因此每年可以種植兩期水稻,第一期通常在冬末春初時插秧,夏季收成,期間約在每年二月至六月;而第二期在七月至十一月,由於氣候條件不同,第二期的單位面積產量通常比第一期低,氣候變遷的升溫情境下,二期產量下降又更為明顯。

極端氣候的影響下,降雨分布也呈現兩極化,乾旱或是暴雨成為常態。(圖/envato)

此外,當降雨型態轉變,雨量太少時造成農作物缺水、強度過大則破壞外觀及品質;而大氣中的二氧化碳濃度提高,會導致植物體碳氮比上升,使農作物更容易遭受病蟲害感染。

雖然「靠天吃飯」的農業受到許多氣候變遷下的衝擊,但其實還有一句俗諺説:「只靠雙手不靠天,修得水利萬年甜。」

臺灣農業究竟如何要克服這些困難呢?一起來看看這些調適策略吧!

水資源不夠「旱田直播」行不行

這邊的直播可不是指在田梗間架手機鏡頭,現場 Live 給大家看作物生長,而是一種直接將水稻種子播在土裡的種植方式。但為什麼要採用旱田直播,而非插秧灌溉這種大家熟悉的方法呢?

水稻種植需要許多水,尤其在插秧時更需要長達三個月的「淹田」,也就是將插滿秧苗的田灌滿水,才可以讓秧苗好好長大。

而故事就要從新竹縣新豐鄉說起,新豐是新竹縣稻米產量最大的產區,然而卻是位於俗稱「風頭水尾」的地區,由於地理位置在石門水庫最尾端,灌溉時搶水搶不過上游的農田。

前面有提過,臺灣水稻一年中可以分兩期栽種,在一期稻作的淹田工作期間大約是一月至四月底,恰好落在臺灣十一月至四月的枯水期,正需要水的時候卻沒有水,使在地的青農開始思考,若未來水情更緊張時,新豐還能繼續種植水稻嗎?因此,必須找出能永續種植的解方。

於是,他們便開始嘗試「旱田直播」的種植方式,直播與傳統種植最大的不同在於,初期不插秧、不淹田,省去這兩個步驟便可以減少大量的灌溉用水。

旱田直播的前三步驟便是關鍵,首先為種子處理,就像是打電動時,在對戰前要先把裝備穿好以防止被攻擊,由於直播不會經過育苗,種子會直接在土壤裡發芽,必須先將種子消毒、裹上藥劑,避免感染水稻在發芽過程的常見疾病;接著是整地,透過整田機具打破犁底層,未來水稻種子發芽時,根系可以更深入土壤表層生長,即便在水分不充足時,秧苗也可以自己在土壤裡找水份;最後為播種,將種子直接播種至土上,再覆上一層土壤保水,給種子適合發芽的環境。

當然,最重要的還是秧苗長得怎麼樣,與生長時間相同的傳統秧苗單株作比較,旱田直播秧苗根系更長、更茂密;由於不用育苗,整地播種的時間提前至十二月底,地上部的莖、葉也有較充裕的時間生長,更為強健、耐旱,有可能成為未來氣候變遷下水稻產業的永續策略之一。

「好天要存雨來糧」—— 農業調適策略還有這些

這句古諺意思是告訴人們要未雨綢繆,替之後的變化做準備,就像現在的我們面對氣候變遷帶來的衝擊,也需要不同的調適策略,應對未來的挑戰。例如使用分子標記輔助育種,找出與性狀相關的基因後做記號,縮短育種時間,開發出能抵過逆境的品種。

而開發新品種的基礎建立在遺傳資源上,這些是幾萬年來大自然演化之下的結果,因此臺灣作物種原庫就像是一座銀行,保存著珍貴的遺傳資產 —— 作物活體種子。

就如同戰鬥組合技,有時經典能力加上新裝備就能發揮最大效用,過去農業發展過程中,前人便留下許多經驗的傳承,搭配現代科技及資訊,有望在未來走出一條永續的路。

臺灣的農業故事展示廳,介紹臺灣農林漁牧業各面向的新發展。(圖/國立科學工藝博物館)

位於高雄的國立科學工藝博物館「臺灣的農業故事展示廳」,便展示了臺灣農業的多元發展,不僅是氣候變遷的農業調適,從臺灣農業的本土特色到科技成就,例如從博物館級的「植物工坊」了解全人工光源、無土的栽種方式,智慧農業 4.0 又是如何改善畜牧業的生產,以及透過 DNA 互動遊戲理解新品種如何產生等,在參觀的過程中看見臺灣農業的今天和未來。

參考資料

  1. 斯德哥爾摩環境研究所報告
  2. 臺灣氣候變遷推估資訊平台
  3. 氣候變遷對台灣農業生產體系的影響
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