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寫在《天氣之子》之後:來自古今氣候變遷的呼喊

嚴融怡_96
・2019/11/15 ・5330字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 530 ・七年級

編按:本文有動畫電影《天氣之子》劇情。

「晴女」源頭背後的世界:所有人都為大雨所苦的古老時代

source:IMDB

「這個屋頂上是八百年前的畫了,天氣巫女的使命是治療天氣。她們可以看到天上的龍;上達天聽,讓人間的天氣回歸正常。」天氣巫女活躍的八百年前左右,這個世界的天氣是什麼樣子呢?

西元 1315 年,復活節結束不滿一個月的歐洲,被長達四個月的傾盆大雨侵襲,無論城市、農田都未能倖免於難。這場雨令許多地方農作減產,甚至開始有書籍將這場天災解釋為「天主的復仇」。

然而接下來的 1316 年並沒有帶來新年新希望,而是在春天再度降下大雨,更糟的是,西歐地區刮起了強風。這下不僅秧苗全被淹死;畜產也蒙受大量損失,再加上去年的陰霾,全歐洲都陷入了漫長的絕望。這樣的嚴峻氣候與環境一直持續到了 1321 年,造成全歐 150 萬人死於饑荒與瘟疫。屍體與被拋棄、毀壞的聖物遍佈的慘狀,令過去因職業、宗教對立的人們無暇紛爭,看不到盡頭的清運工作使他們都逐漸相信:這是上帝對人間長年戰爭降下的懲罰。

不過,後世的科學家們發現這為期 7 年的豪雨循環,其實只是長達 6 個世紀小冰河時期轉變期的其中一角。遠在地球另一端的日本,早在 13 世紀就面臨了氣候惡化,比歐洲更慘的是,飢荒、瘟疫之外,農民與武士發起的民變頻傳,甚至當時的皇城京都,也飽嚐物資缺乏之苦。

天氣巫女與從 13 世紀開始的惡劣氣候

「這是只有我和她才知道的,世界的秘密。」

一道微光從雲層中照向地面,一個女孩從醫院病房走出去,走進微光祈禱,瞬間,她和周邊的一切一起飄向天空。電影從驚人的美景與奇蹟開始,預示了男女主角的相遇,也將帶來晴天,無論外在內在。

在雨天抵達東京,卻無從謀生、飢寒交迫的帆高,幸運遇見女服務生陽菜救濟他一個漢堡(這可能成為了他十六年來最美味的一餐)。不只如此,陽菜還以 100% 晴女的能力使陽光重現,從此,兩人改變了彼此的生命。

source:IMDB

《天氣之子》之所以讓不分世代的日本人都感受深刻,是因為今年東京才剛剛經歷史上少見的漫長梅雨季1,從六月下旬開始東京就幾乎沒有出現過晴天,可想而知,人們多少隨天氣沾上了一抹陰鬱。

13 世紀的古代日本人面對的不只是心情上的陰鬱,還包括隨雨水而來的各種天災人禍。

「這個屋頂上是八百年前的畫了,天氣巫女的使命是治療天氣。她們可以看到天上的龍;上達天聽,讓人間的天氣回歸正常。但是她們的結局是悲慘的,因為她們是活祭品。」—— 2019 年,氣象神社的老爺爺如是說。

日本巫女文化大致在平安時代後期到室町時代(約西元 11 世紀到 16 世紀)達到最興盛期,爺爺所說,天氣巫女活躍的八百年前,正好非常接近日本氣候劣變的 13 世紀。

13 世紀以後小冰河時期開始的多變氣候,讓人們經常得面臨寒冷、多雨、日照量不足等氣候景況的歲月。並且世紀阿爾卑斯山冰帽越過高原地帶進入到落葉松樹林區,英法海峽到北海一帶低氣壓發達,暴風雨頻繁,從荷蘭到日耳曼地方沿海有數萬人因此溺斃。緊接著,1315 年引起前文所說的歐洲大饑荒(Great Famine),14 世紀全球氣候不穩加劇,查士丁尼瘟疫、黑死病接二連三席捲歐亞非區域。

在日本,這一波氣候振盪更持續蔓延到 15 世紀,戰亂也隨之繼續肆虐。偏偏江戶時代又繼承了中世紀晚期的氣候劣變情勢,時有大風暴與低溫的席捲。17 世紀的平均溫度甚至曾降到過去兩千年以來最低,日本亦因此發生過六次嚴重饑荒。(與日本相鄰的台灣,也在同一時期荷蘭東印度公司的在台紀錄中,留下「台灣北風強勁」的文字記載。)如果真的曾有過天氣巫女犧牲自己而去換得天氣恢復正常,在這長達幾百年的時間中,更顯得偉大與值得傳頌。

回到近現代的日本,天氣信仰與傳說自然也不斷圍繞著氣象的災變深化。根據文獻記載,直到江戶時代末,日本都仍流傳著大量和天氣有關的神怪傳說故事,像是可以預測天氣的小孩波小僧;在積雪的地方出現的冰柱姬;流傳在岐阜縣和愛知縣的木曾川流域,會在颱風天和豪雨天引起大洪水的遺水;在颱風旺季司掌暴風雨的獨眼龍一目連;擅長景氣和疾病預言,長有鳥喙的人魚狀妖怪天日子等等。這些神怪都是科學發展之前,人們對天氣異變的解釋與想像。

同樣面對氣候異常,有些人選擇了科學,有些人選擇了神靈。哪一邊才是扭轉劣勢的方向呢? source:IMDB

然而儘管天氣巫女神話跨越了時空,無私精神令人敬佩,現代人卻早已有了不同的氣候認知,氣象神社老爺爺向都市文明人須賀先生、夏美小姐解說故事的同時,也隱隱透露了古老文化觀與現代科學衝突:浩瀚天地始終運行,而渺小的人類似乎是用科學自顧自地解釋天地的樣貌。氣候變遷是事實,或是人的誤解呢?

近代氣候變遷研究小史:從樂觀看待到發覺大事不妙

20 世紀初瑞典的阿瑞尼士(Svante August Arrhenius)是首批注意到氣候變遷並預言今日全球暖化的科學家之一。他首次針對大氣中二氧化碳含量增加對地球氣候影響進行量化評估。他當時的估計是,工業革命後大氣中的二氧化碳含量加倍,可以使地球平均溫度上升約攝氏 4 至 6 度,這個數字與 21 世紀聯合國跨政府氣候變遷專門委員會(IPCC)評估報告推估的相距不遠。不過阿瑞尼士那時並未考慮海洋酸化、海平面上升、永凍土釋放微生物、與區域極端天氣等問題,純粹以自己身處的中高緯度農業區樂觀地認為,氣候增暖將有利於中高緯度地區農作物的生產。

到了 1939 年,地質學家法蘭索瓦.馬隆斯(Francois E. Matthes)在提交美國地球物理學會冰河委員會的報告書當中,首次提出了「小冰河時期(little ice age)」的概念,開啟我們對於氣候變遷週期的全新研究方向。而我們今日已知造成小冰河時期氣候寒冷化的原因包括:太陽黑子減少、火山爆發頻仍、地球軌道與傾角變率等等,氣候變遷、全球暖化更成為人人皆知的氣象研究顯學。

在人類古代歷史當中所見到的氣候變遷,多半是受到天氣變冷(小冰期)所造成的災難,但是當我們放大地質年代的軸線,卻可以發現許多重要的生物滅絕事件與極端氣候暖化的關係卻比較密切。像是泥盆紀後期滅絕事件(Late Devonian extinction)、二疊紀-三疊紀滅絕事件(Permian – Triassic extinction event)、古始新世極熱事件(PETM)等等。其中古始新世極熱事件發生在大約 5600 萬年前,對地球歷史尺度來講是極快的全球變暖時期,當時大量的碳釋放與溫度峰值極大改變了地球氣候,並使得深海生物體系徹底改變。

必須警惕的是,地球生物自己把自己消滅掉的案例不是沒有發生過。5 億年前,第一批類蠕蟲生物在海底演化時,牠們恣意在海床沉積物當中鑽洞,增進了水下沉積物的分解速度;加劇氧氣消耗與二氧化碳釋放,最終使全球暖化,自取滅亡。殷鑑不遠,偏偏人類近代持續向大氣中排放二氧化碳的速度,竟是古始新世極熱事件期間所釋放溫室氣體的 9 至 10 倍,若再加上其他的環境破壞與污染,是超速拉近我們與滅絕漩渦的距離啊!

虛構與現實互相輝映的無奈

陽菜竭盡全力扭轉天氣的樣子,與奮力應對氣候變遷的一些學界或生態人士為很相似——充滿無私精神。然而現實是,他們對抗災難,往往必須犧牲自己。

陽菜為了拯救東京,不得不犧牲與帆高的生命羈絆,甚至是自己。科學家和氣候工作者則必須走在最危險的氣候工作前線,面對來自四方的政治、經濟巨頭威脅。而帆高以及科學家、氣候工作者背後的家人,僅管不希望自身的愛人走在最危險的氣候工作前線,卻往往只能默默守候。

此外,在整部電影當中,帆高和陽菜在社會的最邊緣過著飄零的生活,雖然當中有須賀和夏美這些善心的大人給予溫暖義助,更多的卻是警察、告密者、冷漠商家的傷害。這些或許可以看成在氣候變遷的大時空當中,與先知先覺者拉扯的負面力量:可能是像川普這樣無視氣候變遷的政治人物;也可能是完全不相信氣候日趨嚴峻的市井小民。《天氣之子》當中最令人感動的是人——那些溫暖人士所帶來的小確幸,但是最讓人悲傷的也是人——大人們名為社會現實的無情枷鎖。

面對天地氣候的變遷,人類能扭轉局面,還是只能順應命運?

在《天氣之子》的結尾,須賀曾對帆高不屑地說:「你們還以為你們改變了世界?省省吧。自戀也要有個限度。」雖然須賀應該隱約猜測到男女主角確實曾經短暫地改變了東京的天氣,但是少數人的努力和那大千世界的混亂相比真的相當渺小,如果人類繼續沉淪下去,就算犧牲再多晴女也無法挽救世界。

正如同老奶奶對帆高所說的話:「東京在 200 年前也曾是一片海灣。如果真的變回一片海灣只是恢復原狀而已。」新海誠對於這個現代童話的處理相當地另類——沒有好萊塢式的壯烈犧牲挽救全世界,陽菜被勇闖天界的帆高救了回來,而東京繼續被極端豪雨所壟罩,甚至有大半被大水淹沒了。自然環境的改變下人類依舊渺小,毫無插手改變的餘地。

很多時候,我們說拯救環境,其實是「拯救我們原本所適應的環境」。畢竟,當環境的劣變達到人們所無法忍受的地步時,輕則中世紀氣候災難的重演,重則也許是人類滅絕。新海誠在《天氣之子》蘊含的,其實是更深層的氣候警世寓言吧!

後話:在現實世界也充滿特色的《天氣之子》場景

浮世繪裡的素戔鳴尊形象。 Source:wikipedia 

動畫中的氣象神社其實是「高圓寺冰川神社」——日本唯一供奉氣象之神的神社,除了天氣之子,過去也有許多日本電影、動畫以之作為故事場景。冰川神社的主祭神是素戔鳴尊,在這裡被視為掌理海洋與暴風雨的神明。2現在除了想要往氣象科學發展的學生會到此地來參拜,一些希望擺脫雨男、雨女身份;或是希望自己和家人的重要行程不會被雨打亂的人,也會來這個神社祈求天晴。緊扣氣象主軸,冰川神社還有販賣可愛晴天娃娃的造型御守;木屐形狀繪馬供人購買留念。(日本最久遠的占卜氣象方式,是以木屐拋擲落下的正反面作為判定依據(和台灣的擲筊類似),因此冰川神社才有這樣特殊造型的繪馬。)

表面上是祈求晴天,但每個繪馬上的願望背後都是祈禱者所重視的人生時刻。    source:IMDB

讓陽菜變成晴女的廢棄大樓頂樓神社,原型則是隱匿於銀座車站附近大廈中的小神社「朝日稻荷神社」。在日本傳統文化當中,高天原是天上眾神所住的地方,而在日本各地相傳是高天原;或與高天原相連的地方多為險峻的山岳地帶。動畫將高樓之上的神社當作人間和天界交會的邊界,這樣的場景設定也與傳說的有部分吻合。(祈求「生意興隆」的朝日稻荷神社因為《天氣之子》一夕成名,真是有趣的現象呢!)

Source:IMDB

注解:

  1. 日本氣象廳已釋出令和元年的夏季天氣報告,詳情請見〈夏(6~8 月)の天候
  2. 實際上素戔鳴尊在《日本書紀》、《先代舊事本紀》、《古事記》等古籍中也相當有名,比起作為氣象之神,他在出雲國的事蹟可能更廣為人知:身為葦原中國統治者的素戔鳴尊,因斬殺八岐大蛇挽救出雲國;並迎娶出雲國神么女奇稻田姬,從此成為出雲國守護者。近日蔚為話題的歷代天皇信物之一——天叢雲劍,傳說便是素戔鳴尊斬殺八岐大蛇時,在蛇尾當中發現的。

參考資料:

  1. 小松和彦、飯倉義之著,黃昱翔譯。2015。《日本妖怪完全圖解事典》(日本の妖怪完全ビジュアルガイド)。楓樹林出版社。
  2. 山口敏太郎著,涂紋凰翻譯。2019。《日本妖怪大百科詭祕檔案3:大迫力!世界の妖怪大百科》。楓樹林出版社。
  3. 田家康著,歐凱寧翻譯。2012。《氣候文明史:改變世界的攻防八萬年》。臉譜出版。
  4. 平藤喜久子著,陳家恩翻譯。2019。《日本神樣解剖圖鑑》。楓書坊文化出版社。
  5. 多田克己著,歐凱寧翻譯。2009。《日本神妖博物誌》(GENSO SEKAI NO JUNINTACHI4-NIHON HEN)。商周出版。
  6. 村上健司著,蘇暐婷翻譯。2018。《日本妖怪物語》(怪しくゆかいな妖怪穴)。麥浩斯出版。
  7. Brian Fagan 著,黃煜文翻譯。《漫長的夏天:氣候如何改變人類文明》(The Long Summer: How Climate Changed Civilization)。麥田出版。
  8. Gale E. Christianson 著,達娃翻譯。2017。《全球暖化文明史:從 18 世紀首度發現溫室效應開始,回溯 200 年來影響人類文明大變化的 19 個關鍵時刻》(GREENHOUSE: The 200-year story of Gloabal Warming)。野人出版。
  9. Mark Lynas 著,譚家瑜翻譯。2010。《改變世界的 6℃》(SIX DEGREES:Our Future on A Hotter Planet)。天下雜誌出版。
  10. 「東京・高圓寺」壞天氣快快遠離! 天氣之子聖地巡禮・氣象神社〉,《蹦蹦走跳東京的小日子》。
  11. 維基百科〈素戔嗚尊
  12. 維基百科〈八岐大蛇
  13. 研究發現首批促成全球暖化並自取滅亡的動物〉,環境資訊中心
  14. 新海誠《天氣之子》5 個「隱藏彩蛋」揭密!粉絲狂找《你的名字》主角在哪〉,柯夢波丹
  15. 蓮華胎藏院(Padma-garbha-avasani・きよきあかきはなむすびのみや)
  16. 新海誠《天氣之子》聖地巡禮地圖:新宿歌舞伎町、六本木展望台、台場 6 大必朝聖景點!〉,樂吃購!日本
  17. Earth may be 140 years away from reaching carbon levels not seen in 56 million years , ScienceDaily
  18. Review: “Weathering With You” Is a Giant Allegory for Climate Change , CINEMA ESCAPIST

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嚴融怡_96
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曾就讀中興大學土壤環境科學系,曾在中央研究院地球科學研究所擔任助理,長期作為台北鳥會的生態解說志工,並曾在多個學校社團擔任過講師;喜歡生態學、環境科學、地球科學、生物學、與科學史等領域,對科普教育和環境教育都有著很大的熱情。居里夫人曾說:『我們應該不虛度一生,應該能夠說我已經做了我能做的事。』希望一生都徜徉在科學的星河當中。


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解析「福衛七號」的觀測原理——它發射升空後,如何讓天氣預報更準確?

科技大觀園_96
・2021/10/25 ・2915字 ・閱讀時間約 6 分鐘

2019 年 6 月 25 日,福爾摩沙衛星七號(簡稱福衛七號)在國人的引頸期盼下升空。一年多來(編按:以原文文章發佈時間計算),儘管衛星還沒有全部轉換到預定的軌道,但已經回傳許多資料,這些資料對於天氣預報的精進,帶來很大的助益。中央大學大氣系特聘教授黃清勇及團隊成員楊舒芝教授、陳舒雅博士最近的研究主題,就是福衛七號傳回的資料,對天氣預報能有哪些改善。

掩星觀測的原理

要介紹福衛七號帶來的貢獻,得先從它的上一代──福衛三號說起。福衛三號包含了 6 顆氣象衛星,軌道高度 700~800 公里,以 72 度的傾角繞著地球運轉(繞行軌道與赤道夾角為 72 度)。這些衛星提供氣象資訊的方式,是接收更高軌道(約 20,200 公里)的 GPS 衛星所放出的電波,這些電波在行進到氣象衛星的路程中,會從太空進入大氣,並產生偏折,再由氣象衛星接收。換句話說,氣象衛星接收到的電波並不是走直線傳遞來的,而是因為大氣的折射,產生了偏折,藉由偏折角可推得大氣資訊。

▲低軌道衛星(如福衛三號)持續接收 GPS 衛星訊號,直到接收不到為止,整個過程會轉換成一次掩星事件,讓科學家取得大氣溫濕度垂直分佈。圖/黃清勇教授提供

氣象衛星會一邊移動,一邊持續接收電波,直到接收不到為止,在這段過程中,電波穿過的大氣從最高層、較稀薄的大氣,逐漸變為最底層、最接近地面的大氣,科學家能將這段過程中每一層大氣所造成的偏折角,通過計算回推出折射率,而折射率又和大氣溫度、水氣、壓力有關  ,因此可再藉由每個高度的大氣折射率,得出溫濕度垂直分布,這種觀測方式稱為「掩星觀測」。掩星觀測所得到的資料,可以納入數值預報模式,進一步做各種預報分析。 

資料同化──觀測與模式的最佳結合

在將掩星觀測資料納入數值預報模式時,必須先經過「資料同化」的過程。數值預報模式內含動力方程式,可以模擬任何一個位置的氣塊的運動,但是因為大氣環境非常複雜,模擬時不可能納入全部的動力條件,因此模擬結果不一定正確。而另一方面,掩星觀測資料提供的是真實觀測資訊,楊舒芝形容:「觀測就像拿著照相機拍照,不管什麼動力方程式,拍到什麼就是什麼。」但是,觀測的分布是不均勻的—唯有觀測過的位置,我們才會有觀測資料。

所以,我們一手擁有分布不均勻但很真實的觀測資料,另一手擁有很全面但可能不太正確的模式模擬。資料同化就是結合這兩者,找到一個最具代表性的大氣初始分析場,再以這個分析場為起點,去做後續的預報。資料同化正是楊舒芝和陳舒雅的重點工作之一。 

中央大學分別模擬 2010 年梅姬颱風和 2013 年海燕颱風的路徑,發現加入福三掩星觀測資料之後,可以降低颱風模擬路徑的誤差。圖/黃清勇教授提供

由於掩星觀測取得的資料與大氣的溫度、濕度、壓力有密切關係,因此在預報颱風、梅雨或豪大雨等與水氣量息息相關的天氣時,帶來重要的幫助。黃清勇的團隊針對福衛三號的掩星觀測資料對天氣預報的影響,做了許多模擬與研究,發現在預測颱風或氣旋生成、預報颱風路徑,以及豪大雨的降雨區域及雨量等,納入福衛三號的掩星觀測資料,都能有效提升預報的準確度。

黃清勇進一步說明,由於颱風都是在海面上生成的,而掩星觀測技術仰賴的是繞著地球運行的衛星來收集資料,相較於一般位於陸地上的觀測站,更能夠取得海上大氣資料,因此對於預測颱風的生成有很好的幫助。另一方面,這些資料也能幫助科學家掌握大氣環境,例如對於太平洋高壓的範圍抓得很準確,那麼對颱風路徑的預測自然也會更準。根據團隊的研究,加入福衛三號的掩星觀測資料,平均能將 72 小時颱風路徑預報的誤差減少約 12 公里,相當於改進了 5%。

豪大雨的預測則不只溫濕度等資訊,還需要風場資訊的協助,楊舒芝以 2008 年 6 月 16 日臺灣南部降下豪大雨的事件做為舉例,一般來說豪大雨都發生在山區,但這次的豪大雨卻集中在海岸邊,而且持續時間很久。為了找出合理的預測模式,楊舒芝探討了如何利用掩星觀測資料來修正風場。 

從 2008 年 6 月 16 日的個案發現,掩星資料有助於研究團隊掌握西南氣流的水氣分佈。上圖 CNTL 是未使用掩星資料的控制組,而 REF 和 BANGLE 皆有加入掩星資料(同化算子不一樣),有掩星資料可明顯改善模擬,更接近觀測值(Observation)。圖/黃清勇教授提供

福衛七號接棒觀測

隨著福衛三號的退休,福衛七號傳承了氣象觀測的重責大任。福衛七號也包含了 6 顆氣象衛星,不過它和福衛三號有些不同之處。

福衛三號是以高達 72 度的傾角繞著地球運轉,取得的資料點分布比較均勻,高緯度地區會比低緯度地區密集一些。相較之下,福衛七號的傾角只有 24 度,它所觀測的點集中在南北緯 50 度之間,對臺灣所在的副熱帶及熱帶地區來說,密集度更高;加上福衛七號收集的電波來源除了美國的 GPS 衛星,還增加了俄國的 GLONASS 衛星,這些因素使得在低緯度地區,福衛七號所提供的掩星觀測資料將比福衛三號多出約四倍,每天可達 4,000 筆。

福衛三號與福衛七號比較表。圖/fatcat 11 繪

另一方面,福衛七號的軟硬體比起福衛三號更加先進,可以獲得更低層的大氣資料,而因為水氣主要都集中在低層,所以福衛七號對水氣掌握會比福衛三號更具優勢。

從福衛三號到福衛七號,其實模式也在逐漸演進。早期的模式都是納入「折射率」進行同化,而折射率又是從掩星觀測資料測得的偏折角計算出來的。「偏折角」是衛星在做觀測時,最直接觀測到的數據,相較之下,折射率是計算出來的,就像加工過的產品,一定有誤差。因此,近來各國學者在做數值模擬時,愈來愈多都是直接納入偏折角,而不採用折射率。黃清勇解釋:「直接納入偏折角會增加模式計算的複雜度,也會增加運算所需的時間,而預報又是得追著時間跑的工作,因此早期才會以折射率為主。」不過現在由於電腦的運算能力與模式都已經有了進步,因此偏折角逐漸成為主流的選擇。 

由左至右依序為,楊舒芝教授、黃清勇特聘教授、陳舒雅助理研究員。圖/簡克志攝

福衛七號其實還沒有全部轉換到預定的軌道,不過這一年多來的掩星觀測資料,已經讓中央氣象局對熱帶地區的天氣預報,準確度提升了 4~10%;陳舒雅也以今年 8 月的哈格比颱風為案例,成功地利用福衛七號的掩星觀測資料,模擬出哈格比颱風的生成。

除了福衛七號,還有一顆稱為「獵風者」的實驗型衛星,預計 2022 年將會升空。獵風者的任務是接收從地表反射的 GPS 衛星電波,然後推估風速。可以想見,一旦有了獵風者的加入,我們對大氣環境的掌握度勢必更好,對於颱風等天氣現象的預報也能更加準確。就讓我們一起期待吧!

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