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臺灣的海洋研究由此啟航:回顧海研一、二、三號的貢獻

Suzuki
・2019/11/25 ・4876字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

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不少人都對海上研究充滿美好的想像,「海上研究就像搭著公主郵輪到海上度假?」、「海上研究可以邊研究邊捕魚,三餐都吃得到現撈海產?」。其實並不然,海上研究非但一點也不舒適,反而充滿危險,是許多海洋研究者的夢魘。

海象不好時,浪一波接一波,躲也躲不掉,由此可知海洋研究之辛苦(圖片提供/龔國慶)

1980 年代,海研一號開啟了臺灣海洋研究的紀元,九成以上的國內海洋研究者都曾上船做研究,相關人員都對海研船又敬又怕!因為就算海象再怎麼不好,都得打起精神做實驗。

過去在臺大海洋研究所做實驗時,我總是腰間繫著塑膠袋,邊吐邊做實驗。

——臺灣海洋大學海洋環境與生態研究所終身特聘教授龔國慶

海三(海研三號)又小又晃!這讓初次擔任領隊的我,暈到躺在船艙的床上,看著圓形的窗框,一下是天、一下是海。學生也常在海洋實習過後,告訴我再也不要上船,果真「男怕入錯行」。

——中山大學海洋科學系副教授張詠斌

而這樣的辛苦的經歷,也為臺灣帶來豐碩的研究成果。正值海研船即將汰舊換新之際,讓我們一同回顧臺灣海研船的歷史與重要的海洋研究篇章吧!

開啟臺灣海洋研究的長老:海研一號

海研一號(以下簡稱:海一)是臺灣第一艘專為海洋探測與教學而興建的研究船,也是臺灣現行最老的研究船。1984 年委由挪威的造船廠建造,全長 50 公尺,總排水量 800 噸。目前以高雄港為母港,並由國立臺灣大學海洋研究所負責管理與維護。

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臺大海研所教授詹森表示,他念臺大海研所碩士時,船才剛來,當時全所都很興奮,從此海洋研究不再是紙上談兵。即便現在海一船齡有 35 年,至今風華依舊,扣除歲修保養期,每年可跑 250 天。

海研一號已服務臺灣海洋研究逾 33 年,2019 年 6 月剛完成 1200 航次(圖片提供/臺大海研所)。

海研一號跑遍了臺灣附近所有海域,包括:臺灣北部的東海、南部的南海與東部的西太平洋,最北至長江口,最遠則至帛琉海域。自 1985 年至 2015 年累積航跡總長達 168 萬公里,相當於繞地球 43 周。

海研一號自1985年1月至2015年共30年的航行軌跡(圖片提供/臺大海研所)。

海研一號參與無數國際合作計畫,尤以 2000 年與美國海軍研究處(ONR)合作的「亞洲海域國際聲學實驗」(ASIAEX)聞名於世。在此之後,臺美開始長期合作研究計畫。

臺大海研所教授詹森表示,這項實驗是美軍因應潛水作戰而發起的計畫,因為海水中的聲音傳播會受到波動、鹽度、壓力等影響,所以藉由這項計畫為各國水域展開相關研究,期能為潛艦作戰與防禦帶來幫助。

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海研一號在這項計畫中,參與南海北部的聲學實驗(該區域亦為中共潛艦區)。然而,南海北部的海洋環境過於複雜,ASIAEX未能做出系統性的結果,但卻有意外的收穫:發現南海北部「東沙大陸棚外」有個全球最大的內波。這個內波可在 15 分鐘內落差達 150 公尺,足以淹掉北車前的新光大樓。內波不僅影響潛艦安全,還能翻攪海水,改變水溫與海水營養鹽成分,影響颱風生成、海底生物多樣性。(關於內波的實驗成果,延伸閱讀:海洋下的風暴:南海巨大內波生命

海研一號投放氣象浮標(圖片提供/臺大海研所、攝影/連政佳)

2015 年起,海一協助臺大進行「海氣象浮標」觀測計畫,在西北太平洋颱風必經區放置兩個浮標,透過它們可即時觀測海上與海下的水溫、氣壓、鹽度等數據,並以衛星回傳資料。

「浮標計畫其實是不可能的任務」詹森說,海上天氣險惡,像他學海洋物理的人都不敢貿然施放浮標,但前任所長魏慶琳為了圓已故好友唐存勇教授的夢,積極籌設「海上颱風觀測網」,堅持試試看,在所內同仁的努力下,沒想到就成功了!

2016年臺大兩顆氣象浮標挺過強颱尼伯特,得到寶貴的觀測資料,其研究成果於今年登在頂尖期刊《自然通訊》(Nature Communications)上(圖片提供/臺大海研所,新聞稿)。

投放至今,兩個浮標被無數個颱風穿過去,像是強颱尼伯特,但它們仍堅守崗位,每十分鐘回傳一次資料,「颱風到來時,看這些數據就如同看球賽轉播般的精彩。」詹森教授表示,後來氣象局也參與此計畫,希望未來能將浮標數據放入氣象預報的數值模型中。(延伸閱讀:海上浮標護衛臺灣,讓準確預報颱風不是夢、台灣大學海洋研究所:海氣象及時傳輸浮標

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曾衝到長江口的小船——海研二號

海一作為臺灣海研船的起點,接續其使命的小船便為海研二號(以下簡稱:海二)、海研三號(以下簡稱:海三)。這兩艘小船在 1993 年委由慶富製造,噸位都低於海研一號,主要負責較近海的研究。

海研二號以基隆港為母港,自 1993 年服務至今,由臺灣海洋大學管理營運(圖片/維基百科)。

海研二號在 1993 年來到海洋大學,當時的校長希望甫從臺大海洋研究所博士班畢業的龔國慶能以就學期間使用海一的研究經驗,協助海二的管理與營運。

這一參與就快 27 年,今年海大校長張清風請他再去協助接收「新海研 2 號」,預備讓海二退休。「海研二號就像自己的孩子一樣!」龔國慶有感而發地說。

船晃到相機都拍不清楚了,學生依然可以穩住陣腳把藥劑加入實驗瓶中(圖片提供/龔國慶)。

由於噸位小,船上無減搖裝置、北部又面東北風的緣故,搭乘海二研究必備「拚搏」的精神,風一大,晃個 10-20 度以上是常有的事。

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龔國慶主要從事海洋化學與生態的研究,而化學生態組在海研船上常是最忙、最累的一組。每一站都得透過採水瓶,將十幾罐不同深度的水取出,拿到實驗室再將不同水瓶分類、加藥、過濾和前處理,有時尚未處理完後,下一站取水點又到了,「忙到邊吐也要邊做」。

他以 30 幾年海上研究經驗來傳授防暈心法,「不要怕吐,暈船還是要吃飯喝水喝可樂,絕對不要用吃藥睡覺來逃避,只要你面對它,展現意志力,就可以克服它。」

海研二號相繼參與兩個為期十多年的研究,包括「黑潮邊緣交換過程研究」(KEEP, 1989-2000)及「東海長期觀測與研究」(LORECS, 2000-2017)。

在 LORECS 研究計畫中,龔國慶教授曾領著海一、海二到長江口觀測興建三峽大壩對東海生態的影響。研究發現:大壩興建後,營養鹽減少,影響出海口的海洋生產力與生物多樣性。不過卻也意外發現,只要長江上游出現超大洪水,反而會為海上的藻類、浮游生物補充養分,增加漁業資源,不過也可能同時也帶來上游的污染。

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海二與海一曾至長江口觀測,帶來豐碩的研究成果(圖片提供/龔國慶)。

隨著臺海情勢的加溫,近年來臺灣研究船已很難再到長江口了,「海一、海二(有這樣的經歷)算是空前絕後了!」

龔國慶亦領著團隊觀測「極端氣候對海洋影響」,在三、四月東北季風強盛時,出海觀測沙塵暴對海洋食物鏈及二氧化碳吸收的情形,發現沙塵暴帶來的鐵離子可補充海洋所缺乏的微量元素,利於藻類和浮游生物生長,增加二氧化碳的吸收量。

圖右是沙塵暴為海洋帶來巨量的微量元素,特別是鐵,提升海洋基礎生產力,緩和超微浮游植物缺鐵與缺營養鹽的基因表現(圖片提供/龔國慶)。

除了春天觀測沙塵暴外,為了觀測颱風過境對海洋生態的影響,龔國慶的研究團隊整個暑假都在等待時機,一遇到東北部外海有颱風形成時,便趕在海上颱風警報未發布時出航,測颱風前海洋生態與吸收大氣二氧化碳的反應,然後在陸上颱風警報解除後,隨即在兇猛湧浪尚未平息的狀況下,再出航取得颱風後的資料,進行颱風前後觀測資料的比對。

海二遇風浪的搖晃情形,研究人員得有拚搏的精神(圖片提供/龔國慶)。

龔國慶表示,沙塵暴與颱風觀測都是發生在海象最惡劣的狀況,「但不做就不知道沙塵暴與颱風來臨時,海洋會發生什麼事情啊!」

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海二克服颱風、東北季風為臺灣帶來寶貴的研究,今年九月龔國慶的研究團隊將帶同學們一起至黑潮洋流做塑膠微粒以及渦旋的觀測,一去又是九天,海二上無海水淡化器,為了省水,第五天後研究人員即使流汗,也得忍著不能洗澡,屆時又是辛苦但收穫滿載之旅。

海上儀器檢測站:海研三號

海三與海二是姊妹船,在同一年由同一造船廠製造,都負責近海研究。

海研三號以高雄港為母港,自1993年服務至今,由中山大學管理營運(圖片提供/張詠斌)。

張詠斌對海三的第一印象不算太好,從臺灣海洋大學畢業後,回到中山大學就當海三領隊,帶七天的航次。

「其實我很會暈船,頭一次上海三前兩暈到攤在床上,很不舒服,只能默想:明天會更好來撐過去。」張詠斌表示,好不容易適應海上狀況後,回到岸上又「暈路」,走路不自覺晃動,旁人看起來會覺得好笑。

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海洋三號對中山海洋科學院來說相當重要。張詠斌表示,中山大學負責南海的研究,亦在東沙群島成立「東沙國際海洋研究站」,往來東沙研究工作大都由海三來協助的。此外,臺灣西南海域(墾丁外海附近)蘊藏天然能源「甲烷水合物」(可燃冰),海三有協助探勘的任務。

2018年臺法的研究團隊搭乘瑪麗杜凡號,鑽探臺灣西南海域的岩心,挖到10公分的可燃冰(圖片提供/蘇志杰)。

張詠斌表示,海三因為船小的關係,甲板空間有限,無法探鑽長達十幾公尺的地質岩芯,所以通常利用海三做前期觀測,確認地殼的成分,以及有無石油或天然氣,因為地質岩芯一鑽下去,遇到天然氣可能引爆危及船隻安全。

去(2018)年臺灣和法國的研究團隊聯合探勘西南海域,法國海洋研究船「瑪麗杜凡號」(Marion Durfresne)執行 25 公尺的岩芯採樣,首度鑽獲可燃冰。張詠斌表示,海三雖然挖不到可燃冰,但至少將把打岩芯前的功課做足了。

海三另一項重要任務,便是協助中山海下科技研究所做儀器測試。海下科技所是臺灣唯一專職開發水下載具的研究所,張詠斌表示,過往他們利用海三開發多項先進水下載具,能夠承受 3、4000 公尺的深海水壓,即時傳回海床的影像資料。

中山大學開發載具包括深海拖曳式攝影系統(ATIS)、深海拖曳式光纖探測系統(FITS)、深海視訊多管岩心採樣器(V-Corer),及視訊導引抓斗(TVG)。張詠斌表示,以往採集沈積物都是瞎子摸象,挖起來才知道有沒有挖到,現在靠著水下攝影載具,可以看到再取,大幅提升研究效率與品質。

海三協助開發的「深海拖曳式即時攝影系統ATIS」拍攝到海床泥火山噴發甲烷氣體的畫面

合體任務:意外的空難搜救

三艘海研船各自有重要的使命和任務,合體的機會少之又少,非常難得。其中一次是 2002 年澎湖空難。

當時華航客機墜海,由於海研船配備科學儀器與專業人員,三艘船遂加入搜救行動;主要利用聲納系統來搜尋機身殘骸,找出殘骸座標,以提供飛安會進行打撈。

2002 年海研船協助搜尋機身殘骸的資料新聞以及水下遙控無人載具夾起的華航機身殘骸。(圖片提供/張詠斌)

30 年來,海研一號、二號、三號陪伴許多國內學者歷經身份的轉變,自學生、講師至教授,逐步在海洋研究的領域中大展身手。三艘海研船隨著時間老舊,每年歲修、保養期逐年拉長,為了航行安全與研究計畫持續,勢必得汰舊換新。今年底和明年初,新的海研船將陸續交船,回顧感謝三艘老船的同時,也期待新海研船能帶來更豐碩的研究成果。


海研三姐妹的小檔案(資料整理/簡鈺璇)

海研一號
R/V Ocean Researcher 1
海研二號
R/V Ocean Researcher 2
海研三號
R/V Ocean Researcher 3
下水日 1984 年 1993 年 1993 年
總噸位 800 噸 295 噸 295 噸
全長 50 公尺 38.9 公尺 38.9 公尺
續航力 45 天 7 天,7 天以上可能需要限水、限電
營運管理者 臺灣大學 臺灣海洋大學 中山大學
港籍 高雄港 基隆港 高雄港
設計建造地 挪威 臺灣 臺灣
文章難易度
Suzuki
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超純社會組學生,對未知的一切感到好奇,意外掉入科技與科學領域,希望在猛點頭汲取知識的同時,也能將箇中妙趣分享給大家。

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極端氣候的問題就在眼前,我們可能面臨什麼樣的未來?——《圖解全球碳年鑑》
商業周刊
・2022/10/04 ・5452字 ・閱讀時間約 11 分鐘

沒有比現在更急迫需要預測未來。上千名氣候科學家和經濟學家共同建立並測試嚴謹的電腦模型,來估計地球在一、兩個世代後的樣貌。

政府間氣候變化專門委員會(IPCC),由世界各地的志工科學家組成,他們評估目前關於氣候變遷的科學知識——過去、現在和未來的風險與可能性——從而找出共識。

他們發表一系列報告,為 2050 年及其後的世界,做出 5 個可能的結果,這些情況是根據複雜的運算,測量溫室氣體排放、土地使用和空氣汙染對氣候的影響。

做出 5 個可能的結果,這些情況是根據複雜的運算,測量溫室氣體排放、土地使用和空氣汙染對氣候的影響。圖/Pixabay
圖/商業週刊

經濟成長、人口以及溫室氣體排放的未來軌跡,預期將使地球的平均溫度上升。情況的名稱是根據共享社經路徑(Shared Socioeconomic Pathways, SSP), 依照 1 到 5 編號,每個編號有個比過去更負面的結果。

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5 個未來會面對的暖化問題

5 種情況的暖化程度,在以下幾個方面存在顯著差異:

  • 氣候的激烈程度
  • 海平面上升
  • 熱浪
  • 降雪和降冰的減少
  • 未來的行動和政策

這些情況說明問題如何隨時間加劇,以及改變目前的做法對未來可能的巨大影響。

IPCC 過去的估計已經證實太過樂觀,因此最近 IPCC 的報告預測,全球地表溫度將提早 10 年升溫超過 1.5° C,儘管如此,自從出版那份報告以來所收集的資料,顯示近期的暖化程度要比過去所做的大膽估計更加嚴重。

二氧化碳排放量。圖/商業週刊
情況升高攝氏 /華氏說明
1. 極低排放量(SSP1-1.9)1.4° C /2.5° F2050 年前後,全球二氧化碳排放減到淨零,符合巴黎公約(Paris Agreement)中,維持全球暖化(最多)高於工業前溫度1.5° C,而後穩定在1.4° C 直到2100 年。永續作法被即刻採行,改變經濟成長和投資,人們感受的氣候變遷效應,相較其他情況顯著較輕微,速度也較慢。
2. 低排放量(SSP 1-2.6)1.8° C /3.2° F全球二氧化碳排放大幅降低,但不足以在2050 年以前達到淨零排放。2100年結束時,升溫穩定保持在大約1.8° C。
3. 中排放量(SSP2-4.5)2.7° C /4.9° F邁向實踐永續的進展緩慢,與歷史趨勢相近。二氧化碳排放量維持在目前水準,本世紀結束前達不到淨零。2100 年前溫度上升2.7° C。
4. 高排放量(SSP3-7.0)3.6° C /6.5° F排放量和溫度穩定上升,大約是目前的兩倍,各國趨向彼此競爭,要求更多糧食供給的保障,且提高對糧食供給的警覺。2100 年以前平均溫度已經上升3.6° C。
5. 極高排放量(SSP 5-8.5)4.4° C /7.9° F2050 年以前二氧化碳的排放將加倍,能源消耗增加以及過度使用化石燃料加速經濟成長,但是……2100 年以前全球平均溫度將升高4.4° C。
表/商業週刊
IPCC 假設的情況。圖/商業週刊

了解 IPCC 勾勒出未來的 5 種情況

想像集體行動的後果,是前進的必要的一步,政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的 5 種情況,清楚勾勒未來的樣貌。

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他們的報告顯示,人類具備科學的理解、技術的能量和金融手段,將碳排放量限制在 1.5° C,但也清楚說明勇敢行動和政治意志極為重要。

溫度上升 0.5° C,差別就很大

情況 1——正負 1.5° C

這是唯一符合《巴黎公約》,維持全球溫度比工業化前溫度高 1.5° C 目標的情況。

在這情況中,極端氣候比較常見,但世界避免了氣候變遷的最糟衝擊。依然會有健康風險以及氣候改變的風險,但嚴重度會比其他情況好很多。不過,將升溫限制在 1.5° C,將需要能源、土地、基礎建設、交通運輸、工業系統等,作出前所未見的轉變。

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將升溫限制在 1.5° C,將需要能源、土地、基礎建設、交通運輸、工業系統等,做出前所未見的轉變。

情況 2——正負 2° C

在低碳排放的情況,世界在 2030 年後不久就會違反 1.5° C 的公約,但還是設法達到巴黎公約中,2100 年以前將溫度上升維持在比工業化前水準高 2°C 以內。

全球二氧化碳和非二氧化碳溫室氣體的排放,如同在「情況 1」中被大幅削減,但不如「情況 1」快速,2050 年之後才達到淨零排放。如同「情況 1」,也需要透過造林、碳捕捉等方法,移除大氣的二氧化碳。

溫度上升 0.5 度或許看似差別不大,但是 IPCC 的報告清楚指出,每增加 0.5 度,對人類和自然系統的負面影響將顯著提高。

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舉例來說,極度高溫的天氣事件,如熱浪、火燒、洪水和乾旱,將會愈來愈激烈且頻繁,有時會同時發生,加上海平面上升和海水酸鹼度提高,不僅使人類等物種失去居住和棲息的地方,也會因為作物產出下降和漁獲量減少,而導致糧食不足。IPCC 估計,這個情況會比「情況 1」多出高達數億人受到氣候相關風險的負面影響。

關注的區域情況1情況2差異
全球暖化全球意味地表溫度相對工業化前的水準上升1.5° C2° C0.5° C 以上
嚴重的熱浪每5 年全球人口至少一次暴露在嚴重熱浪中14%37%糟2.6 倍以上
海平面上升2100 年以前,全球人口每年都有海平面上升的風險6,900 萬7,900 萬多1,000 萬
海冰平面北極海夏季無冰的頻繁度每100 年至少一次每10 年至少一次糟10 倍
失去生物多樣性脊椎動物失去至少一半地理範圍的脊椎動物4%8%糟2 倍
生物多樣性昆蟲):失去至少一半地理範圍的昆蟲6%18%糟3 倍
生態系統轉變受生態系統轉變影響的全球陸地區域7%13%糟1.9 倍
失去珊瑚礁與目前相比,形成礁的珊瑚減少70-90%99%糟1.2 倍
農作物產出下降暴露在作物產出下降的全球人口數3,500 萬3.62 億糟10.3 倍
表/商業週刊

情況 3——政治和經濟的力量沒辦法短期內做出決定

這是假設政治和經濟的力量,使得難以在短期內採取明快的大動作。

由於累積的二氧化碳排放量與全球地表溫度上升之間有接近線性的關係,因此升溫 1.5° C 的上限有可能在 2030 年代初就被超越,距離本年鑑出版不到 10 年。

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在這情況中,溫室氣體排放到 2050 年都沒有降低,預期本世紀末的升溫將大約 2.7° C。上一次氣溫高於工業化前的水準 2.5° C,估計是在 3 百多萬年前。

暖化會呈現地區性差異,平均而言陸地的暖化將比海洋嚴重,北半球緯度愈高的暖化會比南半球嚴重,北極對暖化的敏感度高於南極,自從工業化年代以來,北極的暖化速度比世界其他地方快了 2 倍。

降雨量會增加。在所有全球暖化超過 1.5° C 的情況中,預期降雨量將會增加,特別是陸地。全球地表平均溫度每上升 1°C,中數降雨量將增加 1% 至 3%(全球和年皆然)。

儘管整體的降雨量增加,但會因緯度而有地區性差異。高緯度和潮濕的熱帶地區,降雨量會增加,但是乾旱地區,包括部分的亞熱帶如地中海、南非、部分的澳洲和南美洲,降雨量會減少。

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高緯度和潮濕的熱帶地區,

降雨量會增加,

但是乾旱地區,降雨量會減少。

凡是升溫超過 1.5° C 的情形,到本世紀結束前,9 月將更有可能沒有北極海冰,當暖化到達 2° C 時,這個可能性幾乎是確定發生。圖/Pixabay

北極海冰會融化。凡是升溫超過 1.5° C 的情形,到本世紀結束前,9 月將更有可能沒有北極海冰,當暖化到達 2° C 時,這個可能性幾乎是確定發生。全球地表溫度上升,將使冰河和大冰原的面積更大幅度縮小,導致全球海平面中數(global mean sea levels,GMSL)上升,在前面 3 種情況中,預期在整個 21 世紀將加速,海洋在這些情況下也會變得更酸,這是因為排放量增加使海洋吸收更多碳的緣故。有些系統將會永遠地被改變,持續的全球暖化將可能永久造成:

  • 海平面上升
  • 大冰原喪失
  • 永凍土的碳排出

情況 4——只顧國家利益,沒有同心協力

這個情況是,隨著全球氣候變遷惡化,國際的協調將受挫。各國沒有同心協力來解決問題,反而只顧國家利益,而以關於能源與糧食保障為主。

由於高度仰賴化石燃料來解決燃眉之急,導致溫室氣體排放穩定成長。到 2100 年前,二氧化碳排出幾近加倍,每年超過 800 億公噸,空氣汙染控制不力,加上非二氧化碳的排出量持續增加,導致地球暖化惡化。

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溫度遽升。由於各國達不到氣候誓約,21 世紀的溫度可能上升 2° C,不到 10 年可能跨越 1.5° C 的門檻。

降雨和乾旱的區域擴大。在全球暖化超過 2° C 的情況(情況 4 和情況 5),全球平均降雨量將比 1995-2014 年間增加 2.6%。

降雨和乾旱的區域擴大。在全球暖化超過 2° C 的情況(情況 4 和情況 5),全球平均降雨量將比 1995-2014 年間增加 2.6%。圖/Pixabay

海洋改變。到本世紀末,全球海面溫度上升 2.2° C,上升的海洋溫度可能影響大西洋經向翻轉環流(Atlantic Meridional Overturning Circulation,AMOC),這是最大的洋流系統,如果 AMOC 停止將造成廣泛影響,例如季風轉變和歐洲與北美州的降雨減少,AMOC 可能永久停止。海洋溫度上升導致 GMSL 上升,主要是因為熱擴散,凡是升溫跨越 2° C標記的情況,就會提高南極大冰原崩解的可能,也造成 GMSL 在 2100 年前後上升至少 1 公尺,有些預測認為會超過 2 公尺。

如果 AMOC 停止將造成廣泛影響,例如季風轉變和歐洲與北美州的降雨減少,AMOC 可能永久停止。

情況 5——二氧化碳的年排放加倍

面對氣候緊急事件惡化下,化石燃料的開發和能源使用勢必更積極,導致溫室氣體排放大幅增加。2050 年以前,二氧化碳的年排放加倍,在本世紀前超過 1,200 億公噸。

再生能源技術的進步加上人們的接受度上升,使這情況不太可能發生。但是碳循環回饋可能影響大氣濃度,從而製造地球反應的循環而導致這種情況,此外基於全球地表溫度升溫在 10 年內預期將跨越 1.5° C,而短期的暖化現象比估計的還要嚴重,因此即使可能性較低也不容忽視。

在這情況中,溫度上升 1.5° C 被認為在近期內很可能發生,大約是 2027 年前後。幾十年內升溫可能來到 2° C,本世紀末之前無法想像的升溫 4.4° C 可能發生。人類從未曾生活在如此氣候狀況下。

這個情況與其他不同的,在於假設強度的空汙控制,以及預測中長期除了甲烷以外「臭氧前兆」的下降,預測甲烷將上升到 2070 年。

跟其他情況相同的是,較大程度的暖化,預期會擴大區域性暖化趨勢的差異。例如相較 1995 至 2014 年的溫度範圍,部分亞馬遜或其他熱帶陸地將升溫 8° C,其他熱帶陸地區域可能升溫 6° C。

降雨量急遽上升,在暖化程度較大的情況下,預期高低降雨量的差異將擴大,冰原將消失,海平面和溫度將上升,世界失去格陵蘭和南極最大冰原,將導致海平面上升與冰河消失。由於冰原的成長緩慢但融化快速,失去任何面積可能無法逆轉。

海洋吸收愈來愈多熱,變得愈來愈暖,於是水往外擴。海平面上升近 1 公尺可能影響居住在海岸區、島嶼以及容易遭到洪水肆虐的近 10 億人生計。

海平面上升近 1 公尺可能影響居住在海岸區、島嶼以及容易遭到洪水肆虐的近 10 億人生計。圖/Pixabay

海平面上升近 1 公尺

可能影響居住在海岸區、島嶼

以及容易遭到洪水肆虐的近 10 億人生計。

我們沒有丟掉任何東西,

只是把我們的問題變成別人的問題。

⸺賽門.西奈克(Simon Sinek),暢銷作家

上網搜尋,種一棵樹

安裝一個簡單的應用程式,

就可以在你每次上網搜尋時種一棵樹。

——本文摘自《圖解全球碳年鑑:一本揭露所有關於碳的真相,並即時改變之書》,2022 年 9 月,商業周刊,未經同意請勿轉載。

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褐色北極圈,植物正快速枯竭
Else Production
・2022/02/10 ・2516字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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假如北極圈能生長出更多的植物,相信沒有人會認為這是一件可喜可賀的事情。因為這直接證明了全球暖化日益嚴重,令北極圈不再寸草不生,給了當地動植物一個「溫暖」的家。但假如我告訴你:現在北極圈的植物枯萎速度快了,你的第一反應可能認為這是一個天大喜訊,好像氣溫下降了、生長環境極端了才有這個現象,但事實是否是這樣?

破解迷思:植物在北極圈的存在

其實一直以來,北極圈都有一點點的植物,當中包括常見的杜鵑花科、十字花科等,一般都會在當地的夏季生長及開花,只是大多都只是一些非常低矮的灌木、地衣及苔蘚等,而正常的樹木則難以生長出來。至於學界經常探討的 Arctic Greening(綠化)和 Arctic Browning(棕化),計算的是他們生長的比率、覆蓋率以及生理週期的長短,藉此研究對地球的影響。

簡單來說,北極圈綠化是指植被不斷增加,而棕化則是植物出現枯萎或死亡的跡象。科學家會透過每年的衛星圖像,計算北極圈的 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,即常態化差值植生指標,當中透過紅光與近紅外光的反射情況顯示出植物生長、生態系的活力與生產力等資訊)。

葉綠素對近紅外光會大量反射,以及對紅光光譜區之太陽光會大量吸收;因此 NDVI 數值愈高代表該地區反射紅外光的能力愈強,亦表示該地區植物生長會更健康及茂盛。反之,植物的植被葉片如果出現紅色、黃色、褐色等變化,NDVI 的數值便會降低。從下圖我們可以清晰看見,北極凍土帶大部份地方都有綠化的情況,而在格陵蘭、美國阿拉斯加以及俄羅斯則有棕化的情況。當中只有格陵蘭的地方亦保持純白色,即是全年均是冰川,其他地方都已經淪陷了。

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北極凍土帶的植被變化。圖/美國國家海洋及大氣管理局

棕化與極端天氣的關係

上述的數據在每年夏天取得,這意味著植物的枯萎來得比正常週期快,而這絕非一個好兆頭。英國謝菲爾德大學(University of Sheffield)教授 Gareth Phoenix 及研究人員 Rachael Treharne 指出,由於受到極端天氣的影響,北極圈在冬天中段亦有一段回暖的日子,令植物表層的雪層融化而提早發芽,而當植物暴露在陽光下,它們的抗寒能力便會大大減低,而當暖風已過、回歸寒冬時,便令它們冷不提防的情況下被殺個措手不及。

另一個原因則是極端天氣引致的霜凍。由於空氣溫度突然下降,植物儲存的水份會脫水結冰,但土壤仍然處於冰封的狀態,令它們無法從泥土中補充所需要的水份而提早枯萎,形成大範圍的褐色現象。

除了北極圈的氣候變化之外,昆蟲入侵亦加劇了棕化現象。隨著冬天和夏天的溫暖,食葉昆蟲能茁壯成長並進入北極圈,令灌木落葉更為嚴重。其中一個例子便是冬蛾(O.brumata)在北歐地區爆發性增長。蛾卵會在 -30°C 左右死亡,但近年的蛾卵卻能在冬季存活並提早孵化,結果令當地白樺林大規模落葉,面積接近一萬平方公里,生態系統受到不能逆轉的干擾。

棕化現象。圖/Wikipedia

棕化對大自然及人類的影響

棕化最直接且最重要的影響便是加劇全球暖化。隨著植物枯萎,它們吸收人類排放的二氧化碳並進行光合作用的能力則會「大幅減少」,也讓北極圈更熱並令棕化問題更嚴重,形成惡性循環。

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慈濟大學生命科學系助理教授葉綠舒指出[7],當大氣中二氧化碳濃度節節上昇時,寒帶森林植物生長速度會比熱帶森林高出四倍以上,因此在大自然中,寒帶森林植物在全球暖化下本應肩負著吸收更多碳的責任。然而,寒帶森林出現棕化現象後,卻讓光合作用的能力大打折扣。

此外,當植被範圍棕化並減少時,植物便失去了遮擋陽光的作用,令冰面更容易蒸發,加速冰川融化並帶來更多極端天氣。

據國家地理雜誌的數據[6],大氣中的 CO2 濃度至少在過去 80 萬年中一直介於 180 到 290 ppm 之間,但在 2019 年 9 月卻錄得 412 ppm的濃度,並以每年 2ppm 的速率上升,這項數據間接證明了大自然中二氧化碳濃度不平衝,專家預測未來可能會衍生出其他問題,包括中緯度地區的乾旱。

這些極端天氣也為生活在北極圈的人民帶來各種社會上的災難。在挪威的朗伊爾城,由於氣溫上升,當地降雪量因為融雪情況而大大增加,引發多次雪崩報告,除了破壞民居,雪崩也堵塞了當地的主要幹道及天橋,並影響航班升降,嚴重影響運輸業、旅遊業及貨物進出口。此外,隨著降雪量上升,天線也遭受破壞,不只令機場等依賴信號系統的設施停擺,積雪亦使人民無法正常通勤。

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自然界生物鏈亦會因為棕化而受到牽連。植物本身是陸地食物網中重要一環,棕化現象會令很多食草動物如馴鹿等失去食物。此外,全球暖化也會影響候鳥遷徙,假如種子無法在北極圈等地方散播,再加上棕化現象更會嚴重影響當地的食物鏈,令當地的稀有動物有絕種的危機。

當然,由於棕化現象經常出現在科學家難以到達的區域,我們仍未完全了解棕化形成的原因及情況,但隨著科技進步,我們寄望未來衛星能拍攝更高解析度的影像,讓科學家掌握更多有關棕化的數據以作研究。

延伸閱讀

參考資料

  1. Hansen, B. B., Isaksen, K., Benestad, R. E., Kohler, J., Pedersen, Å. Ø., Loe, L. E., Coulson, S. J., Larsen, J. O., & Varpe, Ø. (2014). Warmer and wetter winters: Characteristics and implications of an extreme weather event in the High Arctic. Environmental Research Letters, 9(11), 114021.  
  2. Hoag, H. (2019, August 8). Climate change made the arctic greener. now parts of it are turning brown. Science News. Retrieved January 17, 2022  
  3. From Doris Friedrich. (2018, December 21). Arctic browning: An overlooked threat that might accelerate climate change. High North News. Retrieved January 17, 2022 
  4. Tundra Greenness. Arctic Program. (n.d.). Retrieved January 17, 2022  
  5. Sheffield, T. U. of. (2019, September 19). Turning the Arctic Brown. Eos. Retrieved January 17, 2022  
  6. 氣候暖化促進了植物成長,但也讓地球變得更「渴」. 國家地理雜誌中文網. (n.d.). Retrieved January 17, 2022  
  7. Press, C. (2018, July 12). 二氧化碳多,植物就會長得快嗎?. CASE報科學. Retrieved February 11, 2022

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Else Production
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馬朗生,見習地球物理工程師,英國材料與礦冶學會成員,主力擔任海上測量工作,包括海床勘探、泥土分析、聲波探測等。

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最新 IPCC 報告出爐!作爲地球公民一分子,你不可不知的氣候變遷現況
安比西林_96
・2021/09/03 ・4518字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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受疫情影響延誤數個月,距上次報告發佈八年之久後, IPCC 氣候變遷的第六次評估報告(IPCC Sixth Assessment Report,簡稱 AR6) – 第一工作小組報告的最終版草案[註1]  終於在 8 月 9 日問世。氣候變遷已近在眼前,在台灣的我們,剛經歷缺水危機後就迎來豪雨水災,極端天氣的三溫暖叫人吃不消,更遑論世界各地所遭遇的熱浪、颶風、林火等天災。這份報告就像地球的體檢診斷書,揭示了氣候變遷影響下,人類未來可能面臨到的衝擊。

IPCC 的報告為什麽如此重要?  

雖然世界上的人還是可以分成「相信氣候變遷正在發生」和「氣候變遷是無稽之談」兩大派,但氣候變遷是真是假,不是靠聲量大小決定,而是必須讓科學實證來說話。而 IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change,全名為政府間氣候變化專門委員) 存在的目的,就是要以嚴謹的科學,去探討氣候變化的情形,以及對人類社會經濟造成的影響。

自 1988 年由世界氣象組織和聯合國環境規劃署成立的 IPCC,正是大家耳熟能詳的《京都議定書》及《巴黎協議》背後的重要推手。他們為地球氣候變化研究所做出的貢獻,也在 2007 年被諾貝爾和平獎肯定,與美國前副總統高爾共享這份殊榮。

大家可能會 OS:IPCC 產出一份評估報告要花 5 到 7 年,這也太久了吧!但就以 AR6 為例,這份多達 3949 頁的報告引用了超過 14000 份科學論文是由各國兩百多位科學家綜整各領域研究對氣候變遷的最新數據與分析後,取得從物理到社會經濟各層面共識的集大成之作!這份報告書沒有停留在學術象牙塔,而是讓政策決定者也參與在審核的過程。第一階段由科學家們提出研究結論之後,第二階段讓各國政府代表加入審核,將科學與實踐接軌,提出政策結論,最後再請 195 個成員國政府代表,以逐字審查方式做最終的確認並背書。

在阻止氣候變遷成為失速列車前,地球命運共同體的我們都在和時間賽跑。如何將有限的資源用在刀口上,是有效調適減緩氣候變遷的關鍵。經過嚴格多階段審核的報告書,才能成為各國政府擬定政策可靠的憑據。

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延伸閲讀:那些關於溫室效應全球暖化的科學討論:眾志成城的 IPCC 報告是如何誕生的?

瞭解幾個重點關鍵字,就能搞懂 IPCC 報告

在進入正題之前,搞懂幾個重點觀念,你就能比較明白 IPCC 報告在説什麽。IPCC 報告的核心問題,就在於回答:人類活動是否真的造成了全球暖化的發生?如果真是這樣,未來的情況會如何?

為了要檢驗這項假設,科學家建立了可反映和模擬地球氣候與環境變化的氣候模式(Climate Models)。在衆多的氣候模式中,比較常聽見的有大氣環流模式(General Circulation Model,GCM) 和地球系統模式(Earth System Model)。前者建基於基本物理定律,以數學方程式來描述大氣、海洋、冰及地表之間的熱能和物質交換;後者則納入了生物與化學因素對氣候物理過程的影響,可以更深入地探討碳循環、與生物圈的交互作用等回饋機制與氣候變遷的關係。

要讓模型變得更加可靠,就需要用大量、長期的真實氣候數據去「訓練」它,透過與過去氣候資料比較進行校正後,才能更好地模擬未來氣候的走向。可靠的氣候模型,可以模擬過去、現在、未來的氣候趨勢,更可以用來探討在有無人為影響下的氣候變化,是協助我們驗證氣候變遷和擬定調適策略的重要工具。

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地球系統模型的基本架構:藍框代表著氣候模型中涉及的過程,而綠框則代表地球系統模型可納入的其他變因。圖/climateurope

但要統整世界各地海量的氣候模式資料,光是資料收集就是一大工程,IPCC 的研究又該怎麽進行呢?答案就是透過耦合氣候模式對比計劃(Coupled Model Intercomparison Project,CMIP)的協助!CMIP 扮演了國際公開資料平臺的角色,讓隸屬旗下的各國研究組織,可以讓各自產製的氣候模式資料上線,讓全球研究者能簡便地獲取和分析這些資料。

每一期 CMIP 的模式推估,皆奠基於共同制定的未來氣候推估情境(Scenarios)。就像玩 RPG 游戲時,玩家在特定狀況下設定不同的參數,或在重要關卡做出不同的選擇,都會導向不一樣的結局。科學家於是將不同指標,如人類活動的溫室氣體(Green House Gases,GHGs)排放量高低,來設定各種可能的情境,來預測人類在氣候變遷這場大型生存游戲中,不同的 if 路線下,會遇見怎麽樣的未來地球氣候,所觸發各種極端氣候事件的機率大小。每一次的 IPCC 報告,科學家都會升級 CMIP 所使用的模式中,改善物理、化學與生物過程的表達式、提高資料的解析度,就是為求預測模擬的成果能更好地反映真實的情形。

IPCC 第六次報告的重點一次看!

值得注意的是,IPCC AR6 一改過去保守的口吻,使用了强烈的措辭「毋庸置疑」(unequivocal),説明多年來模式與觀測方法的改進,已讓科學中的不確定性降低,讓氣候科學家越來越確定氣候變遷發生的證據。所以如果你還認為氣候變遷是陰謀論,也許就要重新審視一下自己的立場了。若你向來關心氣候變遷課題,那這份報告便是帶我們重溫那些令人胃痛不已的既有認知:人類在大氣、海洋及陸地暖化上難辭其咎;近期地球氣候系統的變遷是數千年來前所未有的,也和熱浪、豪雨、乾旱等極端事件的發生擺脫不了關係

這一次,科學家設定了五種情境[註2],溫室氣體排放量由低至高依序為:

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  1. 極低排放減緩情境 SSP1-1.9
  2. 低排放減緩情境SSP1-2.6
  3. 中度排放情境 SSP2-4.5
  4. 高排放情境 SSP3-7.0
  5. 極高排放情境 SSP5-8.5

而報告結果顯示,無論在哪一種排放情境,全球地表升溫將會持續到本世紀中。除非人們在幾十年内大幅減少二氧化碳及其他溫室氣體的排放,否則全球暖化幅度,將在 21 世紀時超過《巴黎協定》所訂定的減碳目標 1.5° C 和 2.5°C。

無論在哪一種排放情境,全球地表升溫將會持續到本世紀中。圖/IPCC 報告

持續的全球暖化,不只讓我們冷氣電費節節上升,還會提升高熱帶氣旋、熱浪、豪雨,以及部分地區農業與生態乾旱的發生頻率與强度。我們將要持續不斷和極地海冰、雪蓋與永凍土說再見。而極端降水事件頻率或強度的增加,在上一次 AR5 中被評估為中度信心,但在這一次則被評為高度信心。這說明了科學家更確定,因地球升溫而被强化的水循環,將會讓旱災洪水變得更嚴重。儘管我們知道海洋與陸地具有碳匯作用,可減緩大氣中二氧化碳的累積,但在二氧化碳排放持續增加的情境下,這些效果都會被減弱。

科學家提醒,過往認為極低機率事件如冰層崩解、海洋環流劇變,以及「禍不單行」的複合式災難(例如熱浪與乾旱一同夾擊),都將可能發生。人們必須做好「情況沒有最糟,只有更糟」的準備,將各種極端事件納入風險評估。

未來的台灣:冬天變短,夏天變長

把視角聚焦回台灣,我們身處的這座小島的氣候變遷趨勢又如何?一直在氣候變遷議題政策推動與推廣工作上不遺餘力的台灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台計畫(TCCIP),也持續為產製在地的未來氣候推估資料做出努力。

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根據 TCCIP 分析,台灣年均溫在過去 110 年間已上升約 1.6°C,而且近半個世紀有升溫加速的趨勢。而氣候變遷,更使得台灣的四季分佈出現明顯的變化。二十一世紀初的夏季長度,增加到約 120 至 150 天,近年來的冬季,更縮短到 20 至 40 天。

1897 至2020 年台灣六個百年測站冬、夏兩季長期變遷趨勢(單位:日)圖/TCCIP

研究團隊也證實,未來全球高度排放的暖化情境與理想減緩情境相比較,前者對臺灣的衝擊程度將明顯大於後者。根據推估,雖然未來台灣年總降雨量呈現增加的趨勢,但與此同時,年最大連續不降雨日數也會變多,説明旱澇加劇的情況可能會更加頻繁。

雖然未來看起來不太樂觀,但也不需過於絕望

IPCC AR6 明確地警示,氣候變遷已是難以忽視的真相,而且未來推估的情況不容得我們懷有一絲僥幸和樂觀。不過我們也不該太早放棄希望,正如 IPCC 的前副主席巴瑞特所言:從科學的角度來看,每降溫 1°C,甚至小至 0.5°C 或 0.1°C 的改變幅度,都對減緩氣候變遷的影響至關重要。在面對前所未有的氣候變遷挑戰上,我們也需要前所未有的改變、刻不容緩的減碳行動,在 2050 年達到净零溫室氣體排放。

他表示,IPCC 報告的重點就在於指出:人類仍有可以選擇的路徑,去避免最糟的情況發生。這或多或少給了我們一些希望。

在游戲中不小心死翹翹,還可以讀取存檔再來一次。然而地球的氣候變遷,是一場不可重來的生死難關。人們的抉擇到底會不會走向那個無可挽回的 Bad Ending,決定權將交在我們這一代人的手中。

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【注解】

  1. IPCC 評估報告整體内容包含四大冊,前三冊各由一個工作小組負責,第一工作小組(Working Group,WG I)主責氣候變遷的科學基礎研究;第二工作小組(WG II)則是分析生態與人文系統在氣候變遷下受到的影響與衝擊,及不同群體面對氣候變遷的脆弱度與調適方法;第三工作小組(WG III)肩負了評估減緩氣候變遷的各式方案。第四冊是以較平易淺白的用詞表達,統整前三冊内容的綜合報告(Synthesis Reprot)。目前公佈的為第一工作小組的報告部分,第二和第三工作小組的報告預期在 2022 年公佈,而最終的綜合報告預期在 2022 年底完成。
  2. 這次報告的情境設定,都以 SSPx-y 表示,“SSPx” 代表的是納入社會經濟考量的途徑)(Shared Socio – economic Pathway),而 “y” 則是輻射强度(單位是每平方米瓦特),用來表達受自然或人為因素影響的大氣能量通量變化,會受到溫室氣體與氣溶膠的濃度影響;其中,輻射强度的正值代表地球升溫,負值則會降溫。

【參考資料】

  1. AR6 Climate Change 2021:The Physical Science Basis
  2. IPCC 氣候變遷第六次評估報告之科學重點摘錄與臺灣氣候變遷評析更新報告
  3. General circulation model
  4. 政府間氣候變化專門委員會
  5. Earth is warming faster than previously thought, scientists say, and the window is closing to avoid catastrophic outcomes
  6. IPCC AR6:更確定的氣候變遷證據
  7. Earth System Modeling, a definition

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臺灣的海洋研究由此啟航:回顧海研一、二、三號的貢獻
Suzuki
・2019/11/25 ・4876字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 528 ・七年級

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不少人都對海上研究充滿美好的想像,「海上研究就像搭著公主郵輪到海上度假?」、「海上研究可以邊研究邊捕魚,三餐都吃得到現撈海產?」。其實並不然,海上研究非但一點也不舒適,反而充滿危險,是許多海洋研究者的夢魘。

海象不好時,浪一波接一波,躲也躲不掉,由此可知海洋研究之辛苦(圖片提供/龔國慶)

1980 年代,海研一號開啟了臺灣海洋研究的紀元,九成以上的國內海洋研究者都曾上船做研究,相關人員都對海研船又敬又怕!因為就算海象再怎麼不好,都得打起精神做實驗。

過去在臺大海洋研究所做實驗時,我總是腰間繫著塑膠袋,邊吐邊做實驗。

——臺灣海洋大學海洋環境與生態研究所終身特聘教授龔國慶

海三(海研三號)又小又晃!這讓初次擔任領隊的我,暈到躺在船艙的床上,看著圓形的窗框,一下是天、一下是海。學生也常在海洋實習過後,告訴我再也不要上船,果真「男怕入錯行」。

——中山大學海洋科學系副教授張詠斌

而這樣的辛苦的經歷,也為臺灣帶來豐碩的研究成果。正值海研船即將汰舊換新之際,讓我們一同回顧臺灣海研船的歷史與重要的海洋研究篇章吧!

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開啟臺灣海洋研究的長老:海研一號

海研一號(以下簡稱:海一)是臺灣第一艘專為海洋探測與教學而興建的研究船,也是臺灣現行最老的研究船。1984 年委由挪威的造船廠建造,全長 50 公尺,總排水量 800 噸。目前以高雄港為母港,並由國立臺灣大學海洋研究所負責管理與維護。

臺大海研所教授詹森表示,他念臺大海研所碩士時,船才剛來,當時全所都很興奮,從此海洋研究不再是紙上談兵。即便現在海一船齡有 35 年,至今風華依舊,扣除歲修保養期,每年可跑 250 天。

海研一號已服務臺灣海洋研究逾 33 年,2019 年 6 月剛完成 1200 航次(圖片提供/臺大海研所)。

海研一號跑遍了臺灣附近所有海域,包括:臺灣北部的東海、南部的南海與東部的西太平洋,最北至長江口,最遠則至帛琉海域。自 1985 年至 2015 年累積航跡總長達 168 萬公里,相當於繞地球 43 周。

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海研一號自1985年1月至2015年共30年的航行軌跡(圖片提供/臺大海研所)。

海研一號參與無數國際合作計畫,尤以 2000 年與美國海軍研究處(ONR)合作的「亞洲海域國際聲學實驗」(ASIAEX)聞名於世。在此之後,臺美開始長期合作研究計畫。

臺大海研所教授詹森表示,這項實驗是美軍因應潛水作戰而發起的計畫,因為海水中的聲音傳播會受到波動、鹽度、壓力等影響,所以藉由這項計畫為各國水域展開相關研究,期能為潛艦作戰與防禦帶來幫助。

海研一號在這項計畫中,參與南海北部的聲學實驗(該區域亦為中共潛艦區)。然而,南海北部的海洋環境過於複雜,ASIAEX未能做出系統性的結果,但卻有意外的收穫:發現南海北部「東沙大陸棚外」有個全球最大的內波。這個內波可在 15 分鐘內落差達 150 公尺,足以淹掉北車前的新光大樓。內波不僅影響潛艦安全,還能翻攪海水,改變水溫與海水營養鹽成分,影響颱風生成、海底生物多樣性。(關於內波的實驗成果,延伸閱讀:海洋下的風暴:南海巨大內波生命

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海研一號投放氣象浮標(圖片提供/臺大海研所、攝影/連政佳)

2015 年起,海一協助臺大進行「海氣象浮標」觀測計畫,在西北太平洋颱風必經區放置兩個浮標,透過它們可即時觀測海上與海下的水溫、氣壓、鹽度等數據,並以衛星回傳資料。

「浮標計畫其實是不可能的任務」詹森說,海上天氣險惡,像他學海洋物理的人都不敢貿然施放浮標,但前任所長魏慶琳為了圓已故好友唐存勇教授的夢,積極籌設「海上颱風觀測網」,堅持試試看,在所內同仁的努力下,沒想到就成功了!

2016年臺大兩顆氣象浮標挺過強颱尼伯特,得到寶貴的觀測資料,其研究成果於今年登在頂尖期刊《自然通訊》(Nature Communications)上(圖片提供/臺大海研所,新聞稿)。

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投放至今,兩個浮標被無數個颱風穿過去,像是強颱尼伯特,但它們仍堅守崗位,每十分鐘回傳一次資料,「颱風到來時,看這些數據就如同看球賽轉播般的精彩。」詹森教授表示,後來氣象局也參與此計畫,希望未來能將浮標數據放入氣象預報的數值模型中。(延伸閱讀:海上浮標護衛臺灣,讓準確預報颱風不是夢、台灣大學海洋研究所:海氣象及時傳輸浮標

曾衝到長江口的小船——海研二號

海一作為臺灣海研船的起點,接續其使命的小船便為海研二號(以下簡稱:海二)、海研三號(以下簡稱:海三)。這兩艘小船在 1993 年委由慶富製造,噸位都低於海研一號,主要負責較近海的研究。

海研二號以基隆港為母港,自 1993 年服務至今,由臺灣海洋大學管理營運(圖片/維基百科)。

海研二號在 1993 年來到海洋大學,當時的校長希望甫從臺大海洋研究所博士班畢業的龔國慶能以就學期間使用海一的研究經驗,協助海二的管理與營運。

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這一參與就快 27 年,今年海大校長張清風請他再去協助接收「新海研 2 號」,預備讓海二退休。「海研二號就像自己的孩子一樣!」龔國慶有感而發地說。

船晃到相機都拍不清楚了,學生依然可以穩住陣腳把藥劑加入實驗瓶中(圖片提供/龔國慶)。

由於噸位小,船上無減搖裝置、北部又面東北風的緣故,搭乘海二研究必備「拚搏」的精神,風一大,晃個 10-20 度以上是常有的事。

龔國慶主要從事海洋化學與生態的研究,而化學生態組在海研船上常是最忙、最累的一組。每一站都得透過採水瓶,將十幾罐不同深度的水取出,拿到實驗室再將不同水瓶分類、加藥、過濾和前處理,有時尚未處理完後,下一站取水點又到了,「忙到邊吐也要邊做」。

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他以 30 幾年海上研究經驗來傳授防暈心法,「不要怕吐,暈船還是要吃飯喝水喝可樂,絕對不要用吃藥睡覺來逃避,只要你面對它,展現意志力,就可以克服它。」

海研二號相繼參與兩個為期十多年的研究,包括「黑潮邊緣交換過程研究」(KEEP, 1989-2000)及「東海長期觀測與研究」(LORECS, 2000-2017)。

在 LORECS 研究計畫中,龔國慶教授曾領著海一、海二到長江口觀測興建三峽大壩對東海生態的影響。研究發現:大壩興建後,營養鹽減少,影響出海口的海洋生產力與生物多樣性。不過卻也意外發現,只要長江上游出現超大洪水,反而會為海上的藻類、浮游生物補充養分,增加漁業資源,不過也可能同時也帶來上游的污染。

海二與海一曾至長江口觀測,帶來豐碩的研究成果(圖片提供/龔國慶)。

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隨著臺海情勢的加溫,近年來臺灣研究船已很難再到長江口了,「海一、海二(有這樣的經歷)算是空前絕後了!」

龔國慶亦領著團隊觀測「極端氣候對海洋影響」,在三、四月東北季風強盛時,出海觀測沙塵暴對海洋食物鏈及二氧化碳吸收的情形,發現沙塵暴帶來的鐵離子可補充海洋所缺乏的微量元素,利於藻類和浮游生物生長,增加二氧化碳的吸收量。

圖右是沙塵暴為海洋帶來巨量的微量元素,特別是鐵,提升海洋基礎生產力,緩和超微浮游植物缺鐵與缺營養鹽的基因表現(圖片提供/龔國慶)。

除了春天觀測沙塵暴外,為了觀測颱風過境對海洋生態的影響,龔國慶的研究團隊整個暑假都在等待時機,一遇到東北部外海有颱風形成時,便趕在海上颱風警報未發布時出航,測颱風前海洋生態與吸收大氣二氧化碳的反應,然後在陸上颱風警報解除後,隨即在兇猛湧浪尚未平息的狀況下,再出航取得颱風後的資料,進行颱風前後觀測資料的比對。

海二遇風浪的搖晃情形,研究人員得有拚搏的精神(圖片提供/龔國慶)。

龔國慶表示,沙塵暴與颱風觀測都是發生在海象最惡劣的狀況,「但不做就不知道沙塵暴與颱風來臨時,海洋會發生什麼事情啊!」

海二克服颱風、東北季風為臺灣帶來寶貴的研究,今年九月龔國慶的研究團隊將帶同學們一起至黑潮洋流做塑膠微粒以及渦旋的觀測,一去又是九天,海二上無海水淡化器,為了省水,第五天後研究人員即使流汗,也得忍著不能洗澡,屆時又是辛苦但收穫滿載之旅。

海上儀器檢測站:海研三號

海三與海二是姊妹船,在同一年由同一造船廠製造,都負責近海研究。

海研三號以高雄港為母港,自1993年服務至今,由中山大學管理營運(圖片提供/張詠斌)。

張詠斌對海三的第一印象不算太好,從臺灣海洋大學畢業後,回到中山大學就當海三領隊,帶七天的航次。

「其實我很會暈船,頭一次上海三前兩暈到攤在床上,很不舒服,只能默想:明天會更好來撐過去。」張詠斌表示,好不容易適應海上狀況後,回到岸上又「暈路」,走路不自覺晃動,旁人看起來會覺得好笑。

海洋三號對中山海洋科學院來說相當重要。張詠斌表示,中山大學負責南海的研究,亦在東沙群島成立「東沙國際海洋研究站」,往來東沙研究工作大都由海三來協助的。此外,臺灣西南海域(墾丁外海附近)蘊藏天然能源「甲烷水合物」(可燃冰),海三有協助探勘的任務。

2018年臺法的研究團隊搭乘瑪麗杜凡號,鑽探臺灣西南海域的岩心,挖到10公分的可燃冰(圖片提供/蘇志杰)。

張詠斌表示,海三因為船小的關係,甲板空間有限,無法探鑽長達十幾公尺的地質岩芯,所以通常利用海三做前期觀測,確認地殼的成分,以及有無石油或天然氣,因為地質岩芯一鑽下去,遇到天然氣可能引爆危及船隻安全。

去(2018)年臺灣和法國的研究團隊聯合探勘西南海域,法國海洋研究船「瑪麗杜凡號」(Marion Durfresne)執行 25 公尺的岩芯採樣,首度鑽獲可燃冰。張詠斌表示,海三雖然挖不到可燃冰,但至少將把打岩芯前的功課做足了。

海三另一項重要任務,便是協助中山海下科技研究所做儀器測試。海下科技所是臺灣唯一專職開發水下載具的研究所,張詠斌表示,過往他們利用海三開發多項先進水下載具,能夠承受 3、4000 公尺的深海水壓,即時傳回海床的影像資料。

中山大學開發載具包括深海拖曳式攝影系統(ATIS)、深海拖曳式光纖探測系統(FITS)、深海視訊多管岩心採樣器(V-Corer),及視訊導引抓斗(TVG)。張詠斌表示,以往採集沈積物都是瞎子摸象,挖起來才知道有沒有挖到,現在靠著水下攝影載具,可以看到再取,大幅提升研究效率與品質。

海三協助開發的「深海拖曳式即時攝影系統ATIS」拍攝到海床泥火山噴發甲烷氣體的畫面

合體任務:意外的空難搜救

三艘海研船各自有重要的使命和任務,合體的機會少之又少,非常難得。其中一次是 2002 年澎湖空難。

當時華航客機墜海,由於海研船配備科學儀器與專業人員,三艘船遂加入搜救行動;主要利用聲納系統來搜尋機身殘骸,找出殘骸座標,以提供飛安會進行打撈。

2002 年海研船協助搜尋機身殘骸的資料新聞以及水下遙控無人載具夾起的華航機身殘骸。(圖片提供/張詠斌)

30 年來,海研一號、二號、三號陪伴許多國內學者歷經身份的轉變,自學生、講師至教授,逐步在海洋研究的領域中大展身手。三艘海研船隨著時間老舊,每年歲修、保養期逐年拉長,為了航行安全與研究計畫持續,勢必得汰舊換新。今年底和明年初,新的海研船將陸續交船,回顧感謝三艘老船的同時,也期待新海研船能帶來更豐碩的研究成果。


海研三姐妹的小檔案(資料整理/簡鈺璇)

海研一號
R/V Ocean Researcher 1
海研二號
R/V Ocean Researcher 2
海研三號
R/V Ocean Researcher 3
下水日 1984 年 1993 年 1993 年
總噸位 800 噸 295 噸 295 噸
全長 50 公尺 38.9 公尺 38.9 公尺
續航力 45 天 7 天,7 天以上可能需要限水、限電
營運管理者 臺灣大學 臺灣海洋大學 中山大學
港籍 高雄港 基隆港 高雄港
設計建造地 挪威 臺灣 臺灣
文章難易度
Suzuki
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超純社會組學生,對未知的一切感到好奇,意外掉入科技與科學領域,希望在猛點頭汲取知識的同時,也能將箇中妙趣分享給大家。