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當科學家也懂斗內,帶乾爹露營、登上 Science!通通不是問題!

羅夏_96
・2021/05/21 ・3320字 ・閱讀時間約 6 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

你能想像嗎?科學家透過一篇「斗內」來的研究發現,驢子不僅會自己在沙漠中挖水井,甚至會「無私分享」給大家飲用,並增加當地環境的生態多樣性1!這個讓人驚艷不已的研究近期已發表在 Science 期刊上,研究過程也非常的戲劇性,接下來,讓我們一起看看這個研究是怎麼開始的吧!

露營的意外發現——挖水井的驢子

這一切,都得從九年前開始說起。

Erick Lundgren 是亞利桑那州立大學的博士生,專門研究鳥類、哺乳動物以及河流生態系統,他經常在亞利桑那州的索諾拉沙漠附近紮營,觀測該地區的生態。

陡峭的峽谷、巨型仙人掌和胡楊,和棲息在此處的許多動物構成了索諾拉沙漠的生態景象。圖/維基百科

在一次露營中,Lundgren 在沙漠中發現了一些不尋常的「洞」,而這些洞的周圍堆滿了被挖出來的沙,就好像是有誰在刻意在此處挖洞一樣,這引起他的好奇心,於是他在洞口附近放置了幾個拍攝動物的錄影機。

幾天後,他從影像中找到這些洞的始作俑者 —— Burro。在美國,Burro 可以代表任何小型的驢子,包括居住在亞利桑那州和加利福尼亞州的一些野生驢子。

只要靠近洞口就可以發現,這些洞附近的沙子都很「濕潤」,有些的洞表面甚至會有一層乾淨的水。

正在挖洞的驢子。圖/ The Unseen Ecology of the Wild Burro

這些「洞」到底是什麼呢?在此之前,其實科學家早就知道有許多動物會自己「挖水井」,例如北美的野馬和非洲的大象,因此 Lundgren 也認為,驢子不是為了好玩而挖洞,而是為了喝水才創造出這些坑洞。

後續的影像證實了 Lundgren 的想法,在影片中,這些驢子確實會從挖好的洞中喝水。

野馬(左)和大象(右)也會自己挖水井。圖/參考資料1

不過令他意外的是,不只是驢子會來此喝水,連野馬、野豬、水牛、山羊、鹿和郊狼,都會跑來水井喝水!此外,這些「驢井」也是不少植物如木棉和柳樹喜愛的生長地。

這些發現,讓 Lundgren 想出了一個新計畫。

Wild burros digging wells,來自 Erick Lundgren 的 Youtube 頻道。

事實上,驢子(Equus asinus)長期以來普遍被美國科學界認為是「有害」的外來種,因此科學家大多關注並且研究驢子對當地植被的危害、驢子與原生物種的競爭關係。

然而,在 Lundgren 眼中,驢子所挖的驢井卻能夠讓當地不少動、植物都受惠,也就是說,驢子其實不像大家所認為的只會對環境帶來破壞,因此,Lundgren 決定開始深入了解驢井對當地生態系的貢獻。

你斗內,我研究!

2015 年,Lundgren 向亞利桑那州立大學提出研究計畫,得到研究經費後,他用這些經費買了幾台狩獵用跟蹤攝影機,並觀察到了 13 種動物到驢井飲水的畫面。

但無奈的是,這個研究計畫要觀察的區域非常的廣,也需要花費一定的時間才能看出驢井對當地生態的影響,相比起來,大學給的經費實在是杯水車薪,無法負荷如此龐大又耗時的計畫。

在申請不到更多經費的情況下,Lundgren 決定另闢蹊徑!

2016年,Lundgren 將自己的研究計畫放到美國最大的募資平臺 Indiegogo 上,希望大家能「斗內」自己的驢井生態學研究。

當然,斗內不是白給的:

  • 捐贈 150 美元,可以獲得團隊贈予的 8*10 英寸的驢子照片一張
  • 捐贈 500 美元,則能獲得 16*20 英寸的驢子照片一張
  • 如果捐贈 1500 美元,就能和研究團隊一起到野外露營,和驢井近距離接觸,而且包吃、包住、包交通!

Lundgren 在 Indiegogo 上設定的募資目標為 1000 美元(雖然他表示 8000 美元較為理想),最終成功募到了 4790 美元。

Lundgren 當時在 Indiegogo 上的募資計畫,現在上網仍能看到。圖/The Unseen Ecology of the Wild Burro

他用募資的錢購買了數十台狩獵用跟蹤攝影機,並帶著斗內的乾爹們一起去各個地點布置攝影機,而這一拍就是數年,順利蒐集了珍貴的研究資料。

只是多了幾口井,真的有那麼重要嗎?

「水資源」是沙漠生態系統內,影響生物間相互作用的重要因素,當動物沒有足夠的飲水時,牠們只能選擇直接通過食物來解決水的攝取,例如狼群會捕捉更多的獵物、食草動物會食用更多的植物。

對水的激烈爭奪會讓該地區只剩少數物種能存活,最終使該地區的生物多樣性降低。

根據 Lundgren 的研究顯示,驢井確實對沙漠地區的生態系統有很大的幫助,主要體現在幾點上:

  1. 驢井能為環境提供額外 74% 的水資源
  2. 驢子頻繁的挖井,讓動物為了獲得水資源所移動的距離減少 65%
  3. 除了驢子外,有 59 種脊椎動物會來到水井附近,其中 57 種會飲水。這些動物從鳥類到大型哺乳類都有。
  4. 比起有洪水侵襲的河岸邊,驢井更適合樹木幼苗的發芽與生長,而這些幼苗的生長未來很可能會形成小型林地,讓該區域更有能力保住水資源
驢井也是不少植物喜愛的生長地。圖/ The Unseen Ecology of the Wild Burro

Lundgren 認為,隨著驢井的出現,某些區域生物們會減少因水資源而發生的鬥爭,並讓生物多樣性上升。

為了再次確定他的假設,他觀察並比較了「有驢井」、「沒有驢井」的區域,研究結果和他的假設一致:比起沒有有驢井的區域,有驢井區域的生物多樣性多出 64%!

這代表著,動物們不僅會主動地前往有驢井的地方,驢井也會降低了生物間為了爭奪水資源所產生的矛盾,並讓生物多樣性上升,可謂「驢子挖水井,眾生物受惠。」

感恩乾爹、讚嘆乾爹!

2017 年,也就是 Lundgren 收到斗內一年後,他回到 Indiegogo 平台上發文感謝大家,他在文中表示,借助大家斗內的資金,他所收集來的資訊已經寫成四篇科學文章,其中一篇甚至被頂尖期刊 Ecography 接受、刊登。

而在這之後的四年,Lundgren 陸續補充更多資料,最終就連 Science 也刊登了這項「斗內來的」驢井綜合性生態研究。

Lundgren在Indiegogo上感謝大家的貼文。圖/The Unseen Ecology of the Wild Burro

一起為驢子正名!

在索諾拉沙漠中,這種會挖驢井的驢子其實屬於外來物種,因此當地居民和政府單位都認為牠們會破壞植被與環境,多年來,大家都一直想除掉牠們,美國土地管理局甚至會採取獵殺的方式來消滅當地的驢子。

此外,由於主流的生態學研究對外來種大多是持負面態度,因此就連科學界也不待見這些驢子。

但 Lundgren 的研究顯示,外來種並非只會對當地環境帶來破壞,這些驢子所挖的驢井不但能提供更多的水資源,更有助於穩定該地區的生態系統。若把牠們都除掉,恐怕該地區的動物們又會陷入水資源的爭奪戰,讓生態系統再次不穩定。

收斗內的作者 Erick Lundgren。圖/University of Technology Sydney

不知道看到這邊,你對這篇研究有甚麼想法?

對筆者來說,除了知道驢子會挖水井、外來種也可能對當地生態系統有正面幫助的新知識外,最讓筆者印象深刻的其實是 Lundgren 為了研究經費而想出的「奇招」。

一般研究人員面對經費不足的情況時,往往只會忍痛放棄計畫,但俗話說:「山不轉路轉,路不轉人轉。」,Lundgren 為了繼續研究而想出「收斗內」的辦法,真的讓筆者大開眼界!

很多人都以為科學家是沉悶、沒有創意的,但許多科學研究往往是研究人員一時的靈感與創意造就的,而這篇研究就是很好的體現。其實不只科學研究,在生活中有時只要我們多花點心思,也許就能開創新的道路!

參考資料

  1. Lundgren EJ, Ramp D, Stromberg JC, Wu J, Nieto NC, Sluk M, Moeller KT, Wallach AD. Equids engineer desert water availability. Science. 2021 Apr 30;372(6541):491-495.
  2. https://www.indiegogo.com/projects/the-unseen-ecology-of-the-wild-burro#/
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羅夏_96
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同樣的墨跡,每個人都看到不同的意象,也都呈現不同心理狀態。人生也是如此,沒有一人會體驗和看到一樣的事物。因此分享我認為有趣、有價值的科學文章也許能給他人新的靈感和體悟

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IPCC最新氣候變遷報告說了什麼?更熱的地球與更脆弱的人類
台灣科技媒體中心_96
・2022/03/03 ・3926字 ・閱讀時間約 8 分鐘

氣候變遷衝擊面向更廣,台灣準備好了嗎?

正當全球關注俄羅斯與烏克蘭的戰事發展時,昨(2/28)日聯合國氣候變遷專門委員會(IPCC)發布了最新氣候變遷第六次評估報告第二冊《衝擊、調適與脆弱度》(AR6 Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability),再次呼籲各界積極應對氣候變遷衝擊,並立即展開應對政策與調適行動。

該重量級報告指出,人類活動引起的氣候變遷現象,已在世界各地造成極大負面衝擊與不可逆的環境危機,危及大量的陸地與海洋物種生存,目前已有多達 33~36 億人口生存在易受氣候變遷衝擊的脆弱環境中,且氣候變遷影響不僅止於生態物種,更危及人類社會的糧食、水資源、都市及健康問題。

台灣多位專家隨之呼籲,許多過去未被注意到的風險,如心理健康、土木工程都可能遭受衝擊,台灣應重新盤點、反思各領域可能的衝擊與調適策略,以因應不斷變動的氣候變遷衝擊。近年當紅的「自然解決方案(Nature-based Solutions, NbS)」,也首次被納入 IPCC 科學報告,值得相關當局關注。

為協助台灣社會掌握最新氣候發展脈動,台灣科技媒體中心偕同財團法人台達電子文教基金會,於報告發表隔日公開本次報告完整的決策者摘要(SPM)中文翻譯,以及台灣專家回應觀點,協助相關單位制訂更適切的氣候變遷調適策略。

這份重量級報告指出,人類引起的氣候變遷,已在世界各地造成極大負面衝擊與不可逆的環境危機。圖/envato elements

第六次報告強調的重點為何?

台灣科技媒體中心舉辦記者會,邀請台灣大學生物環境系統工程學系教授童慶斌、中央大學水文與海洋科學研究所教授李明旭、銘傳大學都市規劃與防災學系副教授石婉瑜解析這份重量級報告。這份報告是整個第六次評估報告(AR6)中的第二份,關注氣候變遷造成的衝擊、風險與人類的調適發展。

IPCC 再次呼籲,應對日益增加的氣候變遷風險應即時行動。相較於第五次評估報告,本次更強調,只要升溫超過攝氏 1.5 度,對生態或是人類系統的風險將大幅升高;而且升溫越多,人類將越無法調適。

童慶斌回應報告提到的風險,指出我們應該找出具有一致性與標準性的國家評估方法、建立可靠的科學證據;並根據 AR6 氣候情境,來評估台灣未來氣候變遷下的危害地圖,才能依此做出好的調適。同時標準化的評估方法,有助於不同層級、部門一起協力,建立夥伴關係,應對個別部門很難單一處理的跨領域風險。進一步形成跨部會、跨層級的公私協力夥伴關係,並考量永續發展目標。

童慶斌也提醒「衝擊與調適」在不同部門之間可能互斥,也可能互利。例如農業部門、民生部門、工業部門都會同時面對缺水問題,目前遇到這個問題,台灣是將農業用水調給民生工業部門,但這會與糧食安全互斥。另一面向,當我們面對淹水的問題,處理好淹水也會同時減少病媒蚊滋生的環境,與公共衛生領域共利。

李明旭則指出,這次報告與第五次評估報告的最大差異,是強調全球暖化超過攝氏 1.5 度將產生的額外嚴酷風險。報告特別提醒調適與減緩之間,需要更好的權衡,並避免導致「不適當的調適」,而不適當的調適可能在解決一個氣候風險問題之後,產生新的衝擊問題,甚至進入高脆弱度、暴露與風險的困境。

這次報告強調全球暖化超過攝氏 1.5 度將產生的額外嚴酷風險。圖/envato elements

6個氣候變遷即將帶來的衝擊

1. 從氣候變遷觀察到的衝擊:

人為引起的氣候變遷,包括更頻繁、劇烈的極端天氣事件,對自然和人類造成廣泛的負面影響,且其造成的衝擊,可能超過人類與自然可調適的範圍。

a.     生態方面

全球評估大約一半的物種已經向極地或更高海拔的地區移動。極端高溫造成數以百計的物種損失,以及陸地及海洋大規模生物死亡的事件。有些生態損失是不可逆的,例如已滅絕的物種;有些衝擊接近不可逆的狀態,例如冰河退縮導致的水文變化。

b.    人類社會

(a)  糧食與水的安全首當其衝。中低緯度地區受到較大的負面衝擊,致使數百萬人面臨嚴重糧食不安全。水產養殖與漁業也受到負面影響。

(b)  人類身體與心理健康的不利影響。例如:極端高溫導致人類死亡、提升發病率;擴大病媒蚊傳播範圍;極端天氣事件造成心理創傷等。

(c)   在城市中,主要的衝擊集中在經濟與社會弱勢的居民。此外關鍵基礎設施,如交通、水、能源系統,也正在受到極端天氣事件的影響。

報告中觀察到,全球評估大約一半的物種已經向極地或更高海拔的地區移動。圖/envato elements

2. 生態系統與人類的脆弱度和暴露:

a.     生態

全球僅不到 15% 的土地、21% 的淡水、8% 的海洋屬於保護區,且多數保護區缺乏降低氣候變遷影響的管理制度。預計世界上大部分的森林、珊瑚礁和低窪沿海地區,會受氣候影響而退化或損失。

b.    人類社會

大約 33-36 億人生活在極易受到氣候變遷影響的環境中。西非、中非、東非、南亞、中南美洲、小島嶼國家、北極地區是人類高度脆弱的熱點。

大約 33-36 億人生活在極易受到氣候變遷影響的環境中。圖/envato elements

3. 近期(2021-2040)風險:

在近期全球升溫就可能達攝氏 1.5 度,將會造成多種氣候災害增加。在近期自然和人類系統的氣候風險,取決於脆弱度與暴露程度,而非排放情境。與暖化加劇的情境相比,將升溫限制在1.5度可以大幅減少自然和人類的損失,但不能完全消除。

4. 中長期(2041-2100)風險:

2040 年後,氣候變遷的風險與全球暖化的程度高度相關。

a.     生態

估計在全球升溫攝氏 1.5-2 度間,生物多樣性熱點地區的特有物種的滅絕風險至少翻倍;如果升溫幅度為攝氏 1.5-3 度,則至少增加 10 倍。

b.    人類社會

在中長期所有評估中,暖化程度越高,可使用的水資源風險及水有關的危害程度越大;糧食生產和取得的壓力增加;熱浪的暴露人口持續增加;城市、關鍵基礎設施的風險增加,預計如果全球平均海平面相較於 2020 年上升 0.15 公尺,遭受百年一遇洪災的人口會增加 20%。

5. 氣候變遷的衝擊與風險越來越複雜、越來越難以管理。

多種氣候災害同時發生,且氣候與非氣候的風險交互作用,將導致新的衝擊與風險。

6. 暫時超出攝氏 1.5 度的風險:

目前的推估模型對於這個路徑的評估有限。但暫時超過攝氏 1.5 度仍會造成部分低恢復力的生態系統,如極地、山區、沿海生態系不可逆的影響。

我們該如何提高氣候韌性?

報告中,針對氣候韌性提出四大重點:

  1. 各個國家地區基於資源、脆弱度、文化價值的差異,選擇不同的排放情境,導致實現氣候韌性發展的機會之窗正在迅速縮小。
  2. 當政府、民間社會和私部門做出以減少風險、公平和正義為優先的發展選擇,且決策過程與資金都有跨部門的合作,最可能實現氣候韌性發展。
  3. 鑑於氣候變遷對生態系統與生物多樣性的威脅,保護生物多樣性與生態系統,是發展氣候韌性的基礎。
  4. 毫無疑問,氣候變遷已經擾亂自然與人類系統。未來十年採取的社會選擇與行動,決定了在中長期路徑上氣候韌性的高低。重要的是,如果當前不迅速減少溫室氣體排放,特別當升溫超過攝氏1.5度,氣候韌性發展的前景,將會越來越有限。

李明旭認為,這份報告不斷提到「包容式的治理過程」,強調資訊公開、決策透明。同時需建立夥伴關係、減少調適的軟性限制,透過政策工具與組織制度,建立促進調適發展的重要基礎。同時這次的報告強調「未來十年,人類的行動將會決定未來我們要面對多少風險」,且與 2030 永續發展的目標緊密扣連。

石婉瑜提到與過去相比,AR6 採用新的框架評估與討論氣候風險。從人類社會、自然生態與氣候,三個系統的依存關係與交互作用,尋求達成氣候韌性的方法。石婉瑜指出,傳統的系統經常造成「不永續」與「氣候變遷」,因此這份報告強調人類與生態系統的永續、公正轉型,以及各種系統的創新轉變。

圖/envato elements

石婉瑜強調都市化是全球的趨勢,全球大部分的人口居住在都市中,而越來越多的城市暴露在高氣候風險之下,因此「城市」的氣候科學與調適已經是 IPCC 的關注焦點。石婉瑜認為報告中所指不當調適、災害風險不均、氣候正義問題,值得決策者重視,且須納入各類知識與族群參與規劃。此外以生態系統為基礎的「自然解方」,首次被納入 IPCC 報告的城市調適策略,未來台灣規劃調適策略與氣候韌性路徑時,也應列為核心考量。

延伸閱讀

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就是韌性——有機農業對水逆境的調適力
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/08/06 ・3282字 ・閱讀時間約 6 分鐘

本文由 中興大學有機農業推動中心 委託,泛科學企劃執行

近年來,氣候變遷成為人類面臨的最大挑戰之一,當氣候異常的狀況層出不窮,嚴重影響經濟、生態等層面,各類型產業皆遭受不同程度的損失。

氣候變遷已然成為現在進行式,備受自然條件限制的有機農業可以怎麼做呢?

根據美國有機貿易協會(Organic Trade Association, OTA)報告( Knuth et al., 2020),有機農業可以透過栽培管理,減少溫室氣體排放、儲存大量的碳,幫助緩解及應對氣候變遷所造成的影響。而有機栽培管理的調適策略到底是什麼?

氣候變遷成為人類面臨的最大挑戰之一。圖/Pixabay

利用大數據找出「天時地利人和」的作物

首先,在資訊日漸發達的時代,有機栽培管理也須仰賴新技術支持,其中 Big Data 便是一大重點,隨著氣候快速變遷,靠天吃飯的農業與氣象的關係也越來越密切。利用中央及各地區的農業資料,例如可耕地面積、主要作物及產量等,結合氣象、水資源等數據,相互整合後便能夠建立預測模型,提供監測及預警機制,應變未來可能發生的氣象災害,降低生產風險。此外,也可以藉由了解當地的土壤狀況、水資源灌溉情形,與過去累積的農業氣象數據相輔相成,並考慮市場供需及農民技術,找出「天時、地利、人和」的最適栽種作物。

把草留下來,就能把水留下來?

今年(2021)前半年,臺灣遭遇號稱百年最大乾旱,中南部連續好幾天不下雨,其實從去年開始,2020 年夏秋兩季便沒有颱風登陸,水庫進帳甚少,而看老天爺臉色吃飯的農業更是直接受到強烈衝擊。據之前中央研究院環境變遷中心的乾旱研究指出,在氣候變遷之下,直到本世紀中,未來臺灣北部河川供水能力降低,甚至,北部地區的農業用水缺水率可能超過 40%。

2021前半年,臺灣遭遇號稱百年最大乾旱,中南部連續好幾天不下雨 。圖/Pixabay

在面臨乾旱逆境時,作物生理機制會因應環境產生改變,產量跟生長速度也會下降,而各種作物的需水量也不盡相同,因此「如何將有限的水使用地更有效率」成了氣候調適策略的一大課題。除了運用前述的 Big Data,以科學數據為基底精算作物需水量外,田間操作也有把水分留在土壤裡的絕招,例如以稻稈、玉米桿等覆蓋土表,減少水分散失;或者採用「不整地栽培」,因為不整地可保有土壤中的有機質,而有機質的保水能力比土壤強;而對於長期作物,把草留下來,也就是所謂的「草生栽培」,根據實驗結果,草生栽培有助於減少地面水分蒸發,草長大後將其割下留著,也可以拿來覆蓋土表,增加土壤有機質含量,當然,還是要依據作物選擇適合的草種並適度管理,對於土壤保水力以及增進地力都有相當的效益。

「減肥」還能減緩溫室氣體排放?

農業生產所釋放的溫室氣體,大多來自土壤施肥所釋出的 CH4、N2O,總量比其他產業還多,因此我們若能夠減少施肥,便能減緩溫室氣體排放對氣候變遷造成的影響。而重視環境友善的有機農業,在使用有機農業允用的肥料前提下,要如何施肥才不會過量呢?

想要減少施肥,我們需要先思考如何讓土壤「保肥」,當土壤能夠有效率地將養分留住,當然就能夠「減肥」。其中,增加土壤膠體(soil colloids)便是一個方法,土壤膠體可分為無機和有機,無機膠體為黏土礦物,除非刻意換土或施加,否則不容易改變,而有機膠體是「土壤有機質」,概略來說,就是土壤中含碳的、從生物來的物質,則是可以人為添加的。土壤有機質不僅能夠提供植物養分,也讓許多土壤裡的生物能夠賴以維生,在田間建立活絡的食物網,同時這些生物也能夠間接將農夫施加的氮素固定在生物體,不會流失得太快,藉由這些消費者的參與,產生固氮、固碳的正向循環,而這些生物死後的殘骸也繼續為土壤提供有機質,讓土壤中的養分生生不息,進而降低用肥量。

土壤中的生物能夠間接將農夫施加的氮素固定在生物體,讓養分不會流失得太快。 圖/ pexels

地球上的所有生物,都是「互相」的

以上這些的有機農業調適策略,其實在臺灣就有成功的例子,就是獲選為聯合國里山社會生產地景案例的——臺中市「公老坪社區」。社區的農業以果樹栽植為主,果園主要種植柑橘、柿子,最需要水的季節便是冬季,但果園前的溪一到冬天就乾涸,水資源不足的情況下,在過去只好不斷抽取地下水,但地下水屬於公共財,這也造成了水分配不均的問題。後來,透過中興大學、農試所等各機構與地區合作,運用生態工法及里山的自然資本經營模式,共同創造經濟及社會價值。

他們建立生態農塘,提供水生昆蟲、蝴蝶等物種棲息,並以太陽能作為抽水站的動力來源,社區建立了一套機制決定水資源的分配。而在水質檢測方面,除了監測導電度、溶氧量和 BOD 值外,而在河川裡也有一些指標物種,例如臺灣特有種的臺灣石「𩼧」(Acrossocheilus paradoxus),只要水裡的 BOD 值過高,或者有農藥、肥料等便無法存活。

另外,他們也運用平腹小蜂作為害蟲荔枝椿象的生物防治方法,並推廣草生栽培,以種植紫花藿香薊防治蟲害,目前草生栽培的面積占已達總體的 90%,增加土地自然涵養水源能力。後來社區更是開發出自己的有機產品,除了原本的水果外,因為使用有機農法,他們可以將柿子的葉製成「柿葉茶」,將有瑕疵的柑橘果類,加工作成果乾以及柑橘軟糖,為有機農業的成果加值。除了提高生物多樣性以及產業價值外,社區也開始發展觀光及舉辦工作坊,希望將友善環境的主張和他們的經驗傳遞給更多人。

左圖為公老坪生態水池改善前,灌溉用蓄水池及周邊環境狀況。圖/臺中市公老坪產業發展協會
右圖為改善後,優化蓄水池與生態及友善環境空間地景適性經營。圖/行政院農業委員會水土保持局

在氣候環境日漸嚴峻的今天,隨著各產業技術越來越發達,善用這項優勢並學會與環境共榮共存,是這個時代重要的趨勢,畢竟地球上沒有任何一個物種能夠獨立於其他生物生存,在生態系統為我們服務的同時,人類也應該作出改變,為生態服務,而倡導友善環境的有機農業便實踐了這個概念。

【2021有機農業促進論壇8/18日登場

主題:就是韌性-有機農業對水逆境的調適力

活動詳情:https://lihi1.cc/mEgDT

報名連結:https://reurl.cc/MA59yL

* 將於活動前寄發線上直播連結
* 主辦單位保留活動內容調整之權利
* 本活動為免費參加
* 若有其他疑問,請電04-22840145#22洽詢,或寄信至 info@oapc.org.tw

參考資料

  1. 臺灣未來的乾旱問題與因應。「臺灣乾旱研究:變遷、水資源衝擊、風險認知與溝通計畫」,中研院永續科學研究計畫(2016-2018)。
  2. Knuth, B., DeBates, M., Mirenda, J, & Shade, J. (2020). Advancing Organic to Mitigate Climate Change. Washington, DC: Organic Trade Association.
  3. 56年來最大乾旱03》不犁田更保水!如何把有限的水,送到最需要的作物?│ 上下游
  4. 大旱來襲農業氣象的big data在那裡?
  5. 未來氣候情境模擬,考驗農業韌性- 農業知識入口網
  6. 科學家種田實驗給你看 王巧萍:土壤要大減肥 讓生物幫你固氮才是王道│上下游
  7. 過了這次乾旱還有下次!臺灣不容樂觀的水資源困境──專訪許晃雄
  8. 郭雅紋. (2014). 草生栽培對粘板岩沖積土壤碳匯和葡萄調適極端天氣之影響. 臺中區農業改良場特刊, 135-139.
  9. 臺中市公老坪 獲選為聯合國里山地景社區
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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過了這次乾旱還有下次!臺灣不容樂觀的水資源困境──專訪許晃雄
研之有物│中央研究院_96
・2021/07/12 ・4976字 ・閱讀時間約 10 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

本文轉載自中央研究院研之有物,泛科學為宣傳推廣執行單位。

  • 採訪撰文|陳亭瑋
  • 美術設計|林洵安

臺灣在 2021 前半年面臨嚴重的乾旱,中南部水情見紅,讓在地居民相當憂心。這次乾旱是否就是氣候變遷的結果?中研院環境變遷研究中心許晃雄特聘研究員指出,氣候系統極端複雜,不宜驟下結論。那麼,科學家是如何評估氣候的?首先需要處理複雜運算的「地球模擬器」,而許晃雄就是「臺灣地球系統模式」的主要推動者。如何用氣候模式看待乾旱?透過研之有物專訪一起瞭解。

「長期來看,未來下雨的情況,臺灣的水資源、自然災害的情況都容不樂觀。」許晃雄認為,依據氣候變遷推估的情境,雖然本次為號稱百年一遇的大旱,但未來類似的旱象極可能更加頻繁。圖/研之有物

未來還會有乾旱嗎?

佇立在桃園石門水庫的土地公廟與酋長石,隨著枯水期蓄水吃緊,奇景完整浮現在遊客面前;旱象之下日月潭持續乾涸,手機、車牌、乾隆年間的墓碑以及邵族沉沒的大型獨木舟也陸續在潭底被尋獲。

2021 前半年,臺灣遭遇號稱百年最大乾旱,中南部連續「好天氣」未有降水。事情要回到深受疫情影響的前一年,2020 的初夏梅雨少落,夏秋颱風罕見地過門不入,翻年受高壓影響春雨只走了個乾巴巴的過場。解除旱象始終要看老天爺的臉色,而推估未來的氣候走向,則是中央研究院「環境變遷研究中心人為氣候變遷專題中心」的核心任務。

「長期來看,未來下雨的情況,臺灣的水資源、自然災害的情況都容不樂觀。」中研院環境變遷研究中心特聘研究員許晃雄認為,依據氣候變遷推估的情境,雖然本次為號稱百年一遇的大旱,但未來類似的旱象極可能更加頻繁。今年的旱象應該視為水資源管理的重要警訊,提醒臺灣全體及早為了氣候變遷做出適當的因應。

規劃因應對策之前,首先當然需要了解在氣候變遷的情境下,臺灣的氣候將面臨哪些變異與變遷。自 2010 年起,以中央研究院環境變遷研究中心為核心,在科技部的支助與中研院的支援下,聚集臺灣多所大學的研究人員,組成了「氣候變遷研究聯盟」,以建立臺灣氣候變遷模擬與詮釋所需的關鍵能力。除了自行研發改進「氣候模式系統」,也利用此模式研判氣候變遷與極端天氣未來將帶來的衝擊。

科學家如何「算計」氣候系統?

氣候模式是什麼?又如何估算未來氣候狀況呢?

「(氣候模式系統)有點像是用電腦語言建一個『地球模擬器』,電腦基本上可以模擬我們觀測到的現象,比如說大氣、環流、海洋、水循環、雲。」許晃雄說明,透過將地球在水平方向切割成數萬個網格(每格約 60~100 公里)與垂直方向數十層,就可用超級電腦進行模擬、計算出每個網格的氣候狀況。

許晃雄表示,全世界目前有約 40~50 個「地球模擬器」,但還沒有公認模擬或推估能力最完善者,各單位的成果各有長處與短板。現階段如聯合國政府間氣候變遷專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)撰寫氣候變遷評估報告的時候,通常會採用類似「多數決」,同時使用多個模式,以多模式模擬和系集模擬(ensemble simulation),獲得重要的預估資料。

現有的諸多氣候系統模式均投入了許多科學家的努力,但離完美模擬還有很長的一段路要走。由地球科學的角度來說,地球可以被分成大氣、冰雪、水、陸地、生物等五項子系統,這五項系統的交互作用,都會影響地球的氣候。因此考慮這些子系統間相互影響的物理過程,根據物理、熱力、化學定律組成的方程式,編寫成電腦程式,就可以在超級電腦上模擬大氣、陸地、海洋隨時間的變化。但是,全球氣候模式的解析度仍不夠精細,每格網格大小為數十到百公里,在此一尺度上,無法處理較小尺度、但極重要的物理過程(如大氣輻射、對流、氣膠、雲等),都需要將之以參數簡化,這也造成不夠精確的氣候模擬結果。

「像是在原本的氣候模式裡面,很難定義『一朵雲』。」

許晃雄說明,區域天氣中很重要的雲朵、地形輻射等因素,在原本的參數裡都難以精準呈現。而這也是許多科學家持續努力的目標,在此,臺灣的研究團隊自然也沒有缺席。

臺灣「氣候變遷研究聯盟」團隊在有限的人力物力之下發展「臺灣地球系統模式」(Taiwan Earth System Model,TaiESM,解析度約 100 公里, 無法模擬颱風),以既有的美國國家大氣研究中心「社群地球系統模式」(CESM1)與美國海洋與大氣地球物理動力實驗室「高解析大氣模式」(HiRAM,解析度約 25 公里, 可以解析颱風)為基礎,再納入臺灣特有研究專長的模組,改善大氣物理參數化,以及海洋模組的調整。

舉例來說,TaiESM 的特色之一,即是納入臺大大氣科學系自行研發的「雲與氣膠」模組,在運算中大幅改善了對於氣膠與雲的微物理交互作用的模擬能力;還有中研院環變中心的三維地形對太陽輻射的吸收,雲量的模擬與對流的啟動機制;此外關於海洋模組,中興大學發展出「海氣交互作用」模組,對於一維雪、冰、海洋模組有極高的解析度,並且耦合全球大氣模式後,可以成功呈現許多氣候模式都無法恰當模擬的熱帶「季內振盪」(Intraseasonal Oscillation,ISO),其對於全球天氣氣候影響僅次於聖嬰現象。

氣候模式系統有點像是用電腦語言建一個「地球模擬器」,模擬我們觀測到的現象。氣候模式系統會將地球在水平方向切割成數萬個網格(每格約 60~100 公里)與垂直方向數十層,因此模擬所需計算量龐大,需要用超級電腦計算出每個網格的氣候狀況。圖/研之有物

許晃雄分享,雖然「臺灣地球系統模式」建置的研究人力與資源遠不如國外相關的團隊,但已在短短的十年間獲得不錯的成果。近年已經加入世界氣象組織轄下世界氣候研究計畫中的「耦合模式比對計畫」(Coupled Model Intercomparison Project,CMIP)第六期計劃,臺灣成為少數有能力模擬與推估長期氣候變遷的國家,並且將貢獻相關成果給全世界。TaiESM 還有不少需要改進的地方,但是與全球數十多個模式評比發現,TaiESM 模擬現代氣候的表現與全球領先的地球系統模式相比,並不遜色。

複雜就是臺灣氣候系統的特色

當然,人為氣候變遷專題中心研究團隊也被大眾期待要處理在地議題,而模擬臺灣附近的氣候系統,本身難度就較世界其他地方高一截。「臺灣屬於亞洲季風區,全世界的季風區中,最複雜的地方。在這個區域中,有多重尺度的交互作用必須要同時處理。」許晃雄說明。

臺灣的天氣氣候深受颱風跟季風的影響,但這兩者有尺度上有一定的差異,但彼此間又會有複雜的交互作用。颱風本身會影響大尺度的環流,從而影響季風系統;反之季風系統的情況,本身也會影響颱風的生成。臺灣剛好位在歐亞大陸與太平洋的交會點,海陸分布很複雜,處於多個系統的交會點,也就很容易受到遠方的氣候因子影響。

如今年的旱象,起源自去年度氣溫較高,太平洋副熱帶高壓強,海面上生成的颱風弱而生命期短;也有研究指出,去年度印度洋海溫破紀錄,的確有可能會影響太平洋颱風生成;而在氣候變遷的情境下,印度洋的確是海溫升高速度最快的洋盆……此間的關係錯綜。許晃雄提醒,氣候系統極端複雜,雖然有些現象與推估類似,但原因不同,不宜貿下結論認為本次的臺灣大旱都是由氣候變遷所導致。

「大氣是連續的,臺灣(的天氣)會受到外面季風、氣候變化的影響。」既然無法自外於世界的變化,那就要盡力打造自身的研究能力。而未來的終極發展方向,將朝著「無接縫天氣氣候預報系統」持續發展,打破傳統將大氣現象依據時間空間尺度區分的概念,這就是氣候模擬與推估研究的終極目標。

乾旱與高溫:氣候變遷對臺灣的衝擊

有了所需的研究工具,面臨無可避免的氣候變遷趨勢,臺灣將會遭遇哪些高風險狀況呢?

首先當然還是跟民生息息相關的降雨變化。環境變遷研究中心結合科技部「臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台(TCCIP)」計畫合作,在中研院永續科學中心的支助下,2018 年完成的研究「臺灣乾旱研究:變遷、水資源衝擊、風險認知與溝通計畫」在結果中就指出,北臺灣未來(2040 – 2060)春季乾旱可能會變得更嚴重,民生與農業用缺水率會顯著增加。

TCCIP 研究推估臺灣未來的降水變遷,也發現降水時期的不平均會更極端,枯水期越乾,豐水期越濕;枯水期不下雨的天數增加,乾旱時間可能延長;而豐水期則降雨強度變大,面臨豪雨或暴雨更嚴重的狀況,反而可能加劇淹水與土石流的威脅,對於蓄水設備(如水庫淤積)造成更大的負擔。

「臺灣的乾旱通常不是特別嚴重,通常是幾個月就過去了,跟澳洲美國那種大陸型乾旱不一樣。」對於大家容易遺忘水情常岌岌可危,許晃雄舉例,2002 – 2004 年就斷斷續續有過旱災,連大臺北地區都經歷分區供水。但由於災情通常能在梅雨季或颱風季獲得緩解,旱象少有超過一年,也因此較不容易留在大家的記憶中,珍惜水資源的意識也因此較為薄弱。

但實際上,臺灣特殊的地理環境導致雖然降雨不少,但水資源管理相對辛苦,以石門水庫為例,每年至少要補充四次。研究也指出,臺灣 2 到 4 月的春雨往往是第一期稻作重要的灌溉水來源,因此春雨期間降雨的多寡,攸關當年度的水情與農作。前述研究的氣候模擬顯示,臺灣在世紀中春雨的降雨量預估將減少 13.2%,連續乾日會增加 55.7%,北臺灣未來的乾旱情況可能會更加嚴重。

另一個臺灣很可能面臨的氣候變遷情境,是高溫

相關研究均指出,臺灣未來平均氣溫的升高是無法避免的。過去百年間,臺灣的氣候已經由冬天長夏天短逐漸轉變為夏天長冬天短,推估未來夏季可以長達 150 天,「熱浪不會是很多個斷斷續續來,會是只有一個,以現在的標準,未來整個夏季都是熱浪。」許晃雄描述臺灣將進入「炙熱的世界」。

根據許晃雄先前的氣候模擬報告顯示,臺灣在世紀中春雨的降雨量預估將減少 13.2%,連續乾日會增加 55.7%,北臺灣未來的乾旱情況可能會更加嚴重。圖/研之有物

先充分了解衝擊,再進行調適策略規劃

氣候變遷已迫在眉睫,那麼我們該如何對此做出因應?

許晃雄表示,現階段應該盡快完成有關氣候變遷衝擊影響的研究,才適合進一步研擬調適策略。氣候變遷影響的層面非常廣泛,對於環境、農林漁牧、公共衛生、健康、生態等領域,都很可能造成明顯衝擊。但現階段對於這領域相關研究內容仍不夠充足,對於「衝擊」沒有充分的認知,就貿然進行「調適」的規劃,恐將事倍功半。

舉例來說,之前環境變遷研究中心「乾旱研究」即已指出,未來臺灣北部主要集水區的雨量在春季減少得最為明顯,因此受氣候變遷影響,直到世紀中,北部的缺水率最多將超過 20%,甚至北部農業用水的缺水率可能超過 40%。如此的衝擊認知仍然較為粗略,更詳細來說,在缺水情境下,哪些領域將受到最嚴重的衝擊,都還需要更細緻的研究。

「以前在(氣候變遷)討論的內容是自然科學,現在討論的方向,已經滲透到人類生活每個層面裡面去,這個是相當不同的地方。」

曾於 1997 年與魏國彥教授合著出版《全球環境變遷導論》的許晃雄浸淫在此議題中幾十年,他表示氣候變遷議題,已經廣泛到影響所有人,所有人都應當參與。關心相關議題不需要拘泥於科系領域,不管是數理化、工程、生物、健康、環境、經濟、社會科學,只要學有專精皆有可發揮之處。在不久的未來,我們必須要在各方面技術上與制度上有突破性的進展,在節能減碳的同時,也能因應氣候變遷帶來的衝擊。

氣候變遷的議題廣泛而影響深遠,將帶來許多衝擊改變。但若能及早因應面對,臺灣未嘗不能透過各種新發展化危機為轉機。

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研之有物│中央研究院_96
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