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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
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一天散失兩個浴缸的水!氣候變遷下大象的缺水危機
阿咏_96
・2020/12/19 ・2545字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 522 ・七年級

今年夏天,非洲南部發生連續大象死亡事件,事發地點波札那 (Botswana) 是非洲野生大象的最大棲地之一,過去 2 個月以來卻發生了神秘難解的大象死亡潮——境內有超過 350 隻大象不明死去,且出現前肢與胸部前撲的死法。

波札那發生連續大象死亡事件,且 70% 事發地點位於水源附近。圖/REUTERS

近期波扎那政府調查出造成大象死亡的原因——水中藍綠藻 (cyanobacteria) 產生的毒素。藍綠藻在世界各地都能見到,主要生長在封閉、靜止且富含營養的水體中,有些藍綠藻會產生毒素,一旦被人類或者動物吸入吞嚥、甚至滲入皮膚等,可能導致腸胃道問題,甚至嚴重到癱瘓、死亡的情形,而波札那的大象被認為正是因此集體喪命。

而藻類的大量繁殖好發在溫暖、富含營養鹽的水體,科學家擔憂,全球暖化問題可能會導致此種情況持續發生。

看完這則新聞,讓人不禁好奇,野生大象平時活動需要攝取多少水份?除藍綠藻毒素的危險之外,氣候變遷之下牠們還會受到什麼影響呢?

大象每日需要的水很多嗎?

事實上,因為體積大,大象對水分的每日需求的是其他哺乳動物的好幾倍,而除了進行正常生理功能的每日需水量,大象會利用水蒸發來濕潤皮膚,且象皮的滲透性會隨著季節改變,通常夏季時會比冬季時大,也就是說,氣溫升高時,水分蒸發的速度越快。

大象的皮膚蒸發水分損失 (CEWL) 與氣溫 (T air) 的關係。黑線為非洲象,灰線為亞洲象。圖B為在乾燥環境中,皮膚水分散失隨氣溫上升而增加的趨勢。圖/ 原始文獻4

而作為陸地上最大的哺乳動物,非洲象 (Loxodonta africana) 不論在野外或被圈養,牠們都面臨著特殊的生理挑戰。非洲象被認為是能夠較長時間待在缺乏水源的環境,在野外,他們每天活動的範圍大約 8~12 公里,而在乾旱氣候下,牠們大多圍繞著水源進行活動。

然而根據預測2,未來非洲南部的氣候會變得更乾燥、更炎熱,而且乾旱的地區可能還會擴大,隨著全球氣溫的攀升,生活在野外的大象對水的需求將會更高,但隨飲水坑的乾涸以及富含水份的植物逐漸減少,水只會變得越來越少。

既然大象每天需要好幾百升水,那氣候變遷會對他們造成什麼影響呢?

一天內散失兩個浴缸的水量

在北卡羅納州動物園 (North Carolina Zoo) 裡 ,一位保育生物學家科林·肯德爾 (Corinne Kendall) 帶著他的研究團隊,觀察五隻非洲象長達三年時間。

他們將一種氫的穩定形態同位素——氘[1] (2H) 以精確劑量,注射到餵給大象的乾麵包裡,而氘會被體液稀釋,並且可以在動物的體液裡追蹤。科學家在餵氘後的十天內定期抽取血液樣本,每次紀錄剩下的量,這樣可以知道大象體內水分消耗的速度。

結果發現,在較涼爽的季節,平均每日氣溫在 6 至 14°C之間,雄象平均每天散失 325升的水,但若溫度上升到 23至24°C 左右,每日散失的水分就會達到 427 升,有時甚至高達 526 升,差不多等於兩個浴缸裝好裝滿的體積,佔牠們體內總水量的 10%。

看到這裏,或許你會覺得,大象體型那麼大,每天散失這樣份量的水,也是情理之中吧?

這時就需要拿其他動物來比比看了:首先,在炎熱的環境中,我們人類每日大概會消耗 3 到 5 升的水份,佔體重的 5%;而比我們再「大隻」一些的馬,每天大約散失 40 升水,約佔體重的 6%。

而根據這項研究的合作者杜克大學生態生理學家麗貝卡.林巴赫 (Rebecca Rimbach) 表示,在溫度上升後,一頭大象在一天之內就失去了近 9% 體重的水分。這可是陸生動物有史以來最多的每日失水量!

溫度每上升1°C,散失水分增加身體總水量的1%。圖/原始文獻1

但對於生活在野外的非洲象,活動量大,且有時白天氣溫超過 40°C ,還需承受太陽輻射所帶來的高度熱負荷,因為棲息地的氣候不同,野生非洲象對水分的需求可能還更大。

如果要避免散失超過體重 10% 的水分,非洲象大約需要每兩到三天喝一次水,而這個結果也符合在野外觀察到的現象:在乾旱季節,非洲象每次喝水的時間間隔很少超過三到四天,而且牠們在旱季的移動速度也比較快,推測可能是想盡量減少在水和食物來源之間的行進時間。

非洲象通常由母象帶領,成群移動。圖/flickr

不只是水的問題這麼簡單!

法國動物園 (ZooParc de Beauval) 的大象行為研究人員穆洛特 (Baptiste Mulot) 則認為,這些發現對動物園大象來說意義不大,因為牠們通常「過著養尊處優的生活」。但是沒有參與這項研究的他,卻為野生大象擔心。他說,氣候變遷之下,缺乏飲用水可能會導致出生率降低、大象寶寶的牛奶減少以及脫水導致的死亡。

有大象行為學家表示,水資源的匱乏可能會惡化野外大象與人類在資源上的衝突。當大象突襲農作物或破壞地下水基礎設施時,所引發的暴力衝突,對兩物種而言都可能造成致命的傷害。

穆洛特還說,南部非洲日益乾燥和炎熱將影響不同動物的水需求。面對全球變暖、資源競爭加劇,我們正在淘汰整個區域的所有動植物物種。

野生大象面臨的生存危機可能在氣候變遷下加劇。圖/flickr

氣候變遷可能會讓生活在非洲南部地區的野生大象面臨更大的水資源壓力,可能會影響大象遷徙路線,進而導致與人類的衝突,這可能會對已經十分脆弱的族群造成負面影響。

註解

  1. 氫的一種穩定形態同位素,又稱重氫,元素符號一般為 D 或 2H。 它的原子核由一顆質子和一顆中子組成。 在大自然的含量約為一般氫的 7000 分之一。

參考資料

  1. Pontzer, H., Rimbach, R., Paltan, J., Ivory, E. L., & Kendall, C. J. (2020). Air temperature and diet influence body composition and water turnover in zoo-living African elephants (Loxodonta africana). Royal Society Open Science, 7(11), 201155.
  2. Collier, P., Conway, G., & Venables, T. (2008). Climate change and Africa. Oxford Review of Economic Policy, 24(2), 337-353.
  3. 350隻大象之死:非洲波札那「大象死亡潮」的詭異謎團
  4. Dunkin, R. C., Wilson, D., Way, N., Johnson, K., & Williams, T. M. (2013). Climate influences thermal balance and water use in African and Asian elephants: physiology can predict drivers of elephant distribution. Journal of Experimental Biology, 216(15), 2939-2952.
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保護善於儲碳的紅樹林
陸子鈞
・2011/04/04 ・851字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 533 ・七年級

一項新的研究指出,分布在印尼及太平洋的紅樹林,鄰近的土壤中,有較多碳,其存碳量可能超過以往的估計。砍伐佔熱帶森林面積不到1%的紅樹林,可能釋放的碳高達全球因為森林砍伐而釋出碳量的10%。

雖然過去已經有估計過不同類型的熱帶森林所儲存的碳量,但紅樹林卻被忽略,即使紅樹林分布超過一百個國家。舉例來說,破壞熱帶泥碳地會釋出約四分之一所有砍伐森林所釋出的二氧化碳量。而紅樹林在過去半世紀以來,因為開發、濫伐及沿海養殖,而消失了50%的面積,所以估計其固碳能力,在擬定減緩氣候變遷策略時,非常重要。

為了要估計紅樹林的含碳量,生態學家J. Boone Kauffman和他的團隊,橫跨了密克羅西尼亞、印尼及孟加拉,共調查了25個紅樹林樣點。這南北30緯度,東西73經度的區域內,有超過全球紅樹林的40%面積。

研究團隊調查了河口及沿岸紅樹林地表及地底的儲碳量。結果發現,紅樹林的儲碳量,比溫帶或熱帶高地森林還多,尤其是地下30公分內的有機層。此外,和沿岸紅樹林相比,在河口的紅樹林有較厚的地下層,可儲存超過70%沿岸紅樹林的碳量,且約為大洋區含碳量的50%。

將研究結果與全球資料比對,科學家估計,全球紅樹林的固碳量,約是熱帶泥碳林的25%。以目前紅樹林消失的速率估計,每年因為紅樹林消失所釋出的碳量,可能達到泥碳林消失所釋出的40%。

耶魯大學的海岸生態學家Shimon Anisfeld認為,這項研究,是量化及了解紅樹林生態系固碳力的重要里程碑。雖然,這研究缺乏詳細的地理差異,像是土壤深度,也忽略了沿岸紅樹林鄰近森林,或是土地利用對於二氧化碳從土壤釋出的影響…等等,這些因素可能使我們高估了紅樹林的固碳力。

不過,加拿大麥吉爾大學的海岸生態系專家Gail Chmura認為,這項研究對於全球保育行動有重大的影響,能為國際間擬定計畫,提供資金給開發中國家保護紅樹林,以減少全球二氧化碳排放。生態學家Robert Jackson補充提到,「紅樹林對於生物多樣性、海岸穩定度及固碳而言,非常重要。根據這項研究,我們有更多正當理由去保護紅樹林」。

資料來源:NatureNews: Carbon-rich mangroves ripe for conservation [3 April 2011]

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陸子鈞
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Z編|台灣大學昆蟲所畢業,興趣廣泛,自認和貓一樣兼具宅氣和無窮的好奇心。喜歡在早上喝咖啡配RSS,克制不了跟別人分享生物故事的衝動,就連吃飯也會忍不住將桌上的食物作生物分類。

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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

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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