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氣候變遷下的災難須知(一):全球暖化不是你想的那樣

陳 慈忻
・2013/03/01 ・2112字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 574 ・九年級

全球暖化是今日全民的熱門議題,但科學證據不斷推陳出新,我們的了解正確嗎?我們所知道的足夠嗎?中央研究院劉紹臣院士現擔任中研院環境變遷研究中心主任,長期投入氣候變遷的研究,近年來以量化方式分析氣候變遷下的影響。這次專題,我們特別採訪了院士,從他的觀點說明全球暖化對人類社會影響,並且探討學界、政府、社會大眾在氣候變遷議題所面臨的問題。

全球暖化為何受到爭議?

劉:很少人會去爭論「現在全球正在暖化」這個現象,但是「全球暖化是不是人為的」這個命題的確有爭議性,在美國,有百分之四十的人不相信全球暖化是人類造成的。根據我的了解,即便在台灣最大的大氣研究單位,也就是氣象局的上百位的研究人員當中,真正相信全球暖化會帶來嚴重影響的大概只有百分之三十。對氣象界而言,10天以外的天氣就難以預報準確,50年、100年的氣候能預測嗎?

「全球暖化對全球生態會有很大的影響」又更具爭議性了。當媒體報導溫度增加、海平面上升,往往會選用採訪內容中較聳動的材料報導,例如:「正負二度C」紀錄片中就提到:海平面上升6公尺在本世紀,甚至近至2035年就會發生。但正式的科學刊物從來沒有提出「海平面上升6公尺在本世紀就會發生」的說法。台北海拔只有4公尺,如果真如報導所言,那麼2035年台北就淹沒了,許多氣象界的人員認為太過誇大。

以隸屬於聯合國的政府間氣候變遷委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change,簡稱IPCC)這樣一個專責研究氣候變遷的最高層次跨政府組織來說好了,他們也曾發布錯誤訊息,聲明2035年整個青藏高原冰河會融化。要知道,融雪是亞洲地區河流的主要水源,一旦冰河融化,旱災將成為更嚴重的問題。然而IPCC當時是節錄環保團體發表的期刊文章,沒有經過IPCC科學家的檢驗就公開報告,後來才對外承認錯誤並且發表更正聲明,但可惜媒體很少會關注並且報導他們後續更正的內容。

更嚴重的問題是什麼?

劉:雖然溫度和海水緩慢上升是不該忽視的,但並不是最即時與急迫的問題。極端天氣(極端氣候)的影響才是急迫的現在進行式,諸如熱浪、洪水、土石流、旱災發生的風險已經明顯增加。

以量化分析的觀念來看,全球溫度平均15度,因此15度的發生機率最高,非常冷的零下40度和非常熱的40度也會發生,只是機率低,這是一種常態分布(normal distribution)。即使溫度平均只增加1度,極端溫度發生的機率就會以倍數增加。

降雨也是同理,溫度上升1度的情況下,台灣強度前百分之十的強降雨發生的機率增加1.4倍。近一百年,全球溫度已經上升0.7度,因此台灣前百分之十的強降雨發生的機率大概增加1倍(0.7*1.4)。而越是極端強度的降雨,發生機率的增加倍數可能越大,前百分之十的強降雨增加1倍的同時,前百分之一的強降雨增加超過1倍半。

為什麼科學界未普遍接受?

劉:即便在這方面全世界至少有50篇以上的正式論文,學界接受此觀點的人也不超過一半,他們承認強降雨增加的趨勢,但是不認為極端天氣與全球暖化有直接關聯。

有些人將溫度上升視為大氣的自然週期現象,像大西洋的震盪(North Atlantic oscillation,北大西洋高緯地區與低緯地區的海平面氣壓呈現週期性異常現象)是60年的波動,現在的全球暖化有可能也只是在某個波動週期中的結果。一般而言相關性分析是不能作為因果推論,即便強降雨和全球暖化具有相關性,也有可能只是巧合,真正原因卻可能是第3者。

我們也針對緯度進行分析,發現極端天氣發生機率在低緯度地區增加更多,像菲律賓就比台灣嚴重,而相對高緯的日本則比台灣輕微。這些定性趨勢跟基本理論是吻合的,但是在定量方面,台灣前百分之十的強降雨發生的機率真的增加1.4倍嗎?目前還沒有達成共識。

我國面對天災的調適能力夠嗎?

劉:去年中央研究院發表了1份政策建議書,對於全球暖化、水資源、強降雨,建議採取一些調適措施。但政府只是當作備案而已,不一定實現於政策。

學術的建議在過去不多,平均約一年1份,目前累計7份。第1份是2008年李遠哲帶領的報告,建議政府針對全球暖化採取一些能源政策,當時藍綠雙方的總統候選團隊都採納了報告的政策建議。

長期的能源的建議,最早都是2025才會實現,是容易簽下的政治支票。然而長遠建設的成本高,短期又沒有刺激性的效果,很少政治家會真的兌現。

對於氣候變遷問題,我認為台灣目前只是參考國際組織的建議,推行節能減碳來應對全球暖化,這些在極端天氣的威脅下是不夠的,台灣需要公民監督、支持政府做防災建設的投資。

(本文原發表於行政院國家科學委員會-科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!)

延伸學習:管理極端事件和災害風險推進氣候變化適應特別報告

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陳 慈忻
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在丹麥的博士生,專長是用機器學習探索人類生活空間,正在研究都市環境變遷與人類健康的關係。曾擔任防災科普小組編輯、社會創新電子報主編。


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如何從茫茫大海中,找到戰爭遺留的深水炸彈?——海底掃雷行動

Else Production
・2022/01/19 ・2597字 ・閱讀時間約 5 分鐘

對於年輕人來說,我相信「深水炸彈」一詞並不會陌生,因為這近乎是每一個狂歡派對裡的必需品。但對於埋藏在深海裡的炸彈,大家又有沒有想過我們如何找出來?

這些未爆炸的軍備,我們稱之為 Unexploded Ordnance(簡稱 UXO),有可能是水雷,有可能是深水炸彈,也有可能是導彈。它們多數是第一次或第二次世界大戰遺留下來的產品,受到多年來沉積(即水流在流速減慢時,所挾帶的砂石、塵土等沉淀堆積起來)的影響,令它們埋藏在海床以下的地方。跟據 Euronews 的估計,單單在波羅的海亦有超過 30 萬的 UXO 埋在那裡。

二戰期間,桑德蘭水上飛機掛載的深水炸彈,圖/維基百科

你也許會問,既然都已經埋藏了,何況我們仍然要處理他們?這是因為我們會在海底裡鋪設電欖、水管、天然氣輸送管等輸送系統,假如鑽探過程中不小心觸碰了它們已產生意外,或是在完成工程某一天突然爆炸而令輸電系統中斷,後果可真是不堪設想。因此,最理想的方法便是把他們全部找出來並繞道而行,或是安排專家把他們處理。

真正的大海撈針:用磁場把 UXO 吸出來!

要找到這些 UXO,最容易的方法便是使用金屬探測的方法,但由於普遍的金屬探測器的探測範圍是不超過 2 公尺的,我們很難把探測器貼近凹凸不平的水底前行(這大大增加了磨損探測器的風險),因此我們會選擇較間接的方法:磁強計(Magnetometer)。由於大部份的彈藥外層是用鐵形成的,而鐵是對磁非常敏感的,因此我們能夠在較遠的範圍便能察覺他們的存在。當在外勤工作,我們會以兩個磁強計為一組去作探測,令我們更準備知道其實際位置及大小。讓我們看看以下例子:

圖 1:磁強計的探測結果

在圖 1 裡,假設我們知道標記「1」是一個 UXO 的位置,上圖的平行線為磁強計由左至右的移動路線,下圖為磁場沿路的變化。我們可以看見,當若果沒有任何金屬物件存在的話,兩個磁強計量度的數是相近的,亦即是該環境本身的磁場。但在 UXO 的附近,我們可以看到明顯的變化。藍色線代表航行路線的左方磁強計的量度值,燈色線代表右方,由於磁場強度會隨著距離而減少,因此很明顯這一個 UXO 的位置更接近藍色線,亦即是航線的上方。

我們可以透過兩者的差距估計其位置及大小,但為了確保其真實性,我們亦會在附近再次航行,假如也有磁場變異,這便是一個不會移動的金屬物品(撇除了船、飄浮中的海洋垃圾等的可能性)。

排除法:用側掃聲納窺探看不見的海底!

正如上文提要,磁場變異所告訴我們的,只是金屬物品的位置,但它亦有可能不是炸彈,也有可能不是埋在海床下,因此我們也會使用其他科學方法去驗證。其中一個便是側掃聲納(Side Scan Sonar) ,透過聲波反射的原理,我們可以看到海床的影像。假如海床是乾淨的,聲波傳送及接收的時間是一樣的,因此我們可以看到連續的晝面。但假如有異物在水中間或海床上,聲波便會被折射而形成黑影。讓我們看看以下例子:

圖2: 側掃聲納 圖片,紅色箭咀範圍代表沒有反射的區域,綠色箭頭範圖代表船與海底的距離 (圖片來源:Grothues et al., 2017)

看看圖 2。燈色的部份是海床的晝面,中間白色的部份是船的航道,亦是側掃聲納的盲點,而黑色的部份則是有物件在海床上方而形成的聲波折射,讓我們能夠清楚看見它們的形狀。有時候我們亦會看到一些海洋垃圾,如車胎、單車等,而在上圖的左上方,我們相信是一些棄置的工業廢料。

當然你也可以爭論,在圖左上方的物件有機會不是死物,而是一種未知海洋生物,因此我們也會進行多次的側掃聲納,如果在同一位置並不能再看到它,那麼這是生物的機率便很高。假如在磁場異變的位置側掃聲納沒有探測到任何物件,這進一步證明其 UXO 的可能性。但假如有黑影在上方,我們也會透過黑影分析其大小是否吻合,並會憑經驗分析該物品會否存在金屬。

此外,在看側掃聲納,我們也很重視在磁場異變的位置附近有沒有刮痕,因為形成刮痕的原因多數是船上作業頻繁的地方,有機會是漁船拖網的地點,也有機會是大船拋錨起錨的地方,而這些動作均有機會接觸或移動了這些潛在的 UXO,產生危機。因此,這些地方都會是我們首要處理的地方。

筆者按:假如大家想看看其他用側掃聲納發現的東西,如沉船、飛機等,可以到這裡觀看

萬無一失:Mission Completed !

當然,在取得數據時,我們也要儘可能減低人為因素而形成的影響。舉個例子,我們要確保磁強計遠離測量船,以免船上的儀器影響了磁強計。因此,我們並不會把磁強計綁在船底,而是把它們用纜索綁在船尾數十米以外的地方拖行。

另外,我們也要確保測量船要以均速航行,以確保所有數據都是一致的。最後,我們也要確保船上的 GPS 系統準確無誤,否則所有有可能是 UXO 的位置都是錯誤的。

完成以上的工序後,我們便會製作磁梯度圖(Magnetic Gradient Map),把剩餘下來的磁場變置點用其強度及大小表示出來,正如圖 3,再交給拆彈專家們處理。他們便會跟據他們的專業知識,加上該海岸的戰爭歷史,對比當時有可能參戰的國家、使用的武器及其金屬含量以找出存在的炸彈來處理。

要知道這些 UXO,單單在 2015 年在世界各地亦奪去了超過 6000 人的性命,因此這個科學命題可真是不容忽視!

圖 3:磁梯度圖。左邊是潛在 UXO 的位置而右邊則是它們的磁場強度的改變。(圖片來源:Salem et al., 2005)

延伸閱讀:

參考資料:

  1. Salem, A., Hamada, T., Asahina, J. K., & Ushijima, K. (2005). Detection of unexploded ordnance (UXO) using marine magnetic gradiometer data. Exploration Geophysics, 36(1), 97–103.  
  2. Han, S., Rong, X., Bian, L., Zhong, M., & Zhang, L. (2019). The application of magnetometers and electromagnetic induction sensors in UXO detection. E3S Web of Conferences, 131, 01045.
  3. Image scans gallery. EdgeTech. (n.d.). Retrieved January 5, 2022, from https://www.edgetech.com/underwater-technology-gallery/ 
  4. Grothues, T. M., Newhall, A. E., Lynch, J. F., Vogel, K. S., & Gawarkiewicz, G. G. (2017). High-frequency side-scan sonar fish reconnaissance by autonomous underwater vehicles. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 74(2), 240–255.

本文亦刊載於作者部落格 Else Production ,歡迎查閱及留言

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。