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重溫2012(四)知颱才能治颱

陳 慈忻
・2013/03/02 ・1778字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

颱風自古至今都是台灣的常客,即使到了人類科技最先進的2012年,我們已經有足夠的因應能力來避免颱風災害了嗎?或著更根本的,我們認識颱風嗎?台大地理環境資源學系的黃誌川助理教授的研究專長是水文地形作用,他與文化大學的研究團隊針對颱風路徑與災害分布的相關研究也獲邀刊登國際一流水文期刊。這次專題,黃誌川教授帶我們重新認識我們最熟悉的陌生人「颱風」,探討台灣面對風災應掌握的重點,並釐清大眾易產生的迷思。

颱風之島

台灣有2,300萬人,人口密度超過每平方公里600人,這也代表著我們對災害的承受度較低且需要比較高的防災規格,因為財產與人命的損失和人口密度是相關的。

我們每年平均降雨大約有2,510毫米,這些降雨除了提供水資源、提供植物生長所需之外,還有1個很重要的功能是「夷平山地」,減緩造山運動帶來的地勢增高。

台灣在造山運動帶上,每年高度成長平均有8至10公釐。但是對照實際高度算起來卻沒有以10公釐逐年增加,原因就是降雨侵蝕與風化作用將地形夷平,台灣各地被夷平的速率是每年2.0~8.6mm。這樣的高山與旺盛的侵蝕作用不但提供了高度位能,陡峭的坡度則提供了物質移動的速度,台灣坡度30%以上的面積就佔了58%,坡度30%已經是很陡了,加上雨量的條件,使得台灣的土石流作用非常快。

颱風來的時候特別容易淹水,不只是雨量的因素,還包括了海平面因低氣壓壟罩、承受大氣壓力小而上升所造成海水倒灌、洪水宣洩不易的影響。像是2008年的莫拉克颱風中,高屏平原就被淹沒了四分之一,淹了1層樓高,也就是3,000毫米。如果把近十幾年的經濟與相關設施損失算出來,每年大約超過300億,而颱風數多的年份,像是2005年來了8個颱風,造成的損失就更大。

旱澇分明

台灣颱風帶來的總雨量增加是確定的,不過科學界對成因還沒有共識,有人說是因為颱風數量增加了;有人說個別颱風的強度增加了;也有另一派說法,認為是颱風移動的速率變慢了,造成颱風帶來的總雨量變多。

如果我們看全台灣在全年的降雨,其實年雨量沒有太大的變化,但不同區域有其個別特色,像是北台灣年雨量些微增加、西南部些微減少、東部持平,全台灣其實平均起來沒有增減。

如果全台灣的年雨量其實沒有增加,但是每年颱風帶來的雨量卻增加了,代表什麼呢?很簡單,非颱風季節沒有雨,颱風來的時候下大雨。

從空間上,若根據資料將2001年後10年的最大日降雨畫出來,我們很驚訝的發現情況非常不平均,幾個地方需要特別注意:平溪、高屏溪河谷延伸到阿里山、石門水庫上游的雨量最多,1天可以超過600mm的情況普遍存在,在經費有限的情況下,防災應先從承受壓力最大的地方開始防災。

迷思一:氣象預報看起來颱風越來越大?

颱風路徑圖其實展示的不是颱風形狀。觀看路徑圖,剛開始只有一個點的時候位置是很確實的,但是預測時間越長遠,誤差就越大,所以圓圈就會變大。因此這張圖應該被當成颱風中心的機率範圍,而不是颱風大小的呈現。後來的圓心不是代表颱風眼,而是預測颱風最高機率出現的位置,但不少人單看圖會誤以為颱風越來越大、最後甚至壟罩整個台灣,但事實上颱風最大的直徑大約一兩百平方公里,頂多半個台灣。

迷思二:氣象預報都不準?

所有東西都測不準,但是這麼說很難讓大眾接受。在風險評估時,都會設定安全係數,如果拉高1.5倍,也就是將誤差的影響降低,在誤差範圍內都要防災,雖然會耗掉防災成本,但是有機會可以避免較大的災害損失。

曾經有1個實驗,邀請很多專家共同參與1個題目的決策,使用3天前的預測結果,決定水門要不要開:水門拉開要花8,000元,並且必須付出4,000元的成本來清理下游;若不開,且水沒有淹過水門,就不用付出任何成本,但是萬一淹過,要付的代價是20,000元,最後發現所有專家的決策居然各半,無法統一。

不確定性遠不止如此,有的時候危害都市就不會危害農田,有時候危害農田會危害都市……種種條件下,科學能做的還是有限,但以風險評估的角度來看,能救到1次就回本了。

(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:Huang, J.C., Yu, C.K., Lee, J.Y., Cheng, L.W., Lee, T.Y., Kao, S.J. (2012) Linking Typhoon Tracks and Spatial Rainfall Patterns for Improving Flood lead-time Predictions in Mountainous Watershed, Water Resources Research.

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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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你聞過下雨的味道嗎?讓我們一同探究它是怎麼產生的吧!

椀濘_96
・2022/05/04 ・3083字 ・閱讀時間約 6 分鐘

夏日雨季來臨,下雨前及正在下雨時,總能聞到一股特殊的氣味,濕濕的又有點清新,但大多時候卻不太喜歡,聞起來反而像霉味,甚至臭臭的,而我們總說那是「雨味」。

你是否也曾好奇過,這個形容不出、抽象的「下雨的味道」,究竟是怎麼產生的呢?

夏日雨季來臨總能聞到一股特殊的氣味,我們總說那是「雨味」。圖/Pixabay

最美的的英文單字 —— Petrichor 的由來

在經過漫長的乾旱季後,雨水落在乾燥土壤上時,混雜新鮮泥土與青草的氣味,這股聞起來令人愉悅舒爽的初雨清香,就叫 —— Petrichor。

撇除這樣優美浪漫的文學意涵,Petrichor 本身是個術語,專指下雨的氣味。

Petrichor 一詞首次出現在 1964 年的《自然》(Nature)期刊中,由兩位澳洲的 CSIRO(聯邦科學與工業研究組織)研究人員 Isabel Joy Bear 和 Richard G. Thomas 所創造。

該單字是由兩個希臘字「petra」以及「ichor」所組成;其中 petra 為岩石、石頭,而 ichor 則為希臘神話中神的血液。(聽起來就超厲害的!)

「岩石的血液」實際上是被大地吸收的植物油脂

而在該篇論文中,Bear 與 Thomas 揭露了令世人好奇許久「雨味」的來歷。顧名思義,Petrichor 一詞表明了此氣味來自於岩石內的液體,源自於兩人在實驗中證實,這個味道就是植物在乾旱期間分泌出的油,隨後這些油則被泥土、岩石吸收了。在乾旱時,油脂與泥土、岩石表面的其他化學物質相互發生作用,等到雨季來臨時,多種組合物的氣味被釋放出來。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。中文則將 Petrichor 譯為「潮土油」。

然而礙於當時技術尚未發展成熟,兩人尚未分解出該植物油脂的組成成分。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。圖/Pixabay

隔年(1965 年)Bear 與 Thomas 在《自然》上發表了另一篇關於 Petrichor 與植物生長的論文。

在長期處於乾旱或沙漠條件的地區迎來降雨時,植物種子萌發的反應會較迅速。因此兩人以此觀點帶入假設:該氣候條件普遍有利於 Petrichor 的累積,並從黏土(有黏性的泥土,內含多種礦物與金屬元素)和其他矽酸鹽礦物中釋放,兩者作為土壤的成分,似乎有可能伴隨著 Petrichor 內的一些物質,其可能對種子萌芽產生有利的影響。

然而,根據兩人實驗觀察,發現並非如此。

根據實驗結果所示,從礦物中提煉出的 Petrichor 顯著延遲了水芹、芥菜等種子的發芽和生長。此外,發現播種在濕潤後、原先為暴露在溫暖乾燥大氣條件下之材料的種子,與播種在未暴露或使用前已先經蒸氣蒸餾和烘乾之材料上的種子相比,發芽需要更長的時間、生長的速度更慢。

雨的味道其實細菌也有出一份力

在 Petrichor 一詞還未出現時,當時人們把下雨的味道形容為「泥質的氣味」( argillaceous odour) ,以表達下雨時所散發出的味道是來自土壤。

泥土中除了植物分泌的油外,還有細菌,也為「雨味」做了貢獻。

在土壤中的放線菌(Actinomyces)和鏈黴菌(Streptomyces),他們的代謝副產物——二甲基-9-烷醇(Dimethyl-9-decalol),該化學物質存在於孢子表層,並帶有泥土氣味,稱為土霉味(geosmin)或土臭素。那麼我們又是怎麼聞到土霉味的呢?

放線菌在長時間的乾旱時,代謝活動的速度會較慢;而在乾燥的環境下,細菌則製造孢子以利生存。當下雨前空氣轉為潮濕,泥土也變得濕潤,這能讓放線菌的代謝活動加速,因此也產生更多土霉味;等到下雨的時候,孢子因雨滴彈到空氣中,潮濕的空氣攜帶孢子飄散,便使我們聞到了土霉味。

孢子落在潮濕的土中則會變成菌絲的形態,土壤乾燥後又形成孢子,下雨時又再一次發生上述的過程,如此循環。

2010 年,麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology , MIT)研究雨滴對土壤的影響時,也進一步分析出了 Petrichor 的產生機制 。實驗觀察後發現,當雨水落在土壤時會釋放被困在液體中的氣體——氣溶膠(aerosols)粒子,而這些粒子會與前面提及泥土中的放線菌等細菌、植物分泌的油相互作用,在雨滴衝擊下,進而迸發出我們所聞到的下雨的味道。

閃電分解氧氣形成臭氧也是其中一個味道來源

還有臭氧,也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。

閃電的高能量會將大氣中氧氣(O2)分解成獨立的氧原子(O),其中一些重組為一氧化氮,接著又與其他大氣中的化學物質發生反應,有時會產生由三個氧原子組成的分子——臭氧(O3)。因雷暴[1]的下沉氣流將臭氧從高處帶到接近地面的高度,使我們能聞到淡淡的、像是漂白水的臭氧氣味(也有人形容像青草味),預告著大雨來襲。

除此之外,弱酸性雨水和地面物質發生反應、雨後植物揮發的精油等,與雨滴、空氣相互作用後,都是產生氣味的來源。

閃電也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。圖/Pexels

雨的味道可能暗示著某些訊息嗎?

這些被天氣攪動所產生的氣味,都可能傳遞著某些訊息。

有微生物學家認為,土霉味可能可以幫助駱駝找到通往沙漠綠洲的路,而駱駝則作為放線菌孢子的載體,幫助其散播。

至於人類,昆士蘭大學的人類學家對澳洲西部沙漠中原住民的文化做了調查研究。在當地,夏季之前來的第一場雨相當重要,濕潤的空氣混合了潮濕的樹葉油脂、尤加利樹、動物糞便和灰塵的氣味,而雨水能為袋鼠、鴯鶓[2]等動物解渴,沙漠也增添了幾分綠意。對他們而言,雨的氣味與綠意、生機有關,被認為是保護和清潔,也將世人與祖先聯繫著;學者將此稱之為「文化聯覺」(cultural synesthesia)。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。心理學家觀察到,儘管人類似乎對這些氣味沒有天生的反應,但我們確實會將之與自身的經歷聯繫起來。大雨可能帶來了潮濕、發霉的回憶,便不太喜愛雨味;對另一部份的人而言是淨化和提神的,從炎熱的天氣中解脫,大地也因雨水洗滌而有了生機、煥然一新。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。圖/Pexels

下雨時的味道不單單只由一個事件構成,它很複雜、很多元,每個單獨氣味的背後都有著一套機制,說起來,不單單只有生物學,還搭配著物理學、化學、心理學等,在多方交織下而有了豐富的解釋和體驗。

待下次下雨時,你就可以和身旁的人問起:「你知道下雨的時候為什麼會有味道嗎?」

註解

註 1:雷暴指一種產生閃電及雷聲的天氣現象,通常伴隨著滂沱大雨。
註 2:鴯鶓(Dromaius novaehollandiae),別名為澳洲鴕鳥;是現存世上第二大的鳥類。僅分布於澳洲,為國徽上的動物之一。from wikipedia

參考資料

  1. 潮味、土味、青草味 有沒有聞到下雨的味道?——科學月刊
  2. Nature of Argillaceous Odour
  3. Petrichor and Plant Growth
  4. Aerosol generation by raindrop impact on soil
  5. Why you can smell rain
  6. Storm Scents: It’s True, You Can Smell Oncoming Summer Rain
  7. Why Does Rain Smell Good?
  8. 為什麼下過雨之後,地上會有個怪味?

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椀濘_96
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喜歡探索浪漫的事物; 比如宇宙、生命、文字, 還有你。(嘿嘿 _ 每天都過著甜甜的小日子♡(*’ー’*)