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南極臭氧洞影響全球暖化?

李柏昱
・2013/11/04 ・1698字 ・閱讀時間約 3 分鐘
2013年8月的臭氧洞影像,藍色與紫色代表臭氧濃度最低的地區。科學家預估到2032年,南極的臭氧濃度將回復至1980年的水準。(圖片來源:Credit NASA Ozone Watch/Goddard Space Flight Center)
2013年8月的臭氧洞影像,藍色與紫色代表臭氧濃度最低的地區。科學家預估到2032年,南極的臭氧濃度將回復至1980年的水準。(圖片來源:Credit NASA Ozone Watch/Goddard Space Flight Center)

南極的臭氧層破了個洞,這大家都知道。全球氣候正在逐漸暖化,大家應該也都聽膩了。不過如果說臭氧層破洞會影響全球暖化呢?看似無關的兩者間究竟有什麼關聯?氣候變遷造成自然災害的規模跟頻率增加,這點大家漸漸具有共識。但災害的分布並不平均,工業發展程度低,溫室氣體排放量也低的非洲南部國家反而成為自然災害頻仍下最大的受害者…

故事從天上的一個「大洞」開始

臭氧(Ozone)是由3個氧原子構成的分子,與我們呼吸所需的氧氣(兩個氧原子)不同。臭氧如果出現在地表,會被歸類為空氣污染物,對人體會造成頭痛、刺激呼吸道等負面影響。然而位於大氣平流層(stratosphere),離地約19至31公里高空的臭氧層,則是地表生物不可或缺的防護罩,能將大部分致命的太陽輻射吸收。

而在1980年代,科學家發現南極上空的臭氧層出現破洞,1年當中以南半球的春天,也就是9至11月時破洞最為嚴重,部分地區的臭氧濃度甚至減少70%。追根究柢,科學家發現臭氧洞是由當時廣泛使用於噴霧劑、冷媒中的氟氯碳化物(chlorofluorocarbons, CFCs)所導致,故在1987年的蒙特婁議定書中,全球全面禁止使用氟氯碳化物,臭氧洞才獲得控制。

臭氧洞與全球暖化

臭氧洞的出現,代表有更多的太陽輻射能抵達地表,造成南極地區能量分布產生變化。藉由電腦模擬,科學家發現臭氧洞會影響南極上空的噴射氣流(jet stream),讓雲層形成的位置更往南極靠近。由於大氣中的雲層能反射太陽輻射,雲越往高緯度移動,所能反射的太陽輻射就越少;換句話說,地表接收的太陽輻射隨之增加,導致地表增溫。

不過,臭氧層破洞直接導致的地表增溫幅度,與溫室氣體完全無法相比,臭氧洞在全球暖化中所占的比重極小。但是臭氧洞還是會間接透過影響南半球的風場與高低壓,造成南半球氣溫的改變。

臭氧洞影響非洲南部增溫

在最近一份針對非洲南部氣溫變化的研究中,便指出臭氧洞與暖化之間的關聯。非洲南部的平均氣溫在過去20年內顯著上升,尤其每年初夏時節,氣溫升高的幅度最為明顯。原先科學家歸咎於溫室氣體,但是氣候模型卻指出溫室氣體的影響應該是全年一致,不會因為季節而有所變化,這表示非洲南部暖化的原兇另有其人。

於是科學家比對了非洲南部在臭氧洞出現前後的氣象觀測資料,發現臭氧洞會影響南半球風場,並增強位於非洲西南沿海的安哥拉低氣壓(Angola Low),導致赤道較為炎熱的空氣往南吹往非洲南部。

「臭氧洞在非洲南部的氣候增溫中扮演重要的角色。」該研究計畫的主要作者德斯蒙德(Desmond Manatsa)說。根據氣象觀測資料,臭氧洞出現後非洲南部的平均氣溫上升了攝氏1度,而且初夏較大的增溫幅度也與當季臭氧層破洞較大的狀況符合。

在2012年,歐洲的科學家已經證實臭氧洞正在縮小,但是隨著全球溫室氣體的排放,未來南半球的天空將上演一場拔河比賽,結果將決定噴射氣流與雲層會更靠近赤道還是極區。究竟會如何演變誰也說不準,科學家需要對臭氧洞與全球暖化間的交互作用有更為透徹的了解,才能更為精確地評估南半球,甚至是全球的暖化速率。在台灣,儘管原因不同,災難承受者也多半是社經地位較低者,如提高弱勢族群的災難應受及調適能力,必然是將來防災應變的重點。(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

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!

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李柏昱
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成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。

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關鍵時刻能救命,與時間賽跑的地震預警系統發展史

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/09/23 ・2852字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部氣象局 委託,泛科學企劃執行。

位處在歐亞板塊和菲律賓海板塊交界 ,臺灣每天都有許多地震發生,可以說是生活的日常。每隔數月或數年就會發生的中大型地震,更是災防安全的一大威脅。

最近幾年,在有感地震發生後、地震波來襲之前,你的手機很有可能會收到下面的訊息:

國家級警報

[地震速報 Quake Alert] MM/DD HH:MM 左右 ○○ 地區發生 ○ 型有感地震,慎防強烈搖晃,氣象局。Beware of probable shaking. CWB

資料來源/地震測報中心

這個能夠在地震波來襲前出現的「災防告警訊息」,全稱為「災防告警細胞廣播訊息」,是利用「災防告警系統(Public Warning System,PWS)」及「細胞廣播服務(Cell Broadcast Service,CBS)」發布地震速報。

災防告警訊息提供的地震速報,雖然在盲區外的多數時候,能比地震的搖晃感來臨前再快一點點讓我們收到,但它並不是地震預測,而是「地震預警」。中央氣象局利用遍布全臺的高密度地震測站收集地動資料,在地震發生時,藉由震央附近地震站的訊號,即時解算地震資訊並迅速發出預警。

地震預警的主要功能,是在地震發生後數秒內,演算出預估地震的基本參數,包括預估震源位置深度、強度,並推估受影響地區將遭遇的震度與震波抵達時間,爭取在破壞性震波抵達之前,對可能發生災損的區域提出警示。

可別小看這短短幾秒鐘的警示,足以左右生死、讓人員離開危險的位置尋求掩護,停下精密的作業(如工業廠房或醫院),也能讓高速運行的交通運輸系統自動減速或停駛,大幅減少中大型地震可能造成的災害,保障人民生命與財產的安全。

地震預警系統的原理

這幾秒鐘珍貴的預警時間,是多年來地震預警技術及通訊設備精進的心血結晶,以電波與地震波「賽跑」搶出來的。

每次地震發生後,能量會以「地震波」的形式從震源開始往外傳播。科學家大致將地震波分成分別為 P 波S 波P 波傳播的速度較快,也是地震測站最早收到的訊號;S 波速度較慢,但為地震破壞力的主要來源,而地震預警系統便是根據這兩者計算出地震的各種參數。

在得到最初預估的地震參數之後,地震預警系統會推估各地的震度,如果達到預設門檻,就會自動發布,利用電波將地震預警訊息傳送到可能致災的區域,以利當地防災應變。舉例來說,模擬顯示 1999 年發生的 921 集集大地震,以現今的地震預警科技,北可有 31-35 秒的預警時間,可大幅減少人員傷亡。

不過,地震預警系統畢竟得在收到地震波資料後才能進行運算,過往的預警系統對於鄰近震央 40 公里內的區域幾乎趕不及預警,這個區域就被稱為「盲區」。盲區是強震即時警報無法避免的科學限制,但靠近震央的區域又是震度最強、災害最嚴重的區域,如何將地震速報的盲區最小化,也將是未來相關技術發展的目標。

地震預警發布的管道與門檻

除了藉由手機發送災防告警訊息,地震速報還有好幾個重要的通訊管道。自 2014 年起,中央氣象局即開發傳訊軟體,在預估地震規模達到 4.5 以上、預估震度達 3 級以上時,直接透過既有網路及通訊系統,將強震即時警報傳送至公務部門、公共設施、醫院、學校單位。舉例來說,學校單位如收到警報,將自動串連廣播或跑馬燈,第一時間向師生宣布警訊。

除了公部門,中央氣象局還積極推動「地震資訊傳遞服務契約」,將社會服務量能發揮最大化,透過專線 IP-VPN 與警報傳遞單位(電信公司及大眾媒體)進行連線,在各個媒體渠道轉發地震速報,而這個部分還可以由合作單位依需求自行設定「需要通知的震度門檻」。

自 2016 年 8 月起,中央氣象局即與電視台合作,當預估地震規模達 5.0 以上,且預估震度達 3 級以上時發布蓋台訊息。這些不同的訊息傳遞機制,希望達成的目的是相同的:將地震預警的資訊,在最短的時間內,傳達到會受影響的人手上。[註1]

而近年來,能夠在地震發生的 10 秒內就發出地震預警,完全是地震觀測網加上資訊、通訊技術,多年來持續累積發展的成果。

臺灣的地震預警系統

1999 年 的 921 大地震,當時中央氣象局在 102 秒內發出地震速報,速度已經令當時全球地震觀測相關單位感到驚訝,但仍緩不濟急,預警效果十分有限。

事實上,中央氣象局在 90 年代初期已開始發展「強地動觀測網」,自 1992 到 2021 年,每期五年、共五期的長期前瞻計畫,從第一期建置「都會區強地動觀測網」,主要廣泛收集台灣各地的強震資料,並提供給工程與防災研究團隊研擬修正建築物耐震設計規範。後續的延續性計畫中,逐步建置地震速報系統、發展強震即時警報系統,其後並持續建置海底地震儀與深井地震監測站,優化地震海嘯監測。

近期重點放在提升觀測的資料品質、增進系統功能、基礎資料的累積,並且拓展地震預警系統在防災的運用。中央氣象局自 2012 年起啟用 24 位元地震觀測系統,整合過往各個獨立的觀測網,包括短週期、地震速報、寬頻、井下地震觀測網及全球即時地震觀測資料,使地震測報進入聯合觀測的時代。

自 2020 年 4 月 6 日起,地震預警的發佈時間已經縮短至 10 秒內,地震盲區也縮小至震央 30 公里以內,中央氣象局地震測報中心更宣告推動「都會區強震預警精進計畫」,要在四年內將都會區的地震預警發佈縮短到  7  秒以內,長期規劃更是希望藉由大數據統計,將時間再縮短到 5 秒內。

事實上,臺灣自行開發的地震預警系統已是全球前段班,未來也將持續運轉,日夜守望每次臺灣的地牛翻身!

參考文獻

註解

  1. 地震預警發布的門檻會依需求與情況做調整,此處以撰文時間為主。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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