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東北亞也有颱風?三十年來強度變更高

陳妤寧
・2014/05/01 ・1154字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 542 ・八年級

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文 / 陳妤寧

反聖嬰現象時的沃克環流,東南信風會將東太平洋溫暖的海水帶向西太平洋,赤道西太平洋就出現溫暖潮濕的低壓區,造成熱帶氣旋及雷暴等天氣現象。(圖片來源:Wikipedia, Jeffreyjhang)
反聖嬰現象時的沃克環流,東南信風會將東太平洋溫暖的海水帶向西太平洋,赤道西太平洋就出現溫暖潮濕的低壓區,造成熱帶氣旋及雷暴等天氣現象。(圖片來源:Wikipedia, Jeffreyjhang)

2014年1月,(IOPscience) 刊載了韓國首爾大學3位教授的一份研究,這份研究指出這三十年來襲擊中國沿岸、日本和韓國的颱風強度有顯著的增加,由於海洋表面升溫和大氣環流模式在沿海的變化,使得颱風更能夠從南海循海岸而上,這意味著在它們抵達東北亞時,它們已經累積了較過去更多的能量,成為了更具威力的大型颱風。

這份研究囊括了5組從 1977 年到 2010 年之間橫跨西北太平洋的熱帶氣旋演進資料,研究發現颱風開始在南海非常靠近沿岸的地區生成,使得它們積聚了超乎以往的巨大能量。研究者也發現了在東南亞地區,例如越南和台灣,颱風強度在過去三十年來則沒有顯著的改變。

除了西太平洋海表在過去三十年有顯著升溫之外,這份研究也將颱風強度的變化歸因於沃克環流(Walker circulation) – 太平洋上的一股和聖嬰現象息息相關的大氣環流。近赤道的太平洋海表溫度並不平均,西太平洋較東太平洋為暖。沃克環流在這三十年來增強了西太平洋和東太平洋間的海表溫度差異,氣壓差異進一步形成了信風帶,最後間接促使熱帶氣旋往東北亞前進。

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雖然這份研究只計算了自然的變數,包含了海表升溫和沃克環流三十年來的演變,但這份研究也預言由人類引發的氣候變遷同樣會強化侵襲東亞的颱風強度。首爾大學的教授何昌熙(Chang-Hoi Ho)表示:「在全球顯著增加的溫室氣體同樣會提昇海表溫度,並且改變西北太平洋上的大氣環流,這些因素會以同樣的方式增強侵襲東亞的颱風強度。未來恐怕會有更多災難性的強颱侵襲東亞地區。」

何昌熙教授也表示,研究的下一個階段目標是以氣候模型來預測未來颱風在這些地區登陸時的強度。

(本文由科技部補助「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

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本文原發表於行政院科技部-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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陳妤寧
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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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如果台灣這麼大,還會有聖嬰現象嗎?
陳柏成 (Po Cheng Chen)
・2017/06/16 ・2965字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

圖一,改自 Wikimedia 世界地圖。

你有沒有想過,如果台灣比我們想像的大很多,那麼世界會因此而改變嗎?答案是,會!而且影響的層面非常的廣。近日這個熱門話題起源於PTT論壇上一位網友的問卦,而其他厲害的網友們也紛紛作出分析,甚至拍成影片,告訴我們若存在想像中的臺灣洲,究竟會發生哪些有趣的事。

不過你可知道,如果「大臺灣」真的存在的話,改變的將不只是島內生態與文明,甚至包含我們看待某些氣候的方式,其中聖嬰現象就是一個例子。這次就讓我們來思考一下,如果臺灣這麼大,對聖嬰現象將會造成什麼影響。

何謂聖嬰現象?

在說明「大臺灣」如何影響我們看待聖嬰之前,先來初步認識這個有趣的大尺度氣候。聖嬰現象(El Niño),從字面上來看,我們可以容易聯想到與耶穌基督的關聯。事實上,在早年位於祕魯地區的漁民們,便發現每當聖誕節前後,都會捕不太到魚,且海水相對平時來的溫暖,而後便將這樣的氣候變化,以西班牙語稱之為「聖嬰」(El Niño)。那麼為甚麼當這樣的現象發生時,當地的魚群會減少呢?其中關鍵原因便在於湧升流(upwelling)。

湧升流如圖二所示,為受到表層風的吹拂,進而產生由下向上的水流。對於魚群來說,湧升流的存在,可以幫助牠們獲取不少來自深水的營養物質,而這些營養物的來源,主要來自於海表面有機物的沉降,並進一步分解成硝酸鹽及磷酸鹽分布於深水層。因此,湧升流的存在便可將這些營養帶至表面,最後形成富饒的漁場供漁民捕獲。

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圖二、湧升流示意圖。當風將上層水團帶走後,進而造成底層水向上補充,形成湧升流。圖/wikipedia

可是,當聖嬰現象發生時,漁民發現捕不太到魚了,其理由在於湧升流效應減弱,造成魚群缺乏食物來源而難以聚集成漁場。那麼為甚麼湧升流會減弱呢?其中一個關鍵原因便在於東風減弱。

東風的減弱與太平洋東西兩側壓力場變化有所關聯,同時也與海洋的交互作用密不可分。從圖三我們可以注意到,當聖嬰現象發生時,暖池(Warm pool)[1]有往太平洋東側移動的趨勢,太平洋兩側高低壓會發生變化(東側降低西側升高),並且海洋中斜溫層(Thermocline)[2]的存在深度也會有所改變。

圖三、正常年與聖嬰現象發生時的大氣對流變化。圖/wikipedia

註[1]:一般指的是熱帶西太平洋及印度洋東部多年平均海表溫度在28℃以上的暖海區。

註[2]:水溫在水體內部沿垂直線方向下變化幅度劇烈的水層。

如果臺灣變超大會怎樣?

接下來就是有意思的部分:通常要了解聖嬰現象是否發生,我們可以依據量測氣壓變化,或是海表溫度(Sea Surface Temperature, SST)來一窺究竟;然而這些方法,都將會因為臺灣變成超大而受到影響。

首先是量測壓力的部分,一般科學家常以南方震盪指數(Southern Oscillation Index, SOI)來表示,概念為將大溪地(Tahiti)月平均的地表氣壓減掉達爾文(Darwin)的地表氣壓。所以當聖嬰現象發生時,由於太平洋東側氣壓降低,西側升高,我們便可以發現SOI指數會比平時來得低。

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圖四、達爾文、大溪地及假想臺灣洲的相對位置。圖/修改自wikipedia

那如果……台灣變成巨無霸大洲。注意到了嗎? 大溪地整個被臺灣吃掉了!也因此原本的南方震盪指數將無法計算,除非我們在臺灣洲的台東國架站,才有辦法彌補原本大溪地的觀測位置。

既然量測氣壓走不通,下一個可以嘗試的便是利用海表溫度變化。根據定義,科學家將赤道太平洋Niño3.4(170°W~120°W, 5°S~5°N)範圍內的海表面溫度距平值進行五個月的移動平均與標準化,當連續六個月以上超過0.4°C的話,便可判斷為聖嬰年,反之低於0.4°C即為反聖嬰年

圖五、聖嬰現象海溫指標區域,以及假想臺灣洲的相對位置。圖/修改自International Research Institute for Climate and Society

不免俗的,讓我們再次看看臺灣巨大化之後會碰上甚麼麻煩。從圖五中我們可以注意到,臺灣洲根本佔據了指標區域的一半以上,也就是說,科學家將無法透過海表溫度的變化對聖嬰進行觀測。

很遺憾的,在受到臺灣劇烈膨脹後,兩個主要的聖嬰觀測指標便失去效力,也就是說,我們將難以透過量化的方式來了解聖嬰現象。

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那麼聖嬰現象還是否會發生?

本質上,依據觀測及理論,聖嬰現象為一個大氣與海洋的交互現象,且發生位置主要位於熱帶太平洋海域;也因此,一旦這個巨大化的臺灣影響到大氣、太平洋或是之間的耦合機制,都將足以影響聖嬰現象的存在。

首先我們從海洋的角度來看。膨脹的臺灣就如同將太平洋一刀兩斷,也就是無論洋流走向或是大尺度的海洋波動(例如Kevin wave等,都將受到很大程度的影響,而這些都和聖嬰現象背後的動力機制密不可分;而若以大氣的角度來看,考慮巨大臺灣洲是等比例放大的臺灣,那麼中央山脈將會是一道非常宏觀的高牆,甚至足以抵擋信風的吹拂。一旦海洋上空大尺度範圍的風場受到影響,便意味著大氣環流會進而有所改變,這一些都極有可能影響聖嬰現象的產生。若我們從定義的角度,由於先前量化聖嬰的指標,無論是SOI或是ONI,在受到大臺灣的影響下都已失去效力,因此在無法量化的條件下,除非我們再發展一套新的指標,否則就無法評估聖嬰現象是否發生。

不過無論如何,巨大臺灣洲畢竟只是一個想像。事實上,若今日的臺灣有如此龐大,無論是島上物種或是人類文化演變,都將是前所未有的新樣貌;若再思考「大臺灣」的形成,我們甚至要改寫教科書對於全球板塊分布的描述,地球歷史也將會是個嶄新的故事。

當然啦,若該故事成真,最先抗議的民族應該就是夏威夷人了,畢竟夏威夷島可就再也不會出現在這個世界上了!

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參考資料

  1. [問卦] 如果台灣是這個大小 會變怎樣?
  2. El Niño & La Niña (El Niño-Southern Oscillation)
  3. Southern Oscillation Index (SOI)
  4. Oceanic Niño Index (ONI)
  5. Trade winds
  6. 聖嬰奧秘
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陳柏成 (Po Cheng Chen)
12 篇文章 ・ 5 位粉絲
熱愛自然科學,曾擔任PanSci實習編輯,現於美國夏威夷大學就讀博士班。如有任何問題,歡迎來信:consciencecpc@gmail.com

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極端降雨最近才有嗎?紅檜告訴你
陸子鈞
・2015/02/01 ・1371字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

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最近全台水情拉警報,但是去年夏天南部地區才因為豪雨停班停課。這些極端降雨是最近幾年才出現的嗎?成功大學生命科學研究所的碩士生陳信豪,利用紅檜樹輪中的穩定氧同位素,重建了台灣過去480年來的降雨。他的研究結果顯示,與歷史氣候相比我們正面對長期乾旱的挑戰。

科學家一直想知道,近年來的極端氣候在長期尺度中是否屬於「正常範圍」,但是人類有系統地記錄氣象也不過200年歷史,台灣更是在20世紀後才開始累積長期的氣象資料。因此,重建古氣候就是許多科學家努力的目標。

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2015年的動物行為暨生態學研討會中,陳信豪發表了他如何利用紅檜樹輪的穩定氧同位素,來重建台灣過去五百年的降雨。樹輪有很高的時間解析度,很適合作為重建古氣候的材料。紅檜是台灣霧林帶的代表性樹種,霧林帶則是台灣主要的生態系之一,高度依賴穩定的水氣條件,更是中低海拔的重要水資源庫,因此雲霧森林長期的氣候變動具有重要的生態意涵。

陳信豪在台東中海拔山區鑽取了72棵紅檜共106根樹芯,每根樹芯在處理之後於顯微鏡下鑑定年份。接著再取下部分樣本送至名古屋大學,測定氧同位素(δO)的比值。一般來說,水分子中的氧多為δ16O,只有少部分是較重的同位素δ18O。樹輪中δ18O比值取決於根部吸收的水分以及植物的蒸散作用。氣候乾旱時,來源水的δ18O比值變重、植物蒸散作用加強,植物體內的δ18O比值就越重;當年輪中δ18O比值較重就表示當時降水較少,環境較乾,因此能根據氧同位素的比值推斷出過去每年紅檜生長季-4月至9月的氣候變化。

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處理樣本得長時間在顯微鏡底下操作,很需要耐心與細心,不過陳信豪提到,最喜歡的就是上山採樣,「可以充分享受林野生活,看到了不少野生動物水鹿、黃喉貂等等。」因為也不是一己之力能夠完成,所以也很感謝一起分工的夥伴。

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鑽取樹芯

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採集到的樹芯

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利用顯微鏡一一計算樹芯的年次

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在比對氣候因子後陳信豪發現,樹輪氧同位素比例的變化與近50年來台灣4月至9月的降雨記錄非常相關,再以此建立模型推估過去480年來台灣的降雨。比照世界氣象組織(WMO)以30年間距統計氣候變化,陳信豪指出「近30年是過去五百年來,平均降雨量最少且極端事件最多的時段!」綜觀過去五百年,極端乾旱或降雨不是沒有發生過,但是連續又相對的乾旱狀態卻很罕見,「我們的霧林帶生態系正面臨極大的壓力!」

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1533年~2012年的降雨記錄重建。藍點是極端降雨年分,紅點是極端少雨年份。

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以30年為間距的極端降雨次數以及平均雨量

此外,陳信豪進一步指出,同位素比例與東太平洋海水表面溫度有顯著相關,意味著聖嬰現象顯著影響台灣的降雨。台灣的地形變化大、氣候分區明顯,亞洲季風、聖嬰現象、甚至颱風或梅雨等氣象對區域氣候的影響不同,重建台灣不同氣候區的歷史氣候也是未來的研究方向。

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氧同位素與一月至六月海水表面均溫的關係。越紅表示越顯著正相關。

P4
過去60年,聖嬰/反聖嬰現象事件與氧同位素比例的關係

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。