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企鵝寶寶知道如何「冷」靜

陸子鈞
・2011/08/17 ・382字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 435 ・四年級

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人類的寶寶只要午餐晚了一點送來,就會吵鬧,但企鵝寶寶就很能保持「冷」靜。像一團完整毛球般的國王企鵝寶寶,非常適應寒冷的氣候。但當它的雙親離開去尋找食物時,企鵝寶寶就必須獨自等待,度過長達五個月沒有食物的時間。為了要了解幼鵝在這段期間裡,如何節省能量,研究人員在十隻3到4個月大的企鵝體內,裝上記錄器,記錄胃、胸腔和脂肪的溫度,長達七個月之久。結果顯示,幼鵝體內的溫度,在寒冷或雨天禁食期間,下降達到15˚C,這對十公斤的企鵝大寶寶而言,驟降程度非常驚人。過去發現體溫在寒冬中降低最多的是澳洲蟆口鴟,而它的體重也才僅僅500克。小企鵝在吃低溫食物時,體內溫度也會下降,例如當企鵝雙親帶著滿口的魚歸來,企鵝寶寶吃這些已經被咀嚼過的食物時,體溫會下降達15˚C。

資料來源:ScienceShot: Baby Penguins Know How to Chill Out [16 August 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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準備出國啦!Surfshark VPN 快趁黑五買起來,上網購物最安心
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/01 ・2113字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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盤點全球生活條件——我們需要多少能量,才能讓所有人過上體面的生活?
安比西林_96
・2021/10/01 ・2933字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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每天煩惱三餐要吃什麽、出門要怎麽穿、回家後有沒有舒適的被窩可以鑽,應該是我們大部分人的日常。然而,在社會的某些角落,「貧窮」卻可能讓人連基本生理需求都難以滿足。

要消除貧窮,免不了增加資源消耗,但全球暖化危機當前,人類又不得不展開節能減碳的行動。面對「對抗貧窮和調適氣候變遷,兩者是否相互衝突」的疑問,科學家們提出了一個直指核心的問題:我們需要多少能量,才能讓所有人過上體面的生活?

打造放諸四海皆準的人類基本福祉指標!

為了解答這個大哉問,來自國際應用系統分析研究所(IIASA)的研究者們,提出了一個新的指標——「體面生活標準」(Decent Living Standards,DLS )。它源自於基本人權與公平正義的普世理念,定義為任何人都應享有的一系列基礎物質與社會滿足要件;不論你出身何處、對好的生活有何想法,或擁有什麽訴求

這些基礎條件,可以分為五大面向:營養(Nutrient)、庇護所(Shelter)、健康(Health)、社會互動(Socialization)及可移動性(Mobility)。在食衣住行方面,除了三餐溫飽及空間大小充裕的住處外,DLS 更貼心地考慮生活的細緻之處,例如乾淨的衛浴、可以烹飪、保存食物的基礎家電,以及高緯度地區在冬、夏兩季不可或缺的溫控設備等等。DLS 也不止步於基本物質需求,更涵括一個健全生活的人應享有的醫療服務、義務教育,使用基本通訊和交通設施,以及進行社交聯繫和政治參與的權利。

「體面生活標準」所列出的指標。圖/參考資料 2

逐項列出統一化的 DLS 各面向的要求後,研究者們會根據不同國情,例如氣候、都市化程度、文化及科技經濟結構的程度,去計算各國達成這些基準的閾值能量。除了國與國的差異,在計算上,也會納入在地的城鄉差距。

舉例來説,訂定了擁有足夠空間和熱舒適的房屋通用標準後,研究者會把它換算成各地所用的不同建材,及建設與維持各類民生服務的基礎設施(如水電廠、運輸系統等)所需耗費的能量。有了 DLS 的理想標竿值,再與每個國家目前用於實現 DLS 的能源進行比較,就可估算出填補 DLS 缺口所需的能源需求。

為什麼要以「能量」衡量生活標準?

過去,我們總是以滿足生活標準的最低收入,來制定貧窮線的水平。但 DLS 作為最低限度理想生活的基準,採用的是計算能源消耗量(energy consumption)常用的單位,即千兆焦耳(Gigajoule,GJ)或十萬億焦耳(Exajoule,EJ)。一般國家的能源消耗量,都與基礎建設有關,大部分來自化學燃料的燃燒,以及水力發電、核電、風力發電、太陽能發電等。

值得注意的是,DLS 分析結果顯示,無法過上體面生活的人,數量遠比處在貧窮線底下的人來得多!這說明:現有衡量貧富的指標,跟實際情況是脫節的。以金錢收入作為生活水平的衡量單位,是預設個人能透過消費,去換取相應的生活品質。但現實中,有一大部分的人,即使收入高於貧窮門檻,現今社會所投入建設的能源,卻未必足以讓他們過上體面的生活。

因此比起以金錢為單位,DLS 由下而上(bottom-up)去推算建設和維持基本物質需求所耗費能量的模式,也許更適合作為反映人類生活品質的指標。以消耗能量為單位的 DLS 不只有物質條件,也納入社會層面的需求,因此可以為政策制定者在思考資源規劃時,提供更直接、全面的參考。

世界並不公平,尤其在所需耗費的能量上

上方柱狀圖中表示的是各區域平均人口與 DLS 之間的差距,空白間隙及其上數值越大,表示距離達至 DLS 的缺口越大。而下方光譜顯示由 0 至 1 表示體面生活至缺乏體面生活的量度,顔色越深則表示越沒有體面的生活。圖/參考資料 1

搭配各國戶口統計調查、世界銀行(World Bank)發展指標等數據,研究者推算出世界各國在不同面向上與 DLS 的差距。結果顯示,北半球的北美與歐洲,大部分人民都過著與 DLS 相距不遠的生活。然而,南方卻呈現截然不同的境況。

在撒哈拉以南的非洲國家,有超過 60% 的人口在居家、溫控、衛浴與飲用水設施上,都相當匱乏。部分南亞與太平洋地區也面臨類似困境,尤其缺少乾淨的保暖與烹飪設施。這與他們使用的傳統生質能源帶來的不良健康影響有關。此外,部分亞洲、中東、拉丁美洲地區,也存在不便取得飲用水和保暖設施等等的缺口。

那麽,要投入資源做新建設,弭平當今與未來人口與 DLS 之間的距離,我們還需要多少能量呢?研究者設定情境估算,在 2040 年前,我們總共需要 290 EJ 的累積能量——大概是如今全世界每年所消耗能量的四分之三!是的,當今世界平均所消耗的能量,其實早已超過滿足每個人 DLS 的額度。在提升生活標準的耗能中,有大半會是拿來打造適宜的居所,四分之一用以建設以公共交通為主的交通設施,而改善健康營養所需的能量,會比推動社會互動來得少。

上圖顯示 2015 年至 2040 年間,全球用以投入建設以達到 DLS 所需的累積能量。不同顏色的區塊代表不同 DLS 的面向,而區塊大小則表示其所占總能量的比例。圖/參考資料 1

如果我們能成功在 2040 年時,讓所有人都達到 DLS,那在 2050 年時達到體面生活,最終需要年均 156 EJ 的能量,其中 108 EJ 會是供南方世界所用。到時候,人類生活的耗能大抵都會用在移動、通勤上,其次是維持健康及居住品質,而投入在維持社會互動所需的能量所占比例最低。

2050 年時,用以支持全球人口達到 DLS 所需的年均能量。圖/Kikstra, et al. (2021)

另一個研究的重要發現是,由於各地的氣候、文化和交通管道不同,即使在同一套 DLS 下,有些地區就是會比其他地區耗費更多能量,才能達到相同的基準,這個能量差異甚至可達 4 倍!例如,高緯度國家會需要耗費更多能量,來維持相同舒適的室内溫度;同樣的通勤距離,公共交通覆蓋率高的國家不需太多能量就能完成,但在個人擁車率高的地區,就會產生更多耗能。

結論:消除貧窮與對抗氣候變遷不衝突

總體而言,DLS 的研究結果,在貧富懸殊與氣候正義議題上提供了新的視野,告訴我們:投入消除貧窮的能量,並不會對調適氣候變遷的行動產生威脅。現今人類社會所產生的能量,其實大都挹注在讓原本就充裕的生活更好,而非幫助仍在體面生活基準下的人。因此,各國如何在經濟成長與耗能規劃上取捨,找出更公正、有效率的資源重分配方式,才是關鍵解決之道。

參考資料

  1. Decent living gaps and energy needs around the world
  2. Decent Living Standards: Material Prerequisites for Human Wellbeing
  3. Energy requirements for decent living in India, Brazil and South Africa
  4. 让全球老百姓过上体面生活不会拖累气候减排目标
  5. How much energy do we need to achieve a decent life for all?
  6. 維基百科:貧窮門檻
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安比西林_96
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本職為生態環境領域的可撥煙酒生。 不定時掉落科普文章。 大家一起嗑科科(❍ᴥ❍ʋ)

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亂咬人的海浪?淺談海岸邊那個危險的瘋狗浪
Mia_96
・2021/07/19 ・2765字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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每到了夏季,海邊總是大家嚮往的好去處(雖然現在因為疫情影響,我們提倡乖乖待在家裡為臺灣防疫盡心盡力!),過往夏季時大家前往喜愛的陽光沙灘,總可以看到陣陣海浪拍打在岸邊,盡情享受清涼海水與徐徐海風的吹拂!

海浪可以如浪花般輕盈,卻也可以如海嘯般帶來巨大災害。圖/Pixabay

但!海洋並非總是風平浪靜,有時的海洋也會帶給我們突如其來的巨變,在新聞中時常聽聞的瘋狗浪即為其一。

到底什麼是瘋狗浪?又為什麼要稱呼他為瘋狗浪呢?

在海面傳遞的能量——海浪

要了解瘋狗浪的成因,首先要先了解海浪是如何形成的!

海浪的主要成因是風將能量從大氣傳至海面,當海面獲得能量時,海洋中的水分子便開始做圓周運動,這,就是海浪!上層海水拖著下層海水,能量一層一層地向下傳遞,傳遞過程同時受到水分子之間的摩擦力影響,能量逐漸減弱,因此在深層的海洋幾乎沒有波動產生。

當海浪開始向前傳遞時,越接近岸邊,海床逐漸升高,下層的水分子撞到海面下的海床,就會造成海浪的波速逐漸減緩,我們以下面這張岬灣圖簡單判斷波浪傳到岸邊時與海岸呈現的交角關係。

岬灣地形的形成原因為差異侵蝕作用,所以可以假設為在海面下的海床也與裸露在陸地上的岬灣一致,在岬的部分突出,灣的部分凹陷。圖/作者自製

當波浪(藍色箭頭)逐漸打進海岸時,受到海底地形的影響,其波速逐漸減緩,波浪逐漸偏向法線(黃色實線),越靠近海岸,波浪持續偏向法線,最終波浪前進的方向會與海岸漸趨垂直。

海岬上的突發大浪

海岬地形即是容易出現瘋狗浪的其中一個原因,從圖中可以發現,當海岬處波浪不斷聚集,能量匯聚會造成海浪的波高逐漸累積,此時的海岬,容易產生突發性的大浪,也就是我們俗稱的瘋狗浪。

另外,容易造成瘋狗浪的原因還有強風吹拂,當風速越強烈快時,海面獲得的能量就會更多,產生的海浪也會更為強烈,當強烈的海浪再加上碰到匯聚能量的海岬地形時,便更容易造成瘋狗浪的產生。

瘋狗浪並沒有明確的定義或是說法,因為瘋狗浪容易致在岸邊活動的人們於危險當中,就如同瘋狗一樣可能會亂咬人,所以我們習慣將突然發生或是強烈的海浪稱做瘋狗浪。

突如其來的大浪有可能越過海堤,沖上岸邊造成危險。圖/Pixabay

臺灣易發生瘋狗浪的時間與地點

在臺灣,最易發生瘋狗浪的時間便是颱風與東北季風盛行之季節:颱風強力的風速會在臺灣外海持續產生強烈的海浪,當海面不斷獲得能量,其傳至海岸邊的能量也會更多、更大;而冬季時的東北季風也是容易產生瘋狗浪的原因之一。

而臺灣的東北角因多為岬灣地形,則是瘋狗浪易出現的地點,但瘋狗浪並不局限於出現在東北角,只要有海岬地形,或是較為突出的堤坊、海岸都有可能匯聚能量,形成波高較高的海浪。所以當知道海洋上有氣旋產生、強烈的季風作用或是在岸邊感受到較為強力的海風吹拂時,都應盡量遠離岸邊才最為安全!

預知瘋狗浪—海洋雷達觀測系統

過去我們總認為海象難以預測(此海象非海洋中生活或是在海生館可以看到的海象,而是指海面上因為風力吹拂而造成海浪的情況!),因為海象預測需要考慮到風向風速的變化、海浪相互作用影響、海底地形等眾多原因,但風場環境瞬息萬變,間接也造成不斷變動的海象,再者,一般民眾較少需求接觸相關的海象預報,所以海象觀測一直不如氣象觀測發達。

台灣目前使用的為海洋雷達陣列推算海域中波浪的強度,發展出台灣海洋雷達觀測系統(Taiwan Ocean Radar Observing System, TOROS),提供給人民更為準確、進步的海象監測,即時性與預測性的海象觀測,使海洋運輸、漁業捕撈等工作或是休閒娛樂更加安全。

海洋雷達陣列是使用雷達發射雷達波,當雷達波入射到海表面時,碰到海洋中的海浪,便會以各方向散射,海洋雷達就是利用雷達波所產生的「布拉格效應」—當海洋上出現與雷達波波長有偶數倍數關係的海浪,會產生較為強烈且能量較大的雷達回波反射回雷達,來推算目前海面上波浪的波長!

而不同地點、距離會使回傳的回波產生相異的都卜勒效應,透過都卜勒效應(頻率為正值,代表海浪靠近雷達;頻率為負值,代表海浪遠離雷達)便可以知曉波浪與雷達的相對速度與方向。

關於都卜勒效應更詳細且清楚的解釋可參考此影片。

當雷達透過布拉格效應獲得海浪之波長(因雷達波的波長為已知數),又知曉海浪頻率的變化後,將回波所得出之資料輸入電腦計算,便可以得出波浪的波高、波向、週期、速度等相關資料。

左上為布拉格散射之示意圖,左下為海浪前進或後退所產生的都卜勒效應,透過雷達回波的譜線分析 (右圖) 即可判斷海浪、風向、風速、方向等海面訊息。圖/臺灣海洋科技研究中心

而難以預測的海象遇到瘋狗浪更增添了難度,因為瘋狗浪的成因與易發生地點都僅是推測性的預測而非絕對性的預測,專家目前對瘋狗浪的成因仍持續的嘗試理解與推估,但目前中央大學水海所團隊已經透過海洋雷達觀測系統,可以有效的在瘋狗浪抵達的前 20 至 30 分鐘提供預警!

透過分析瞬時的海象變化,更可以有效進行預測,也可較為減少瞬間海象造成的災難,海洋中的觀測系統仍在不停的發展與改進中,在未來,一定會持續的改良與精進海象觀測,加強海上或海邊活動的安全性!

利用臺灣海洋雷達觀測系統 (TOROS) 測得臺灣周遭海象變化。圖/臺灣海洋科技研究中心

資料來源:

  1. 國立中央大學地球科學系
  2. 神出鬼沒的瘋狗浪
  3. 海洋觀測儀器與方法
  4. 利用高頻雷達監測台灣四周海域表層海流
Mia_96
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喜歡教育又喜歡地科,最後變成文理科混雜出生的地科老師