當寒暑成災（五）： 臨極端靠調適？

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• 駱世豪／中研院環境變遷研究中心博士後研究學者。

Take Home Message

• 歐美熱浪的主因是噴流增強了熱穹的下沉，造成熱空氣北移和累積。臺灣的熱浪則是受到副熱帶高壓的影響。
• 熱浪發生頻率變頻繁且強度變強，與溫室氣體排放造成的全球暖化效應增加有很大的關係。
• 熱浪事件對生態、糧食、經濟和健康等面向都造成威脅，全球與臺灣熱浪的持續天數和強度都有增加的趨勢。

古代傳說中，后羿射下九個太陽讓地上的氣候適宜、萬物得以生長，古代的預言已經告訴我們，炎熱的氣候條件不利於萬物的生長。而在現今全球暖化的情況下，另外九個太陽會復活嗎？以上雖是玩笑話，但今（2022）年歐洲國家就受到熱浪（heatwave）嚴重影響，葡萄牙與西班牙最高溫度達到45℃以上；英國更出現54℃以上的極端高溫，發布有史以來第一個紅色高溫預警，並進入緊急狀態。

據統計，歐洲各國在6月因熱浪死亡的人數高達2468人。中國的溫度也突破近62年的歷史同期最高夏季平均氣溫，有23個省分出現40℃以上高溫，許多地方都出現因熱浪致死的案例。臺灣也在7月中出現接近40℃的溫度，並在多地出現35℃左右、維持數天的極端高溫。近年來熱浪的強度和發生頻率不斷提高，造成人員經濟的損傷也愈來愈多，而究竟什麼是熱浪？它形成的背後機制為何？

熱浪是什麼？

「熱浪」是夏季主要造成災害的極端事件之一，根據世界氣象組織（World Meteorological Organization, WMO）的定義：「熱浪現象是指一個地區超過該地區的歷年最高溫度平均值5℃以上，並且持續5天以上。」一個地區能維持極端高溫並持續一段時間，背後一定有些天氣系統所導致。

如近年歐洲、北美熱浪頻傳，主要因素就是噴流（jet stream）與熱穹（heat dome）所造成；東亞主要受太平洋副熱帶高壓（subtropical high）影響；印度和亞馬遜等熱帶區域則主要是受到降雨的影響。各區域因為氣候背景與緯度位置不同，造成熱浪的成因也有所不同，接下來我們會依序介紹世界各地氣候與緯度間的相互關係。

高空之龍所環抱的氣團

當北半球夏季中高緯地區噴流向北蜿蜒形成一個像Ω（omega）的形狀時，就有可能形成熱浪（圖一），或因為它的特殊形狀而被稱為阻塞高壓（omega blocking）。噴流是一股由西往東的氣流，通常位於對流層頂，它的水平長度達上萬公里、寬數百公里，中心風速有時可達每小時200～300公里。

而噴流就像一個在地上亂甩的水管，蜿蜒的波動有時往北有時往南，當噴流在北美或歐洲地區蜿蜒向北時，會形成一個Ω的形狀，也會造成反氣旋（順時針）式風切，進而讓大氣產生下沉運動。在此區域內不易形成對流，造成穩定且乾燥的環境，也就是所謂的熱穹，或是阻塞高壓。噴流和熱穹是相輔相成的關係，噴流增強熱穹的下沉機制，將南邊的暖空氣往北傳送，並將熱空氣累積，所以才形成熱浪。

而在東亞的夏季，氣溫主要受太平洋副熱帶高壓（subtropical high，以下簡稱副高）影響。副高中心約位於太平洋（東經160度、北緯30度左右），在它的增強過程中會向西伸擴張至中國東南沿岸，而當副高處於增強的狀態時，副高系統會再向西延伸且壟罩整個臺灣。

如上述所說，高壓壟罩的狀況下屬於對流穩定的晴朗天氣，配合上夏季的西南季風，將暖濕空氣往北傳送並堆積在副高所壟罩的區域上，最後在此區域形成熱浪現象。相較於北美、歐洲區域的乾熱浪，臺灣的熱浪屬於濕熱浪（wet heatwave）。除了極端高溫外，還有著高濕度的影響，悶熱的環境對人體有更大的傷害和影響。

另外，印度和亞馬遜熱帶區域雖屬於終年偏高溫的地區，但仍有熱浪現象產生，主要原因是降雨。熱帶地區主要氣候分為乾季與溼季，溼季通常為該地區的夏天，下雨能有助於該地區降溫，所以當降雨系統未出現、延遲或偏移，就很有可能會造成嚴重的熱浪。

熱浪造成的嚴重影響

熱浪事件對生態、糧食、經濟、健康等面向都造成諸多影響，以下將分為四類說明：

生態浩劫

根據聯合國（United Nations, UN）底下的政府間氣候變遷專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）第六次評估報告預測，如果到了2100年全球的溫度升高達到2℃，陸地上大約18％的物種將面臨滅絕的高風險；如果升溫至4.5℃，在我們有紀錄的所有動植物物種中約有一半將受到威脅。臺灣也面臨相同的狀況，當熱浪發生的頻率愈來愈高，持續時間和強度也都增加的狀況下，將發生物種多樣性減少、物種的分布改變、增加外來物種入侵機會等情況，對整體生態系平衡或農業生產造成衝擊。

糧食危機

IPCC於2019年報告中指出，全球主要農產品（如玉米、小麥、大豆）產量都會受到全球暖化影響減產1.8～4.5％。若情況持續惡化，到21世紀中則可能導致產量下降5～30％。

經濟損害

美國報導指出熱浪會造成極端高溫，進而對人體產生危害，所以對於生產力（gross domestic product, GDP）也有影響。在高於平均水平的夏季氣溫下，每升高1℃，美國各州的GDP就會下降0.25％。國際信評機構標普全球（S&P Global）的報告預測，氣候變遷恐導致2050年前全球每年經濟產出損失4％，臺灣位處的東亞區域則會有1％左右的損失（圖二）。

人體危害

對於人體而言，熱浪最嚴重的傷害為熱衰竭（heat exhaustion）。根據臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平臺計畫（TCCIP）的報告指出，2003年的歐洲熱浪估計已造成七萬多人死亡；2010年俄羅斯熱浪則導致超過5萬6000人死亡。科學家警告：「如果各國家和企業不採取激烈行動來削減溫室氣體排放，2050年時的英國與高溫相關的死亡人數預計將增加兩倍，而且世界將經歷更頻繁、更強烈、更危險的熱浪危機。」

越來越熱的台灣——極端高溫天氣的頻率增加

熱浪發生頻率變頻繁且強度變強，主要與溫室氣體排放造成全球暖化效應增加有很大的關係。更進一步使用溫度發生機率圖解釋（圖三），若峰值愈接近右邊，代表高溫事件發生的機率愈高；反之，若峰值愈接近左邊，低溫事件發生的機率愈高。當全球暖化效應增強時，就如同圖三所顯示的新氣候，整體機率分布相較於舊氣候來說會往右偏移，往更高溫度的地方移動，造成熱浪事件的發生機率更高。

而實際上全球的變化也是如此，根據科技部、中央研究院環境變遷中心以及國家防災中心的報告，比較全球早期（1951～1980年）和近期（1981～2010年）的日最高溫資料（圖四左），在機率分布圖上可以看到往右偏移的情形，表示極端高溫事件的頻率與溫度都有增加的趨勢。

臺灣的夏季日最高溫度也有相同的趨勢變化，以臺北的資料為例，比對早期（1960～1990年）和近期（2006～2017年）的夏季日最高溫度，能發現近期的頻率分布向右偏移，夏季日最高溫度的發生機率增加，平均值也增加近1℃（圖四右）。全球與臺灣的平均氣溫或極端溫度發生頻率皆有增加的趨勢。

在未來（21世紀中後期）趨勢的變化中，研究學者利用模式推估，指出以現在的熱浪門檻為標準，未來若是能將全球暖化程度控制在低暖化情境（RCP2.6），則臺灣地區的熱浪不管是在頻率、持續時間或強度上，和現今的差異不大。相反的，在高暖化情境（RCP8.5）情境下，21世紀末臺灣整個夏季都可能處於熱浪狀態。未來若暖化情況持續增長，熱浪的發生將成為常態，而且持續天數和強度也有增加的趨勢。

TCCIP計畫依據IPCC所設定的溫室氣體排放情境，進行臺灣地區的溫度模擬：在高暖化情境（RCP8.5）推估下，世紀末可能增溫超過4℃，而北部地區增溫較南部嚴重，高溫有可能影響農作物生長與收成。臺灣在未來將面臨更嚴重的熱浪衝擊，對於能源使用、公共衛生健康等都可能帶來前所未有的考驗，而這急迫性的問題，就像電影《普羅米修斯》（Prometheus）裡女主角說的：

「如果不阻止它，我們就會無家可歸！」（If we don’t stop it, there won’t be any home to go back to!）

溫室氣體排放情境假設：「RCP」

IPCC的報告中長使用到的濃度路徑「RCP」為representative concentration pathways的英文縮寫，代表不同程度暖化路徑的人為溫室氣體排放量的「情境假設」，其中假設四種不同暖化情境，由輕微到最嚴重分別為RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5，分別代表的意義如下：

• RCP2.6：增溫最小且緩慢的情境，輻射強迫力先在21世紀中期達到最大值3 Wm^-2，大約和二氧化碳濃度490 ppm相似，然後再緩慢下降到21世紀末。
• RCP4.5：輻射強迫力會在21世紀末達到一個穩定狀態的情境，約為4.5Wm^-2，和二氧化碳濃度650 ppm相似，代表世界各國會想盡辦法做到溫室氣體減量的目標。
• RCP6.0：和RCP4.5相似，但輻射強迫力為6 Wm^-2，約為二氧化碳濃度850 ppm，代表世界各國並沒有盡全力積極做到溫室氣體減量的目標。
• RCP8.5：輻射強迫力持續的增加到大於8.5 Wm^-2，即二氧化碳濃度會大於1370 ppm，代表世界各國並無任何減量的動作。

• 〈本文選自《科學月刊》2022 年 11 月號〉
• 科學月刊／在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

根據聯合國政府間氣候變遷專門委員會在 2022 年發布的第二工作小組「衝擊、調適與脆弱度」報告 (AR6 WII) ，人為導致的氣候變遷包含更頻繁、強度更強的極端天氣事件，以及在升溫情境下人類和自然都將面臨各種風險。

去年 (2021) 年斯德哥爾摩研究所的報告指出，農業是受氣候變遷衝擊最大的產業之一， 不論是極端天氣或長期氣候模式轉變，農業所承受的風險是其他產業的好幾倍。

過去一年，臺灣各地經歷了大大小小的淹水和乾旱，我們常說農業是「靠天吃飯」，在氣候變遷之下，臺灣農業會遭受什麼衝擊呢？

靠天吃飯的農業

由於臺灣農作大多露天生產，更容易受溫度和雨量影響。暖化趨勢可能會使作物產期提前或延後，進而影響到品質與產量，以稻米為例，溫度上升的情境下，全臺稻米產量呈減少趨勢，二期稻作又比一期減產程度更大。

至於爲什麼稻作會分成一期和二期？主要因為臺灣介於熱帶、亞熱帶氣候之間，氣溫溫暖且雨量豐沛，一年內適合種植水稻的月份達十個月，因此每年可以種植兩期水稻，第一期通常在冬末春初時插秧，夏季收成，期間約在每年二月至六月；而第二期在七月至十一月，由於氣候條件不同，第二期的單位面積產量通常比第一期低，氣候變遷的升溫情境下，二期產量下降又更為明顯。

此外，當降雨型態轉變，雨量太少時造成農作物缺水、強度過大則破壞外觀及品質；而大氣中的二氧化碳濃度提高，會導致植物體碳氮比上升，使農作物更容易遭受病蟲害感染。

雖然「靠天吃飯」的農業受到許多氣候變遷下的衝擊，但其實還有一句俗諺説：「只靠雙手不靠天，修得水利萬年甜。」

臺灣農業究竟如何要克服這些困難呢？一起來看看這些調適策略吧！

水資源不夠「旱田直播」行不行

這邊的直播可不是指在田梗間架手機鏡頭，現場 Live 給大家看作物生長，而是一種直接將水稻種子播在土裡的種植方式。但為什麼要採用旱田直播，而非插秧灌溉這種大家熟悉的方法呢？

水稻種植需要許多水，尤其在插秧時更需要長達三個月的「淹田」，也就是將插滿秧苗的田灌滿水，才可以讓秧苗好好長大。

而故事就要從新竹縣新豐鄉說起，新豐是新竹縣稻米產量最大的產區，然而卻是位於俗稱「風頭水尾」的地區，由於地理位置在石門水庫最尾端，灌溉時搶水搶不過上游的農田。

前面有提過，臺灣水稻一年中可以分兩期栽種，在一期稻作的淹田工作期間大約是一月至四月底，恰好落在臺灣十一月至四月的枯水期，正需要水的時候卻沒有水，使在地的青農開始思考，若未來水情更緊張時，新豐還能繼續種植水稻嗎？因此，必須找出能永續種植的解方。

於是，他們便開始嘗試「旱田直播」的種植方式，直播與傳統種植最大的不同在於，初期不插秧、不淹田，省去這兩個步驟便可以減少大量的灌溉用水。

旱田直播的前三步驟便是關鍵，首先為種子處理，就像是打電動時，在對戰前要先把裝備穿好以防止被攻擊，由於直播不會經過育苗，種子會直接在土壤裡發芽，必須先將種子消毒、裹上藥劑，避免感染水稻在發芽過程的常見疾病；接著是整地，透過整田機具打破犁底層，未來水稻種子發芽時，根系可以更深入土壤表層生長，即便在水分不充足時，秧苗也可以自己在土壤裡找水份；最後為播種，將種子直接播種至土上，再覆上一層土壤保水，給種子適合發芽的環境。

當然，最重要的還是秧苗長得怎麼樣，與生長時間相同的傳統秧苗單株作比較，旱田直播秧苗根系更長、更茂密；由於不用育苗，整地播種的時間提前至十二月底，地上部的莖、葉也有較充裕的時間生長，更為強健、耐旱，有可能成為未來氣候變遷下水稻產業的永續策略之一。

「好天要存雨來糧」—— 農業調適策略還有這些

這句古諺意思是告訴人們要未雨綢繆，替之後的變化做準備，就像現在的我們面對氣候變遷帶來的衝擊，也需要不同的調適策略，應對未來的挑戰。例如使用分子標記輔助育種，找出與性狀相關的基因後做記號，縮短育種時間，開發出能抵過逆境的品種。

而開發新品種的基礎建立在遺傳資源上，這些是幾萬年來大自然演化之下的結果，因此臺灣作物種原庫就像是一座銀行，保存著珍貴的遺傳資產 —— 作物活體種子。

就如同戰鬥組合技，有時經典能力加上新裝備就能發揮最大效用，過去農業發展過程中，前人便留下許多經驗的傳承，搭配現代科技及資訊，有望在未來走出一條永續的路。

位於高雄的國立科學工藝博物館「臺灣的農業故事展示廳」，便展示了臺灣農業的多元發展，不僅是氣候變遷的農業調適，從臺灣農業的本土特色到科技成就，例如從博物館級的「植物工坊」了解全人工光源、無土的栽種方式，智慧農業 4.0 又是如何改善畜牧業的生產，以及透過 DNA 互動遊戲理解新品種如何產生等，在參觀的過程中看見臺灣農業的今天和未來。

參考資料

1. 斯德哥爾摩環境研究所報告
2. 臺灣氣候變遷推估資訊平台
3. 氣候變遷對台灣農業生產體系的影響