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明天過後,台灣會怎樣? 氣候變遷資訊在地化

劉珈均
・2015/06/26 ・1521字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 606 ・十年級

全球氣候變遷已成科學界關注議題,但絕多數研究與模擬都是全球尺度,「全球資料的解析度可能200公里,對台灣而言解析度過低。」國家災害防救科技中心副主任林李耀說,為了瞭解氣候變遷會如何影響台灣,科技部推動「台灣氣候變遷推估與資訊平台計劃(TCCIP)」,這個在地化的氣候變遷資訊平台日前上線,網站公開15億筆氣象資料讓大眾「自己的氣候自己算」。

平台收錄台灣1897~2012年的氣象觀測資料,也納入氣象局、水利署、水保局等單位的歷史資料;對於未來百年(2015~2100)氣候推估則彙整了全球22研究單位的41個模式,並採用聯合國「政府間氣候變遷小組(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)」最新的第五次評估報告(The Fifth Assessment Report,簡稱AR5)。除了數據資料,平台也有許多知識專欄文章

TCCIP
圖/取自TCCIP舊版網站。

全球資料的尺度過大,一個網格為 250公里 X 250公里,台灣幾乎就塞在同一網格中,全台只有同一個數值,這些資料無法呈現各區域的氣候特性,因此要把網格切得更小以提高解析度。

林李耀表示,要把資料在地化、降尺度有兩個方式,一是運用統計學,建立觀測資料與模擬資料之間的統計關係,觀測資料解析度直接決定了降尺度結果的解析度(TCCIP目前可提供5公里網格化觀測資料);另一個方式則是動力降尺度,給定模式,運用超級電腦計算各種參數作用之下的氣候變化,計算過程龐雜,因網格點的數量會隨著解析度提高而增多,台灣地區的每個網格都要算,且網格為3D,要一層層算上去,林李耀說,計算兩個氣候模式就存滿400TB了!「這也是為何無法開放全部原始資料的原因之一,我們沒那麼多儲存空間。」

今年六月還沒過完,台北市超過35℃的高溫天數已追平歷史紀錄(13天)。團隊以台北測站為例,分析過去百年溫度變化,林李耀指出,全球百年來平均升溫0.74℃,但台北已上升1.4℃,台灣百年來均溫則上升約0.8℃,「台灣整體平均與世界平均差不多,但局部差異大。」

團隊也模擬台灣未來氣候走向,在RCP 8.5模式(意即不作任何減碳措施,情況最壞的情境)之下,世紀末全台會增溫4℃至5℃,年均雨量差不多,但雨量豐枯差異加劇,乾季降雨更少而雨季降雨更多。模擬顯示屆時北部的增溫現象會比南部明顯,中央氣象局氣象科技研究中心主任程家平說,原因可能與地形及大氣環流相關,但目前尚無確切的科學證據解釋。AR5報告則顯示,全球暖化的原因有75%來自燃燒石化能源,25%來自土地開發、森林面積下降。

別把氣候變遷預估當氣象預報

林李耀說,團隊每天會蒐集兩則談論天氣議題的新聞,也會翻譯英文資訊、IPCC報告,希望TCCIP成為台灣討論氣候變遷的平台。但他提醒:「別把氣候變遷資料當天氣預報,氣候變遷推估是一個趨勢。」程家平也說,氣候是統計一段時間的平均狀態,「我無法告訴你10年後某一天的天氣如何,但我可以大致算出幾個情境之下,10年後的年均溫。」

目前約有百多個研究計劃運用TCCIP平台的資料,例如水利署研究氣候與災害、水資源的關聯,農糧署研究氣候變化對糧食產量的影響。過去第一代網站已提供100個公私部門的研究計劃所需,但沒開放民眾使用,也沒有資訊互動設計;新建置的平台則強化了互動與資料彙整,加值過的資訊皆開放使用,若使用者有特殊需求,也可線上申請資料。

 

註:

  • IPCC彙整相關研究,每隔5至6年發表一份全球氣候變遷評估報告,為各國政府重要參考依據。每份報告均包含三個工作小組的研究成果,第一小組評估氣候變遷的物理科學基礎;第二小組負責氣候變遷的衝擊與調適;第三小組則著重如何減緩氣候變遷。
  • AR5以二氧化碳變化歷程定義了四組未來變遷情境,RCP2.6情境為暖化減緩,RCP4.5與RCP6.0是穩定情境,RCP8.5則是溫室氣體高度排放的情境。(更多詳情點這裡


 

文章難易度
劉珈均
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PanSci 特約記者。大學時期主修新聞,嚮往能上山下海跑採訪,因緣際會接觸科學新聞後就不想離開了。生活總是在熬夜,不是趕稿就是在屋頂看星星,一邊想像是否有外星人也朝著地球方向看過來。


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如何從茫茫大海中,找到戰爭遺留的深水炸彈?——海底掃雷行動

Else Production
・2022/01/19 ・2597字 ・閱讀時間約 5 分鐘

對於年輕人來說,我相信「深水炸彈」一詞並不會陌生,因為這近乎是每一個狂歡派對裡的必需品。但對於埋藏在深海裡的炸彈,大家又有沒有想過我們如何找出來?

這些未爆炸的軍備,我們稱之為 Unexploded Ordnance(簡稱 UXO),有可能是水雷,有可能是深水炸彈,也有可能是導彈。它們多數是第一次或第二次世界大戰遺留下來的產品,受到多年來沉積(即水流在流速減慢時,所挾帶的砂石、塵土等沉淀堆積起來)的影響,令它們埋藏在海床以下的地方。跟據 Euronews 的估計,單單在波羅的海亦有超過 30 萬的 UXO 埋在那裡。

二戰期間,桑德蘭水上飛機掛載的深水炸彈,圖/維基百科

你也許會問,既然都已經埋藏了,何況我們仍然要處理他們?這是因為我們會在海底裡鋪設電欖、水管、天然氣輸送管等輸送系統,假如鑽探過程中不小心觸碰了它們已產生意外,或是在完成工程某一天突然爆炸而令輸電系統中斷,後果可真是不堪設想。因此,最理想的方法便是把他們全部找出來並繞道而行,或是安排專家把他們處理。

真正的大海撈針:用磁場把 UXO 吸出來!

要找到這些 UXO,最容易的方法便是使用金屬探測的方法,但由於普遍的金屬探測器的探測範圍是不超過 2 公尺的,我們很難把探測器貼近凹凸不平的水底前行(這大大增加了磨損探測器的風險),因此我們會選擇較間接的方法:磁強計(Magnetometer)。由於大部份的彈藥外層是用鐵形成的,而鐵是對磁非常敏感的,因此我們能夠在較遠的範圍便能察覺他們的存在。當在外勤工作,我們會以兩個磁強計為一組去作探測,令我們更準備知道其實際位置及大小。讓我們看看以下例子:

圖 1:磁強計的探測結果

在圖 1 裡,假設我們知道標記「1」是一個 UXO 的位置,上圖的平行線為磁強計由左至右的移動路線,下圖為磁場沿路的變化。我們可以看見,當若果沒有任何金屬物件存在的話,兩個磁強計量度的數是相近的,亦即是該環境本身的磁場。但在 UXO 的附近,我們可以看到明顯的變化。藍色線代表航行路線的左方磁強計的量度值,燈色線代表右方,由於磁場強度會隨著距離而減少,因此很明顯這一個 UXO 的位置更接近藍色線,亦即是航線的上方。

我們可以透過兩者的差距估計其位置及大小,但為了確保其真實性,我們亦會在附近再次航行,假如也有磁場變異,這便是一個不會移動的金屬物品(撇除了船、飄浮中的海洋垃圾等的可能性)。

排除法:用側掃聲納窺探看不見的海底!

正如上文提要,磁場變異所告訴我們的,只是金屬物品的位置,但它亦有可能不是炸彈,也有可能不是埋在海床下,因此我們也會使用其他科學方法去驗證。其中一個便是側掃聲納(Side Scan Sonar) ,透過聲波反射的原理,我們可以看到海床的影像。假如海床是乾淨的,聲波傳送及接收的時間是一樣的,因此我們可以看到連續的晝面。但假如有異物在水中間或海床上,聲波便會被折射而形成黑影。讓我們看看以下例子:

圖2: 側掃聲納 圖片,紅色箭咀範圍代表沒有反射的區域,綠色箭頭範圖代表船與海底的距離 (圖片來源:Grothues et al., 2017)

看看圖 2。燈色的部份是海床的晝面,中間白色的部份是船的航道,亦是側掃聲納的盲點,而黑色的部份則是有物件在海床上方而形成的聲波折射,讓我們能夠清楚看見它們的形狀。有時候我們亦會看到一些海洋垃圾,如車胎、單車等,而在上圖的左上方,我們相信是一些棄置的工業廢料。

當然你也可以爭論,在圖左上方的物件有機會不是死物,而是一種未知海洋生物,因此我們也會進行多次的側掃聲納,如果在同一位置並不能再看到它,那麼這是生物的機率便很高。假如在磁場異變的位置側掃聲納沒有探測到任何物件,這進一步證明其 UXO 的可能性。但假如有黑影在上方,我們也會透過黑影分析其大小是否吻合,並會憑經驗分析該物品會否存在金屬。

此外,在看側掃聲納,我們也很重視在磁場異變的位置附近有沒有刮痕,因為形成刮痕的原因多數是船上作業頻繁的地方,有機會是漁船拖網的地點,也有機會是大船拋錨起錨的地方,而這些動作均有機會接觸或移動了這些潛在的 UXO,產生危機。因此,這些地方都會是我們首要處理的地方。

筆者按:假如大家想看看其他用側掃聲納發現的東西,如沉船、飛機等,可以到這裡觀看

萬無一失:Mission Completed !

當然,在取得數據時,我們也要儘可能減低人為因素而形成的影響。舉個例子,我們要確保磁強計遠離測量船,以免船上的儀器影響了磁強計。因此,我們並不會把磁強計綁在船底,而是把它們用纜索綁在船尾數十米以外的地方拖行。

另外,我們也要確保測量船要以均速航行,以確保所有數據都是一致的。最後,我們也要確保船上的 GPS 系統準確無誤,否則所有有可能是 UXO 的位置都是錯誤的。

完成以上的工序後,我們便會製作磁梯度圖(Magnetic Gradient Map),把剩餘下來的磁場變置點用其強度及大小表示出來,正如圖 3,再交給拆彈專家們處理。他們便會跟據他們的專業知識,加上該海岸的戰爭歷史,對比當時有可能參戰的國家、使用的武器及其金屬含量以找出存在的炸彈來處理。

要知道這些 UXO,單單在 2015 年在世界各地亦奪去了超過 6000 人的性命,因此這個科學命題可真是不容忽視!

圖 3:磁梯度圖。左邊是潛在 UXO 的位置而右邊則是它們的磁場強度的改變。(圖片來源:Salem et al., 2005)

延伸閱讀:

參考資料:

  1. Salem, A., Hamada, T., Asahina, J. K., & Ushijima, K. (2005). Detection of unexploded ordnance (UXO) using marine magnetic gradiometer data. Exploration Geophysics, 36(1), 97–103.  
  2. Han, S., Rong, X., Bian, L., Zhong, M., & Zhang, L. (2019). The application of magnetometers and electromagnetic induction sensors in UXO detection. E3S Web of Conferences, 131, 01045.
  3. Image scans gallery. EdgeTech. (n.d.). Retrieved January 5, 2022, from https://www.edgetech.com/underwater-technology-gallery/ 
  4. Grothues, T. M., Newhall, A. E., Lynch, J. F., Vogel, K. S., & Gawarkiewicz, G. G. (2017). High-frequency side-scan sonar fish reconnaissance by autonomous underwater vehicles. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 74(2), 240–255.

本文亦刊載於作者部落格 Else Production ,歡迎查閱及留言


 

Else Production
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馬朗生,見習地球物理工程師,英國材料與礦冶學會成員,主力擔任海上測量工作,包括海床勘探、泥土分析、聲波探測等。