全球暖化-台灣的水旱災

劉紹臣

特聘研究員

中央研究院環境變遷研究中心

週日閱讀大師系列講座

03/17/2013

天氣與氣候

•天氣(weather)﹕空氣的短期狀態與變化(Variability)

(短期﹕~ 10天以內)

例如明天的温度，今天的天氣很好。

•氣候(climate)﹕天氣的長期平均值(Steady State穩定狀態)

(長期：世界氣象組織定義30年平均才有氣候的代表性)

例如全球平均氣温約15℃，一年平均幾個颱風侵台?

------------------------------------------------

•因此上個冬天有較多暴風雪及酷寒(幾次天氣事件)，不表示要進入小冰河期(氣候) 。

•也不應說特殊氣象事件如莫拉克或歐洲熱浪是氣候暖化造成的。

Rain Intensity Distribution (15 CWB Stations)

Rain Intensity (mm/hr)

0.1 1 10 100

Pre

cipita

tion a

mounts

/ d

elta

log (

inte

nsi

ty)

(m

m)

0

500

1000

1500

2000

2500

1961-1970

1971-1980

1981-1990

1991-2000

2001-2010

↑

Morakot

中央氣象局十五個站每十年平均降雨強度分佈圖(1961-2010)

(準正態分佈)(qusi-normal distribution)

降雨(m

m)

降雨強度(mm/hour)

温室效應(Greenhouse Effect)

•全球平均地面氣温﹕15 oC 或 288 oK

•若無溫室氣體﹕-18 oC 或 255 oK

•相差 33 oC, 這是地球的溫室效應, 因溫室氣體可讓陽光透過大氣到地面,却阻擋紅外線散熱到外太空。

•地球主要溫室氣體有

H2O, CO2, CH4, O3, N2O

•目前絕大部份溫室氣體是自然的, 但CO2, CH4, O3, N2O 過去100年來因人類活動而明顯增加。

緯度

中國東部

時間(千年前) 大禹治水

Lucy

Wikipedea: Rob Rohde's palaeotemperature graphs pasted together on one page, with Royer et

al's CO2-corrected Paleozoic - Mesozoic record substituted for Veizer et al's uncorrected record.

2-4

oC

Ou

t of A

frica

全新世氣

候最佳期

北京猿人

始新世氣候最佳期

文明

古國

智人

北半球中緯度降雨強度(P)隨

熱帶海洋表面温度(SST)降温 1K 之變化

小雨 中雨 大雨

Intensity category

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

P

/SS

T (

%/K

)

-120

-100

-80

-60

-40

-20

0

20

40

60

Intensity categories

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

P

/T

(%

/K)

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

全球降雨強度隨全球溫度之變化

GPCP data

Average precipitation intensity increases by 23%

From Liu et al. (GRL, 2009)

二十一世紀温室氣体的變化

• B1(即1.8℃)是最樂觀(即最低)的温室氣体排放情況 ，其二十一世紀的平均CO2

排放量是每人每年約4公噸，在此情況CO2於2100年將被控制在450 ppm左右(約工業革命前之1.6倍) 。

• A2(即4℃)則是聽其自然的温室氣体排放情況，其二十一世紀的CO2排放量約為B1的三倍，在此情況CO2於2100年將高達840 ppm(約工業革命前之三倍)。

二十一世紀的氣候變化

•相對20世紀全球的0.6度增温，21世紀預測增温高達3-6倍! 即1.8-4.0度。

•海平面上升18-59公分。 (不是 4-8 公尺)

•極高溫日數會增加，極低温日數會減少

•旱災更嚴重。

•颱風、暴雨會更多、更嚴重

•------------------------

(前两項可先研究10-20年，後三項則急切須要調適措施)

氣候變遷:極端天氣

• 世界各地近十幾年陸續注意到有有大雨增加及小雨減少的現象，並且極高温如熱浪及極低温的變化也很大。

• 但極端天氣隨氣候的變化很難預測，不定性極高，尤其是區域性的變化更難預測。 因此IPCC2007對極端天氣受氣候變遷影響的預測相當保守。

台灣的熱浪

(根据論文: Shiu, Liu and Chen 2009 in Journal of Climate)

Year

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

TM

in >

= 2

5 o

C (

Da

ys)

0

20

40

60

80

100

120

Year vs 2 urbans, s = 0.98, p-level = 0.000000

Year vs 5 NE, s = 0.64, p-level = 0.000022

Year vs 4 SE, s = 0.34, p-level = 0.0198

Year vs 3 islands, s = 0.25, p-level = 0.0410

Year vs Taipei, s = 1.48, p-level = 0.000000

Plot 1 Regr

最低温超過25度的晚上，即須要冷氣的晚上

Year

1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

T >

= 3

6 o

C (

Da

ys)

0

5

10

15

20

25

30

35

Year vs 2 urbans, s = -0.01, p-level = 0.201

Year vs 5 NE, s = 0.04, p-level = 0.010

Year vs 4 SE, s = 0.01, p-level = 0.405

Year vs 3 islands, s = -0.0001, p-level = 0.820

Year vs Taipei, s = 0.17, p-level = 0.023

Plot 1 Regr

白天最高温超過36度的日子

台灣的熱浪

• 台灣的熱浪主要在台北，其成因主要是都市熱島效應，不是全球暖化的結果。今後空氣汚染改善後，熱浪將更嚴重。

• 晚上温度增加是熱島效應加上全球暖化的結果。今後對冷氣的須要將變本加厲。

全球暖化對極端降雨的影響

主要根据: Liu, S.C., Congbin Fu, Chein-Jung Shiu, Jen-Ping Chen,

and Futing Wu, GRL, 2009.

Intensity categories

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

P

/T

(%

/K)

-40

-20

0

20

40

60

80

100

120

全球降雨強度隨全球溫度之變化

GPCP data

Average precipitation intensity increases by 23%

From Liu et al. (GRL, 2009)

極端降雨的重要性

• 大雨增加會導至水災。

• 小雨是土壤保持溼潤的重要水份來源，大雨容易流失。

• 小雨長期減少會加重旱災，尤其是台灣西南部。(小雨發生的季節或地區常常不同於大雨)

強降雨隨全球温度變化的理論

• 基礎物理定律Clausius-Clapeyron equation

估計大氣水蒸氣隨全球温度增加7 %/K。強降雨的降雨率取決於邊界層的水氣輻合，因而有相同的增加率。

• Trenberth et al. (2003) 認為強降雨增加的程度會因為高空潛熱排放的增加而比 7 %/K更大。

Intensity categories

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

P

/T

(%

/K)

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

台灣降雨強度隨全球溫度之變化 中央氣象局15站資料 (mm/hr)

1961~2005

降雨強度(十等份)

• 1950-2005全球温度約增加0.7C，~140%x0.7

= ~100%，即全台灣前10%強降雨己增加約100%，而最小20%的小雨則己減少約40% 。

• 台灣前10%強降雨絕大部份來自颱風或其挾帶的西南氣流，由此可推論夏、秋季之洪水及土石流的發生機率己於1950至2005增加約一倍。(I.e. 莫拉克非偶然事件)

• 台灣冬、春季之水資源主要靠中小雨， 1950

至2005中小雨的減少使旱災發生機率明顯增加。

• 聯合國跨政府氣候變遷小組報告(IPCC2007)估計2005-2035可能會再增0.7C，即台灣前10%強降雨會再增加1950年之100% ，而最小20%的小雨則會再減少1950年之40%。

• 因此台灣的防洪、防土石流及防旱措施在今後25年須要較1950年增加三倍。

• 基本解決之道(mitigation)須要阻止地球暖化，節能減碳、甚至地球工程如大量反射陽光都應在考慮之內。

Global Emissions of CO2

http://www.eia.doe.gov/emeu/iea/carbon.html

0

5

10

15

20

25

1980 1985 1990 1995 2000 2005

Met

ric

To

ns

of

CO

2 p

er c

apit

a

United States Canada Australia France Germany

United Kingdom Russia China Japan Taiwan

12 9

4

4

現在 2050年

節約+效率(20%?) 非碳能源(45%?)

降低CO2排放量（公噸/年/人）

•太陽能(5%?)

•水力、風、海 (<5%)

•生質能 (20%?)

•核能(30%?)

台灣

全球 4 4

•素食、節約能源

•提升能源使用效率

•資源再利用

?oC

+

地球工程(Geo-engineering )

• 造林：可造林面積有限。(素食可有效增加面積)

• 海洋加營養塩：技術不成熟，太小、太貴。

• 沙漠架反光鏡：太貴，環境影响大。

• 太空反光鏡：太貴，時間太長，環境影响大。

• 平流層加懸浮微粒反射陽光（如火山微粒)：目前看起來最可行。

調適措施(adaptation)

• 我國的調適措施仍在計劃階段，例如國科會”

氣候變遷衝擊與調適”研究計畫。

• 節能減碳須時甚久(>50年)，調適措施必須迅速起動，我國防洪、防旱設施現在就須要加倍，25年後須加两倍。

• 山區的居住及開發須重新計劃，例如山區還適合居住嗎，山區的道路還值得維修嗎？

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