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全球暖化對台灣的考驗

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全球暖化對台灣的考驗. 劉紹臣 中央研究院 環境變遷研究中心 嘉義縣人力發展所 August6, 2014. 這場演講全部資料 ( 除了少數特別註明處 ) 都是根据發表于正式科學期刋內的文章及聯合國跨政府氣候變遷委員會 (IPCC) 的報告 . 歡迎隨時發問. Acknowledgment A significant part of this talk is based on: Liu, S. C., C. Fu, C-J Shiu, J-P Chen, and F. Wu, GRL, 2009.

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Presentation Transcript
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全球暖化對台灣的考驗

劉紹臣

中央研究院 環境變遷研究中心

嘉義縣人力發展所

August6, 2014

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這場演講全部資料(除了少數特別註明處)都是根据發表于正式科學期刋內的文章及聯合國跨政府氣候變遷委員會(IPCC)的報告.這場演講全部資料(除了少數特別註明處)都是根据發表于正式科學期刋內的文章及聯合國跨政府氣候變遷委員會(IPCC)的報告.
  • 歡迎隨時發問.
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Acknowledgment

A significant part of this talk is based on:

Liu, S. C., C. Fu, C-J Shiu, J-P Chen, and F. Wu, GRL, 2009.

Shiu, C-J, S. C. Liu & J-P Chen, Journal of Climate, 2009.

Shiu, C. J., S. C. Liu, C. Fu, A. Dai, and Y. Sun, GRL, 2012.

greenhouse effect
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。
slide7

Fossil 7.8 →

Atmosphere

240

Anthropogenic

IPCC2013

14.1

17.7

20

12.7

Ocean Surface layer

(100 m)

Soil + Plants

-30

2.7

0.4

Deep Ocean

155 (3900 m)

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台灣

全球

slide10

联合國跨政府氣候變遷委員會(IPCC2013)

模式預測的21世紀各種溫室氣體情況之地表增温

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中國東部

緯度

時間(千年前) 大禹治水

slide12

始新世氣候最佳期

全新世氣候最佳期

Out of Africa

智人

2-4oC

文明古國

Lucy

北京猿人

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.

slide13

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

slide14
大雨少,水災、土石流就少。
  • 小、中雨是土壤保持溼潤及地下水的重要來源,大雨容易流失。
  • 大雨少,小、中雨多 風調雨順。
  • 大禹治水能成功,除了大禹的高超治水技術與努力之外,天時、地利都幫了忙。(Liu and Shiu 2012,尚未發表)
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联合國跨政府氣候變遷委員會(IPCC2013)

模式預測的21世紀各種溫室氣體情況之地表增温

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联合國跨政府氣候變遷委員會(IPCC2013)

模式預測的21世紀各種溫室氣體情況之海平面上升值

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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2-6倍! 即1.0-4.0度。
  • 海平面上升28-98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、暴雨可能會更多、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)

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氣候暖化與極端天氣變化他們有因果關係嗎?

2003 歐洲熱浪:超過 30 000 人死亡。

2010 年洪水在巴基斯坦: 2000 多人死亡。

2010年在東南亞及中國 乾旱:影響數以百萬計。

2013 年颱風海燕 (洪水)在菲律賓: 5500 多人死亡。

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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,颱風路徑預報。

  • 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)。
  • 也不應說特殊天氣事件如莫拉克或歐洲熱浪是氣候暖化造成的。
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中央氣象局十五個站每十年平均降雨強度分佈圖(1961-2010)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(mm)

Morakot

莫拉克

降雨強度(mm/hour)

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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。
  • 因此以下我們分析台灣中央氣象局1961-2011氣候變化的資料,從過去看未來。
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台灣的熱浪

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

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台灣温度變化 (1961-2005)

白天

(Shiu et al. 2009)

晚上

藍色是減少,紅色是增加。

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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。
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全球暖化對極端降雨的影響

主要根据:

Liu, S. C., C. Fu, C-J Shiu, J-P Chen, and F. Wu, GRL, 2009.

Shiu, C. J., S. C. Liu, C. Fu, A. Dai, and Y. Sun, GRL, 2012.

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世界各國近十幾年都有報告大雨增加及中、小雨的現象 (e.g. Karl & Knight, 1998; Liu et al., 2005; Goswami et al., 2006).
  • 熱帶海洋也觀測到相同的現象(Lau and Wu, 2007).
slide31
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。
derived from 15 taiwan cwb weather stations 1961 2011
Derived from 15 Taiwan CWB Weather Stations(1961~2011)

年平均無雨日=213天

小雨

大雨

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Correlation between the top 10% precipitation of TCs in the northwestern Pacific and temperature of 30S-30N
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Correlation between the inter-annual difference of precipitation of TCs in the northwestern Pacific and the corresponding difference of temperature of 30S-30N

slide38
1950-2010全球温度約增加0.6C,210%x0.6 = 126%,即西北太平洋颱風前10%強降雨己增加約126%。
  • 影響台灣之颱風前10%強降雨也增加約126%,海岸社區的水災及暴潮也隨之增加,菲律賓增加更多,由此可推論莫拉克及海燕颱風皆非偶然事件。
  • 台灣冬、春季之水資源主要靠中小雨, 1950至2010中小雨的減少使旱災發生機率明顯增加。
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IPCC2013預計在 2010-2040 年,全球氣溫可能再增加 0.6 C,也就是影響台灣之颱風前10%強降雨在 1950-2040將增加約250%。
  • 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年增加約2.5倍。
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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。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。
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?oC

現在

2050年

降低CO2排放量(公噸/年/人)

全球

4

4

4

台灣

4

12

9

節約+效率(20%?)

非碳能源(45%?)

  • 太陽能(5%?)
  • 水力、風、海 (<5%)
  • 生質能 (20%?)
  • 核能(30%?)
  • 素食、節約能源
  • 提升能源使用效率
  • 資源再利用

+

geo engineering
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:目前看起來最可行。 (己有自然實例:火山微粒)
adaptation
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約125%,30年後須加約250%。
  • 山區的居住及開發須重新計劃,例如山區是否還適合居住?山區的道路還值得維修嗎?
slide46

謝謝!

歡迎指教、發問、討論!