五南官網-氣候變遷與災害防救

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氣候變遷與災害防救

作　　者：林俊全、莊振義、李建堂
主　　編：國家教育研究院
出版社別：五南
書　　系：永續發展教育系列叢書
出版日期：2019/09/03(1版2刷)
ＩＳＢＮ：978-957-11-7939-1
書　　號：5AA2
頁　　數：184
開　　數：16K
定　　價：250元
優惠價格：225元

吳思華  教育部長
蔣本基  國立臺灣大學環境工程學研究所教授
林慶隆  國家教育研究院編譯發展中心主任

　　進入21世紀後，氣候變遷的課題越來越凸顯其與國家社會永續發展的關聯性，從災害的防制、確保維生體系的運作、糧食、能源與水資源的安全問題，都是未來嚴峻的挑戰。全球氣候暖化的事實將造成臺灣極端天氣現象，如暴雨、乾旱等，愈來愈顯著。全球暖化所造成的極端天氣現象，將對臺灣造成愈來愈嚴重的影響，許多災害的損失，往往會超乎過去的經驗。
　　臺灣的地理位置非常獨特，既是板塊碰撞的現場，也是季風、颱風侵襲的對象，雖然形成多樣的地景，但也因地理位置與脆弱的自然環境之因素，造成天災頻繁的地區。面對氣候變遷可能帶來的影響，自然不能掉以輕心，必須利用科學知識，作為調適、因應的手段。本書將由氣候變遷的特性著手，並以臺灣的各地理區的特性與可能面對的問題加以探討，並提出相關的策略與看法，作為全書的論述的架構。

林俊全
國立臺灣大學地理環境資源學系教授

莊振義
國立臺灣大學地理環境資源學系助理教授

李建堂
國立臺灣大學地理環境資源學系助理教授

國家教育研究院 主編

教育部長序
    全球氣候變遷已是我們面對永續發展的挑戰，亦是人類須嚴正面對的難題，在日趨嚴重的地球暖化現象，以及能源危機問題逐漸浮現後，環境保護與節能減碳，已成為地球村公民共同努力的目標。而《永續發展教育系列叢書》之出版，即是因應100年6月5日環境教育法施行後，我國將環境教育列為重要教育議題之一，以培養具有環境意識與素養的公民，希透過教育方式為永續發展做出貢獻。

 本叢書內容分為「永續環境」、「永續經濟」及「永續社會」三系列，其中永續環境系列包括《自然保育》、《公害與防治》、《氣候變遷與災害防救》及《環境與資源管理》等4冊；永續經濟系列包括《綠色產業》、《清潔生產》及《綠色所得與綠色消費》等3冊；永續社會系列包括《文化保存》、《社會正義與社區參與》及《人口與健康》等3冊。合計有10冊。由本部補助，國家教育研究院結合五十多位學者專家歷時兩年餘編著而成，再經由審查通過後出版，是國內第一套為大專校院永續發展教育課程與教學編著的專書。希望讓我國成為繼美國、日本、韓國、巴西之後，躋身少數將環境教育立法與落實教育政策的國家，揭示政府推動環境教育的用心與盡力，透過永續發展教育促進民眾主動積極瞭解人與人、人與自然，以及人與社會之相互關係，培養永續發展之知識、態度、技能、價值與倫理觀，進而產生對永續發展負責任的行為模式，以具體行動解決或避免問題，達到環境、經濟及社會的永續發展。

永續發展（Sustainable Development）教育內容關切環境與生態、環境問題以及其對人類社會文化的影響、瞭解日常生活中的環保行動、洞悉環境正義與世代永續公平發展、認識環境與經濟關係、環境法規與政策、國際環境公約與環保組織等等，係一個横跨環境、經濟以及社會學門的跨域整合的新領域，所需專長遍布各科系，除一般環境議題外，更擴及綠色產業、清潔生產、綠色消費、文化保存、人口與健康等前瞻性議題，涵蓋永續發展各面向，目前坊間並無一套適合大專校院學生使用的書籍，本叢書的出版正符合當前需求，相信對我國永續發展教育的推動，必能發揮很大的助益。

最後，本套書能如期如質付梓，感謝編著者、審查者、本部資訊及科技教育司同仁、國家教育研究院同仁及五南圖書出版有限公司等的努力及貢獻。

第一節	氣候與地表能量平衡
一、	天氣與氣候
天氣（weather）是指短時間（數小時到數天）內大氣變化的現象，例如降水（precipitation）、鋒面（fronts）、颱風等，都是屬於天氣現象（weather phenomena ）。這些變化的現象，可以使用一些基本的物理量，例如溫度、氣壓、水（牽涉到相的變化以及能量的傳遞與轉換）、風（大氣的運動）來進行定義與說明。而氣候（climate）在通常被定義為「天氣的平均現象」(average weather)，係指天氣在特定的地點，在特定的時間範圍內的平均（mean）以及變異（variability）之特性。氣候會隨著不同的時間尺度（如季、年、到數百萬、數千萬年）呈現不同的特徵與變化。由於氣候在時間方面具有多重尺度的特性，因此描述氣候特性與變化的具有其複雜性。依照世界氣象組織（World Meteorological Organization, WMO）的定義，是用30年作為描述氣候的時間範圍。依據目前世界氣象組織以及世界各研究單位，討論氣候統計與氣候變遷資料之定義，目前是西元1961年到1990年這三十年做為最新的全球氣候統計比較基準（定義為「正常Normal」）。自西元2020年開始，現有的1961-1990年基準將改為1991至2020年這30年資料做為比較基準。 
歷史上，氣候的變化不斷影響人類歷史的發展。例如在西元600到1200年之間，是歷史上有名的「中世紀溫暖期」(Medieval Warm Period, MWP)，北大西洋海冰銳減，呈現非常溫暖的情況，維京人(Vikings)得以殖民格陵蘭，發展先進的農業，並發展航海技術，稱霸歐洲。但是13世紀以後維持數百年之久的小冰河期（Little Ice Age），卻使整個區域溫度驟減，海冰再一次冰封北大西洋，截斷了北歐與格陵蘭之間的通道，也結束了維京人的霸業。居住在格陵蘭的維京人也因為氣候驟變，賴以生存的傳統農業崩潰，因為糧食不足，遭受饑荒之苦。
由於氣候的變化速度相對於天氣系統的變化緩慢許多，以人類有限的壽命，往往無法察覺氣候明顯的變化。人類對於日常生活當中，氣象現象變化的觀察與了解非常的早，不過對於氣候的了解以及其可能產生的變遷，卻遲至二十世紀開始才產生系統性的研究與歸納。不過在二十世紀初期，人類對於氣候變遷的了解非常有限，一開始的三十年，地球的溫度呈現微幅的上揚趨勢（圖2 1.1），不過自1940年代開始，觀測的溫度，卻呈現些幅下降的趨勢，當時的研究主流著認為地球正步入另一個冰期，而且急遽加劇的工業污染可能加快氣候變冷的腳步。不過自1970年代開始，整體地球的溫度，卻開始伴隨著溫室氣體的增加而呈現顯著上揚的趨勢。1950年代的科學家警告我們，人類造成的大氣污染使氣候逐漸變冷，但是1990年代的科學家則警告我們，如果不迅速控制溫室氣體的排放量，地球大氣的溫度將逐步升高。短短不到半世紀之間，科學家的看法截然不同。氣候的變冷與變暖是自然的變化或是人為的影響？至今科學界仍是眾說紛紜，具有不同的詮釋角度。由以上的例子，我們發現人類對於氣候的掌握非常有限，而其對人類的影響不容忽視。也因此，氣候變遷的議題是現今了解地球系統、人類與地球生態未來生存的重要課題之一。
為了充分了解氣候以及氣候變遷相關的課題，本章節將由地表能量收支開始了解主導氣候的重要因子，接著探討影響氣候變遷的主要因素，最後藉由溫室氣體來了解影響其影響氣候的主要機制。
二、地表能量與氣候
太陽是地球上所有生物以及物理化學現象唯一的能量來源。地表能量收支以及大氣系統中各種天氣現象都是受到太陽能量的影響。為了了解影響氣候以及其變遷得主要因素，必須先由太陽地表能量收支開始進行了解。
在地球大氣頂層表面的接受太陽的平均能量為1,367 W m-2。入射到地球系統的太陽能量，有大約30%會反射回太空之中，此稱為地球的平均反照率（average ace albedo）。這30% 反射回太空的能量中，其中有6%是由大氣中的氣體分子所反射，19%是由雲和大氣中的氣膠（aerosol）小微粒反射的，而剩下的5%則是由是由地球的表面（包括陸地與水體）所反射(圖1.2)。
沒有被反射回太空的能量則被地球系統（包括地球表面與大氣）所吸收。這70%被地球系統吸收的能量，其中有25%被大氣所吸收，45%則被地球表面所吸收。由於地球表面的長期的溫度大致維持一個定值，為了與入射的能量保持平衡，地球本身也必須向太空輻射出平均起來等量的能量。地球通過向外釋放長波輻射（long wave radiation）來呈現這種能量的平衡（energy balance）。依據史坦夫波茲曼定理（Stefan-Boltzmann Law），任何一個物體的溫度只要大於絕對零度（absolute zero，攝氏零下273.15度），都會釋放出長波輻射。而溫室效應氣體（greenhouse gas, GHG）會對地表所釋出的長波輻射產生吸收，進而加熱地表附近的溫度。
除了溫室效應氣體之外，大氣中的氣膠（aerosols）也會影響地球的能量收支。大氣氣膠是指懸浮在空氣中的細小顆粒，具有複雜的物理和化學組成，其來源包括自然產生及人為排放，前者如海洋飛沫、火山爆發、森林火災等；後者則主要包括工業污染及機動車輛所排放廢氣。當大氣系統之中出現大量的氣膠時，例如人為長時間持續的排放或是發生大規模的火山爆發時，就會使氣膠反射的太陽輻射量產生十分顯著的變化。一般而言，以火山爆發為例，降雨能在幾週之內清除大氣中的懸浮物，但是如果劇烈的火山爆發產生的物質，則可能被噴送到更高的平流層處，這些物質將會反射更多的太陽光回到外太空，進一步地在一定時間內提高地球的平均反照率。這些大氣氣膠會在影響了氣候一到兩年之後，才會降至對流層，然後由降水將其輸送回地面。因此，大規模的火山爆發能夠讓全球表面平均氣溫下降約0.5℃，並且持續數月甚至數年的時間。一些人為產生的氣膠，例如空氣污染，也會在一定的時間範圍內反射了大量的太陽光，進而影響地球平均溫度。
地球表面的能量平衡會因為不同的緯度地區成現不同的能量收支特徵。因為地球是球體，平均而言，到達中低緯度熱帶地區的太陽能量會比到達較高緯度地區的能量多。若假設地球沒有其他形式傳遞能量，僅單就太陽角度、日常長度等相關參數計算不同地區的地表能量收支情形，一般而言，在低緯度地區（低於38度），是屬於能量剩餘（energy surplus ）的地區，係指進入的地表的能量大於離開地表的能量。反之在高緯度地區（大於38度），是屬於能量不足（energy deficit ）的地區，係指進入的地表的能量小於離開地表的能量。但是地球系統本身，會透過大氣和和海洋環流，包括大尺度的天氣系統，能夠使能量從熱帶地區輸送到高緯度地區，使不同緯度地區的能量可以重新分配。此外，從海洋或陸地表面蒸發水（由液相變為氣相）會吸收大量的能量，稱為蒸發潛熱（latent heat of vaporization），當水蒸氣在雲中凝結（由氣相變為液相）的時候，這些能量就被釋放出來，而大氣環流主要是通過這種潛熱的釋放來驅動的。反之，通過風作用在海洋水體的表面，以及通過降水和蒸發來改變海洋表面的溫度和鹽度，大氣環流又驅動了許多海洋環流。這些大氣環流與海洋環流則進一步影響不同緯度地區的氣候型態。

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