氣候變遷的衝擊：氣候變遷的挑戰與因應
97/04/09
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童慶斌｜
臺灣大學生物環境系統工程學系
林嘉佑｜
臺灣大學生物環境系統工程學系
氣候變遷
「氣候變遷」像信仰，這個論點眾說紛紜，有人相信，有人不相信，因此，有人積極因應，有人卻不動如山。近幾年接連發生的極端天氣與不斷創新紀錄的氣象事件，造成如高山櫻花提早開花，或歐洲出現暖冬造成滑雪場無雪可滑，使得大家逐漸感受到氣候變化的威力與不便，許多人開始思考「這只是自然變異嗎？還是有人為影響？」，以及「氣候與環境會繼續惡化嗎？又會有什麼衝擊呢？」。
跨政府氣候變遷專門委員會（intergovernmental panel on climate change, IPCC）第一工作小組在 2007 年 2 月發表報告指出，證據顯示過去記錄到的氣候變化，不能完全歸因於自然變異，而是有相當程度的人為影響因素，且氣候變遷會導致極端事件程度更加惡化與發生次數更加頻繁，使未來的生態環境退化、人類社會經濟發展受限。因此，如果上述惡夢成真，暴雨洪水、不雨乾旱等極端事件成為常態時，生態環境是否可以承受？人類社會是否有能力因應？面對可能的氣候變遷，是要以不變應萬變，還是要有備無患呢？
對水文及水資源的衝擊
水是生命最重要的元素。水文循環是個生生不息的歷程，透過蒸發，水從海洋被送到大氣，再藉由降水回到地表，降在陸地上的水終將回到海洋完成水循環。水文循環有許多次系統，主要的驅動力是太陽輻射能量。水文循環包括降雨、地表逕流、入滲、蒸發散、地下水流等，因此當能量系統改變氣候時，也會改變水文循環系統。也就是說，氣候改變最直接衝響的對象，包含水文及水資源供應與防災系統。
水文或水資源系統的主要分析單元是流域，流域接收降雨帶來的水分，部分水分由蒸發被帶回大氣，剩餘部分在地表流動或入滲至土壤中而成為地下水。降雨與蒸發都和氣候直接相關，因此，地表流量與地下水補注量都會受到氣候影響，所以說氣候變遷會帶來衝擊。
氣候變遷使得氣候變異加劇，根據研究，未來臺灣豐水期間（5 月到 10 月）極端降雨強度會增加，其影響包括地表流量大增導致洪災、土石流災害等。此外，由於降雨強度過大，在雨水入滲土壤前都已由地表排出，這對地下水源補充不利。另外，連續不降雨日會更長，導致地表流量與地下水補注量減少，進一步影響供水的能力。
農業灌溉是臺灣地區供水的大宗，它的變化會顯著影響區域水資源的供需平衡。農業灌溉水的主要目的是滿足作物蒸發散量，而蒸發散量與輻射能量、溫度及土壤水分息息相關。此外，作物生長期也可能因全球暖化的溫度上升而縮短，進而影響灌溉需水的分布。目前研究顯示，臺灣地區春季第一期作初期需水量將會上升，成熟期則會因生長期改變而減少。
水資源供應量與時間分布都會受氣候變遷影響，地表水資源可供應量隨著氣候變異加劇而變化加大，使得蓄水設施的需求增加，地下水資源可利用量因為補注可能減少而降低，從水資源供應端來看，地表與地下水資源可供應量的信賴度將降低。水資源需求量與時間分布的改變、水資源可供應量降低與變異加大，都揭露出強化彈性管理制度的重要性。
對水質的影響
水質也是影響人類與自然系統的重要元素，人類親水環境與生態健康棲地都需要良好的水質。近年來桃園地區石門水庫的水量雖然充足，卻因含砂量過高，導致水廠無法處理而缺水，即凸顯水質與水量的相關性。IPCC 第二工作小組在 2007 年 4 月 6 日發表的評估總結報告中，提出針對不同面向，如水資源、海岸地區、生態等，與不同區域的分析結果，根據推估，氣候變遷對於不同領域、不同區域都會帶來不等程度的負面衝擊，其中也包含自然水體的水質。
在探討氣候變遷對水質會產生何種影響前，須先對自然水體中的生物、化學反應做一個簡單的介紹。自然水體，比如河川、湖泊、海洋等，一般都是用生化需氧量、溶氧、酸鹼度、濁度、氨氮、總磷、大腸桿菌類及比導電度8項指標來表示水體的水質狀況。
上述指標中溶氧量被視為是最重要的，因為溶氧是大多數水棲生物賴以生存的重要物質。水棲生物透過呼吸作用，攝取水中溶氧進行養分代謝，來產生所需的能量，一旦水中溶氧量過低，會影響其生存，甚至造成死亡。而自然水體中除了呼吸作用外，尚有許多反應會影響水中的溶氧量，比如「袪氧作用」、「曝氣作用」等。
當污染物進入水體後，其中的有機成分會受到水中微生物的分解，在這過程中，微生物一方面消耗水中的溶氧，同時把有機質分解成二氧化碳與其他鹽類，這樣的反應稱為「袪氧作用」。袪氧作用產生的鹽類，會被水中的藻類或其他水生植物吸收，做為生長所需的養分。
另外，當河川的溶氧因袪氧作用而減少後，大氣中所含的氧氣會藉由大氣與水體的交界面而逐漸溶入水中，以補充水中的溶氧，這種現象稱為「曝氣作用」。「袪氧作用」與「曝氣作用」對於河川的影響是相反的，一旦前者的影響程度超過後者，河川的溶氧將持續下降，反之則持續上升。
除了上述幾種反應外，水溫也是影響水中溶氧量的關鍵。對於水體而言，水溫的高低與水中的飽和溶氧量呈反比關係，即水溫越低，飽和溶氧量越高。我們所量到的水體溶氧量，就是總和了上述呼吸作用、袪氧作用、曝氣作用等反應，並考量水體飽和溶氧量而得的最終結果。
受到全球暖化的影響，地球的平均溫度將持續上升，一般認為河川的水溫與大氣的氣溫有直接的關聯性，一旦全球平均溫度上升，河川水溫也會受到影響而升高。從污染的角度來看，水溫越高，袪氧反應的速度也會越快，即同樣數量的污染物，會在較短的時間內分解。然而由另一個角度來看，袪氧作用的反應越快，也代表河川中的溶氧將以較高的速率被消耗而大幅降低。當水中溶氧量因袪氧作用的加強而持續降低時，水體的飽和溶氧量也因為水溫的升高而雪上加霜地呈現貧氧狀態，最終會影響水體的生態。
氣候變遷除了會對水體的溶氧量造成負面影響外，也會導致其他水質指標惡化。根據學者研究，臺灣地區河川流量都有極端化的趨勢，豐水期流量增加，而枯水期減少，也就是豐、枯水期時的流量差異逐漸增大。枯水期時，污染物質排入河川中，但河川僅具備較低的流量，無法稀釋、淨化污染物質，導致污染濃度增加。
在豐水期時，河川雖然擁有較大的涵容污染能力，然而由於暴雨引發了流域內泥沙沖刷、土石崩坍等災難，且增大的流量也加強了河床沖蝕，反而使河流中懸浮微粒濃度大增，河川濁度加大，進而影響河川中的生態，也惡化了供水系統。
另一方面，人為活動排放的二氧化碳除了一部分停留在大氣中外，其餘的則被海洋吸收。二氧化碳溶入水中後，將分解為氫離子與碳酸離子，其中氫離子使得水中的酸鹼值（pH 值）降低，使水呈現酸性。海洋占地球面積的 70％，是世界上最大的水體，因其有容乃大，使得二氧化碳溶入海洋的現象長期被忽視。
海洋廣大無垠，似乎再多的二氧化碳也不致對它造成影響，然而 IPCC 發表的第四份氣候變化評估報告卻指出，近年來由於大量二氧化碳進入海洋，海洋的平均酸鹼值已經降低了 0.1。酸鹼值降低 0.1 看似微不足道，卻表示人為活動排放的二氧化碳量已經多到足以對海洋產生影響，其嚴重性不容忽略。而且水體的酸鹼值對於水棲生物的影響甚巨，因為酸化的海洋不利於魚類與其他海洋生物的生存。
挑戰與因應
不管自然或人為系統都有調適環境變動的能力。氣候變遷的第一個挑戰在於不只是平均狀態的改變，其所引發較大的氣候變動範圍更是一大問題，如 2001 年納莉颱風的暴雨導致臺北大淹水，緊接著 2002 年春天臺灣地區卻又長期不雨導致乾旱，就是警訊。平均狀態的改變或許較易適應調整，但較大的氣候變動現象卻需要我們具備更大的應變能力。
氣候變遷第二個挑戰在於氣候不只是從一種狀態變化至另一種狀態，而是一直在改變。因此，因應氣候變遷的衝擊不僅在於適應變遷後的新氣候狀態，更要有策略因應不斷改變的環境。
在發展的過程中，習慣以過去經驗來解決未來問題，例如農民根據節氣進行農稼，水利工程師根據河川流量的歷史紀錄設計堤防、水庫等。但當環境改變時，人類累積的經驗是否仍然有效？堤防結構一旦完工便不易再補強，但變遷的氣候卻可能惡化到發生極端事件。當過去發生頻率是兩百分之一的洪水量，變成百分之一或十分之一時，堤防防洪失敗機率將從 0.5％ 上升到 1％ 或 10％，因此是否仍然可用「以不變應萬變」來應對？
因應氣候變遷的方法包括溫室氣體管制。或許有人認為是不是只要溫室氣體管制得宜，就不會有氣候變遷，因此不需要太在意未來的適應問題？答案當然是否定的。雖然國際上不斷努力控制溫室氣體排放，但聯合國的目標僅希望在西元 2100 年前把大氣中二氧化碳濃度穩定在工業革命前（280 ppm）的兩倍，約 560 ppm。這意味著氣候變遷是不可避免的，即使溫室氣體管制成功，我們仍會面對一個新的氣候環境，而在這過程中，氣候會不斷地改變。因此，積極建立調適能力將相當重要。
氣候變遷的證據雖然越來越多也更明確，但要用在預測未來仍有其限制，例如颱風是台灣致災的重要極端氣象事件，但是目前氣候變遷的分析資料還是無法提供充分的量化數據。又如氣候變遷研究雖可了解豐水期雨量與流量增加的趨勢，以及可能導致堤防失敗的風險，但由於分析資料仍有相當大的不確定性，其結果並不適合直接應用。此外，乾旱程度增加與豐枯差異加大也意味著要能夠彈性調整蓄水庫的容量，使得氣候變遷的分析結果也不適合直接用於新建水庫的容量分析。
氣候變遷是不可避免的，非得採取必要的因應措施，但分析資料的不確定性高，無法應用於傳統的工程設計，那該怎麼辦？其實要維持自然生態環境健康與人類文明社會經濟發展，恐怕必須有新的思維。2006 年荷蘭人提出漂浮城市（floating city）的觀念，以因應全球暖化海水上升所引發的低地淹水問題，就是一例。
面對變遷中環境的挑戰，有賴大家集思廣益，提出適當的調整與適應策略，才能在未來新環境中維持自然健康與人類文明發展。古人所說「以不變應萬變」的前提是：所有變化都在預期與可因應的範圍中，因而可以見招拆招。但如果新環境可能超越可因應的範圍，就得先有備，方能無患。因此，氣候變遷正確的因應之道是「有備以應萬變」。
