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1、Slide 1 - 中研院物理中研院物理研究所研究所天氣與氣候天氣(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(SteadyState)(長期WMO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、一年平均幾個颱風侵台?-一個常被提出來的問題10天後的氣温都預報不準，還要報幾十年以後的氣温?答案10天後的温度難預報，10年後台灣的年平均氣温却容易預報，因控制後者的機制比前者簡單。温室效應(GreenhouseEffect)全球平均地面氣温15 oC 或 288 oK若無溫室氣體
2、-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。金星溫室效應有460 oC, 因金星CO2有100 大氣壓。Runaway greenhouse effect, 因之無水?行星之死?火星溫室效應只有 3 oC, 因只有0.06 大氣壓。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。特殊天氣事件與氣候變遷特殊天氣事件往往會與氣候變遷拉上關係,尤其是台灣的媒体。例如:(1)莫拉克颱風是全球暖化
3、造成的.(2)2010年冬天歐洲、美洲及中國的暴風雪及酷寒(北極振盪)是要進入小冰河期.中央氣象局十五個站每十年平均降雨強度分佈圖中央氣象局十五個站每十年平均降雨強度分佈圖(1961-2005) (準正態分佈準正態分佈)(qusi-normal distribution)降雨強度(mm/hour)降雨(mm)Morakot莫拉克联合國跨政府氣候小組(IPCC)模式預測的21世紀各種溫室氣體情況之地表增温緯緯度度中國東部時間(千年前)大禹治水LucyWikipedea:RobRohdespalaeotemperaturegraphspastedtogetherononepage,withRoye
4、retalsCO2-correctedPaleozoic-MesozoicrecordsubstitutedforVeizeretalsuncorrectedrecord.2-4oCOut of Africa全全新新世世氣氣候候最最佳佳期期北京北京猿人猿人始新世氣始新世氣候最佳期候最佳期文文明明古古國國智智人人類型：JPGMapshowsthespatialandtemporallocationsofancient civilizations四大文明古國四大文明古國:中國、印度、埃及、小亞細亞，都是在距中國、印度、埃及、小亞細亞，都是在距今約今約7000-4000年前發展出來，極可能都跟當時年
5、前發展出來，極可能都跟當時(全新世氣全新世氣候最佳期候最佳期)的良好氣候環境有關。但良好氣候環境是指什的良好氣候環境有關。但良好氣候環境是指什麼麼?絕大部份的人認為是北半球中緯度温暖的氣溫。絕大部份的人認為是北半球中緯度温暖的氣溫。”良好氣候環境良好氣候環境”應當不是指北半球中緯度温暖的氣溫，因應當不是指北半球中緯度温暖的氣溫，因為若是為了温暖，人類可以在低緯度輕易找到，例如華夏為若是為了温暖，人類可以在低緯度輕易找到，例如華夏族大可選擇長江而非黃河做為中華文明的母親河。並且自族大可選擇長江而非黃河做為中華文明的母親河。並且自從從Lucy(約約3百萬年前百萬年前)以來，人類大部份時間就生活在比
6、以來，人類大部份時間就生活在比現在至少低現在至少低1 oC的地球上，早己習慣較凉的氣候。的地球上，早己習慣較凉的氣候。”良好氣候環境良好氣候環境”應是指自然災害的風險較低，包括水災、應是指自然災害的風險較低，包括水災、旱災、地震及海嘯，很明顯四大文明古國都遠離地震及海旱災、地震及海嘯，很明顯四大文明古國都遠離地震及海嘯頻繁區域，問題是古代水災、旱災的風險如何評估嘯頻繁區域，問題是古代水災、旱災的風險如何評估?以以下我們以中國為例來討論這個問題。下我們以中國為例來討論這個問題。夏朝之領域夏朝之領域 (2100-1600 BC)w:en:User:Gurdjieff(LamassuDesign)文
7、件文件历史文件链接 青海省貴德縣附近的黃河在蘭州的黃河黃河被稱爲中華文明的母親河。公元前黃河被稱爲中華文明的母親河。公元前5000-2000多年華夏族在黃河領域的中原地區繁衍。多年華夏族在黃河領域的中原地區繁衍。但據歷史記載在但據歷史記載在(公元前公元前595年年-1946年年)的的2540年年間，黃河氾濫近間，黃河氾濫近1593次，平均次，平均1.6年氾濫年氾濫1次。次。作家柏楊曾說黃河像一隻在大地上翻騰跳踉的作家柏楊曾說黃河像一隻在大地上翻騰跳踉的巨龍，為中國人帶來無法抗拒的災難巨龍，為中國人帶來無法抗拒的災難為什麼這條無法抗拒的巨龍會被華夏族在公元前為什麼這條無法抗拒的巨龍會被華夏族在公
8、元前5000-2000多年選為中華文明的母親河多年選為中華文明的母親河?黃河流域在公元前黃河流域在公元前5000-2000年間，氣温高出現在年間，氣温高出現在約約2，黄土土質肥沃，耕作容易，黃河中下游流域，黄土土質肥沃，耕作容易，黃河中下游流域有雷夏澤、大野澤等眾多湖泊。湖泊的存在証明當有雷夏澤、大野澤等眾多湖泊。湖泊的存在証明當時黃河挾帶泥沙甚少，否則湖泊很快會被淤塞時黃河挾帶泥沙甚少，否則湖泊很快會被淤塞(現在現在黃河中下游沒有湖泊黃河中下游沒有湖泊)。也顯示當時暴雨少，森林、。也顯示當時暴雨少，森林、草原植被良好。草原植被良好。黃河當時可能是清的黃河當時可能是清的黃河當時可能是清的黃河當
9、時可能是清的! !河字在秦漢以前是河字在秦漢以前是河字在秦漢以前是河字在秦漢以前是黃河的專稱，史記全篇不見黃河的說法，只曰河。黃河的專稱，史記全篇不見黃河的說法，只曰河。黃河的專稱，史記全篇不見黃河的說法，只曰河。黃河的專稱，史記全篇不見黃河的說法，只曰河。我們的理論我們的理論我們的理論我們的理論: :當時熱帶海溫較低，降低全球降雨強度，即暴雨較當時熱帶海溫較低，降低全球降雨強度，即暴雨較當時熱帶海溫較低，降低全球降雨強度，即暴雨較當時熱帶海溫較低，降低全球降雨強度，即暴雨較少，而中、小雨相對較多，提供對農牧有利的降雨少，而中、小雨相對較多，提供對農牧有利的降雨少，而中、小雨相對較多，提供對農
10、牧有利的降雨少，而中、小雨相對較多，提供對農牧有利的降雨條件，森林、草原植被良好，黃河因而是清的。條件，森林、草原植被良好，黃河因而是清的。條件，森林、草原植被良好，黃河因而是清的。條件，森林、草原植被良好，黃河因而是清的。緯緯度度中國東部時間(千年前)大禹治水北半球中緯度降雨強度北半球中緯度降雨強度(P)隨隨熱帶海洋表面温度熱帶海洋表面温度(SST)降温降温 1K 之變化之變化小雨小雨 中雨中雨 大雨大雨熱帶海溫較低的影响熱帶海溫較低的影响大雨減少可以降低水災、土石流發生的大雨減少可以降低水災、土石流發生的風險。風險。中、小雨是土壤保持溼潤的重要水份來中、小雨是土壤保持溼潤的重要水份來源，中
11、、小雨增加可以減少旱災，有利源，中、小雨增加可以減少旱災，有利於森林植被的保育。於森林植被的保育。熱帶海熱帶海熱帶海熱帶海溫較低溫較低溫較低溫較低降雨降雨降雨降雨強度低強度低強度低強度低風調風調風調風調雨順雨順雨順雨順森林森林森林森林湖泊湖泊湖泊湖泊黃河黃河黃河黃河不黃不黃不黃不黃肥沃土質肥沃土質+森林、湖泊森林、湖泊+風調雨順風調雨順+可靠的黃可靠的黃河河+温和的氣温温和的氣温 = 華夏文化的搖籃華夏文化的搖籃-假如在大禹治水時期假如在大禹治水時期(公元前公元前2100年年)也是平均也是平均1.6年氾濫年氾濫1次，那在他治水次，那在他治水13年內，黃河應氾濫年內，黃河應氾濫約約8次，大禹却成
12、功，難道大禹真的比過去次，大禹却成功，難道大禹真的比過去2500年間的所有治水專家高明嗎年間的所有治水專家高明嗎?我們的推斷我們的推斷:在大禹治水在大禹治水13年內，黃河可能只有年內，黃河可能只有小型氾濫一、二次，換句話說，除了大禹的高超小型氾濫一、二次，換句話說，除了大禹的高超治水技術與努力之外，天時、地利都幫了忙。治水技術與努力之外，天時、地利都幫了忙。IPCC模式預測的21世紀各種溫室氣體情況之地表增温相對相對20世紀的世紀的0.6度增温，度增温，21世紀預測增温世紀預測增温約約3-6倍，即倍，即1.8-4.0度。度。2100二十一世紀的氣候變化二十一世紀的氣候變化相對相對20世紀全球的
13、世紀全球的0.6度增温，度增温，21世紀預世紀預測增温高達測增温高達3-6倍倍! 即即1.8-4.0度。度。海平面上升海平面上升18-59公分。公分。 (不是不是 4-8 公尺公尺)極高溫日數會增加，極低温日數會減少極高溫日數會增加，極低温日數會減少旱災更嚴重。旱災更嚴重。颱風、暴雨颱風、暴雨可能可能會更多、更嚴重會更多、更嚴重-(前两項可先研究前两項可先研究10-20年年，後三項則急切須，後三項則急切須要調適措施要調適措施)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及小雨減少的現象，並且極高温如熱浪及極
14、低温的變化也很大。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。極高，尤其是區域性的變化更難預測。 因此因此IPCC2007對極端天氣對極端天氣受氣候變遷影響受氣候變遷影響的預測的預測相當保守。相當保守。台灣的熱浪(根据論文:Shiu,LiuandChen2009inJournalofClimate)藍色是減少，紅色是增加。白天晚上台灣温度變化台灣温度變化 (1961-2005)白天最高温超過36度的日子最低温超過25度的晚上，即須要冷氣的晚上台灣的熱浪台灣的熱浪台灣的熱浪主要在台北，其成因主要是台灣的熱浪主要在
15、台北，其成因主要是都市熱島效應，不是全球暖化的結果。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。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。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.,CongbinFu,Chein-JungShiu,Jen-PingChen,andFutingWu,GRL,2009.極端降雨的重要性極端降雨的重要性大雨增加會導至水災。大雨增加會導至水災。小雨是土壤保持溼潤及地下水的重要來小雨是土壤保持溼潤及地下水的重
16、要來源，大雨容易流失。源，大雨容易流失。小雨長期減少會加重旱災，尤其是台灣小雨長期減少會加重旱災，尤其是台灣西南部。西南部。UpdatedfromLiuetal.(2002)Hsu&Chen(2002)alsonoticedthelossoflightrain.中央氣象局十五個站每十年平均降雨強度分佈圖中央氣象局十五個站每十年平均降雨強度分佈圖(1961-2005) (準正態分佈準正態分佈)(qusi-normal distribution)降雨強度(mm/hour)降雨(mm)美國每十年平均降雨強度分佈圖(1961-2005)(準正態分佈)(qusi-normaldistribution)L
17、ineartrendsofprecipitations(inmm/4hours)atdifferentintensitiesinJapan,(a)for3timeperiods,(b)for4seasons,(c)for3regions,and(d)for3urbanpopulationranges.(Fujibeetal.,2005)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)19612005降雨強度(十等份)強降雨隨全球温度變化的理論Clausius-Clapeyronequation預測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
18、增加率。Trenberthetal.(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。全年總雨量隨全球温度增加值很小，約2%/K。而高空潛熱的增加會使大氣穩定度增加，因此強降雨增加會使小、中雨減少。但14個IPCC氣候模式估算降雨強度的增加却只有2%/K，遠小於Clausius-Clapeyronequation預測值.因此IPCC2007對極端天氣受氣候變遷影響的預測相當保守。ConvectionthatPowersTropicalCyclones(NationalWeatherService)FromLiuetal.(GRL,2009)我們的分析顯示IPCC2007
19、嚴重低估極端天氣的變化，也就是水、旱災發生的機率遠超過IPCC2007的估計。Amountsofprecipitationvs.precipitationintensityinbinsof2mm/daybin-width,bluebarsaretheaveragevaluesoftwocoolestyears(1984,1985)intheGPCPdataperiod(1979-2007),redbarstheaveragevaluesoftwowarmestyears(1998,2005).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1
20、00%，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年增加三倍三倍。基本解決之道(mitigation)須要阻止地
21、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。GlobalEmissionsofCO2http:/www.eia.doe.gov/emeu/iea/carbon.html12129 94 44 4現在2050年節約節約節約節約+ +效率效率效率效率(20%?)(20%?)非碳能源非碳能源非碳能源非碳能源(45%?)(45%?)降低CO2排放量（公噸/年/人）太陽能(5%?)水力、風、海(50年年)，調適措施必須迅速，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，起動，我國防洪、防旱設施現在就須要加倍，25年後須加两倍。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？合居住嗎，山區的道路還值得維修嗎？謝謝!歡迎指教、發問、討論!
