專訪中研院劉紹臣院士：氣候變遷如何影響台灣降雨？如何面對「旱澇並存」的未來？

採訪編輯：古國廷｜美術編輯：張語辰

防洪、防旱前先知道......

2018年8月強降雨使南部水災，造成居民傷亡也重創當地產業；同年9月，北部降雨使北北基多處淹水。時節進入冬季與春季，台灣又可能面臨長時間沒有下雨，引發缺水危機。如何面對「旱澇並存」的未來？本文專訪中研院劉紹臣院士，藉由數十年的大氣科學研究，帶我們了解氣候變遷如何影響台灣降雨的變化。

區域大雨越來越大、小雨越來越小，這種趨勢會隨全球溫度的增加越來越厲害。

根據聯合國IPCC報告，從1880年到2012年全球平均地表溫度增加約0.85°C。雖然聯合國研究報告或觀測資料分析，都認為「全球溫度變化」對「全世界總雨量」影響不明顯，但劉紹臣與其團隊發現「地方區域降雨」卻有所改變。

劉紹臣團隊選定北緯60度至南緯60度之間的區域，針對1979年至2013年世界各地雨量與溫度資料，使用年際變異法（Interannual Difference Method, IDM）分析，即任意選擇兩年雨量計算差值，然後比對該兩年的溫度差異做統計分析。分析結果顯示：區域降雨變化趨勢，大多呈現強降雨增加、中小雨減少。

資料來源│Liu, R., Liu, S.C., Shiu, CJ. et al. Adv. Atmos. Sci. （2016） 33: 164.

「陸地上看到的這種現象，是用傳統降雨的雨量計測量出來的。海上則是來自遙測衛星的觀測。從陸地和海洋的區域觀測來看，區域大雨越來越大、小雨越來越小的現象非常一致。」劉紹臣補充。

以下為劉紹臣回答關於氣候的各個問題。

什麼原因使得全球區域大雨越強、中小雨越小？

強降雨生成的原因，是由於底部有很多又濕又暖的空氣，而上面是相對比較乾冷的空氣；那這種情況下面熱、上面冷，它就會產生不穩定性質，因為熱的空氣密度比較低，熱空氣就會開始上升。

熱空氣含有很多水氣的話，上升到幾公里以後，那個水氣就開始變成液態水；再上升幾公里，通常是到六、七公里以後變得更冷，液態水就會變成冰。在水氣變液態、又變成固態的時候，會釋放出來所謂「潛熱」，會使這個對流更加強。

圖說重製│古國廷、張語辰

全球暖化的時候，溫度增加，空氣裡面的飽和水蒸氣也會增加。每增加絕對溫度1K，空氣中的飽和水蒸氣會增加差不多7％；也就是說，每增加1K，這個對流釋放出來的潛熱就會多出7％。

潛熱增加了7％，氣流每這樣上下翻動一下，對流的強度也會增加7％，吸進來的水氣量也跟著增加。本來吸進來的半徑好比說是周圍10公里，可是對流一加強以後，吸進水氣的能量就更強了，就是以20公里的半徑範圍吸進大氣中的水氣。這個循環會繼續，因為它有一個正向的回饋作用，所以這個區域的降雨增幅就超過7％。

因此，當對流的水氣越多，釋放出來的潛熱越多，那個區域的強降雨就會越強。

至於中小雨為何會減少，是因為氣溫增加1K，大氣裡面的飽和水蒸氣只增加7％，但這個強降雨拿走那麼多水氣，中小雨分配到的水氣就少很多。基於這些原因，我們才會看到地球上大部分區域的強降雨增加、而中小雨普遍減少。

若以總雨量來說，原來有大量強降雨的地區（例如大洋洲附近），雨量會增加；原來中小雨比較多的地方（例如墨西哥西部的大面積海洋），雨量就會减少。

氣候變遷如何影響台灣降雨？對我們生活有何衝擊？

台灣區域降雨同樣有大雨越強、中小雨越小的變化。我們研究團隊蒐集1961年至2005年間，中央氣象局15個地面觀測站資料，將這45年來降雨量依降雨強度分成十個等級，再分析各年度降雨強度之降雨量隨溫度的變化。結果如下表所示：

資料來源│劉紹臣提供(取自 Liu et al., 2009 未發表的資料)

我們的分析結果發現：台灣強降雨隨溫度升高而增強，當全球溫度每增加1K，台灣降雨強度前10％強降雨的降雨量，大約增加140％。相對的，中小雨隨溫度升高而減少，降雨強度後10％小雨的降雨量，隨之減少大約70％。

近年也發現中小雨的日數一直在減少，不降雨的日數正在增加。這種情況通常是在冬天和春天發生，是台灣乾旱最嚴重的季節。

我們研究1961年至2011年侵襲台灣的颱風特性，也看到類似趨勢。研究結果發現：隨著全球溫度增加，侵襲台灣颱風的強降雨強度也隨之增加，而中小雨減少。

這個是非常可怕的事情，也就是說颱風強降雨會增加很多，那颱風引起的洪水還有土石流也就隨著增加。因為中小雨減少的趨勢，乾旱對我們台灣的影響又比洪水來得更大，不只農業需要水，工業也需要用水。面對這些災害，台灣必須採取調適措施因應，問題在於──我們的調適政策是根據「氣候模式」制定。

台灣的氣候變遷調適政策建立在氣候模式之上，會有什麼問題？

氣候模式我們知道它的不定性很大。氣候模式目前真正有用的、大家比較能夠認可它的準確性，就是全球跟大尺度的「溫度」變化。連IPCC都認為氣候模式預測的「降雨」變化，尤其是區域性的降雨變化可信度很低。但世界各國絕大部分是根據氣候模式去做調適，我們台灣也不例外。

我先從氣象預測模型來解釋。氣象預測模型是根據流體力學等各影響條件來預測天氣，如果把所有條件都考慮進去，那預測會非常準確。但如果有條件沒有考慮進去，預測時間一拉長就會失去準確性，隨預測時間越長、準確性越差。

世界上氣象預測最好的幾個國家，像是歐盟、美國、日本等國家，比較準確的氣象預測大約可以到10天，很少會超過20天。也就是說，即便是短期的天氣預測，就有許多影響因子沒有考量進去；長時間、大空間尺度的氣候模式，其影響因子就更加複雜。氣象可預報性不會超過20天，但現在氣候模式要預測是20年、100年以後的氣候變化。