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聚焦地科
聚焦地科2024-03-27
全球暖化增加極端降雨機率，三大對策避免釀災
黃宜稜｜科技大觀園特約編輯
全球暖化帶來了一系列氣候變化，其中最顯著的就是極端天氣事件的頻率增加，特別是極端降雨。圖片來源：Stone36／Shutterstock.com
想像一下，某地區突然間下起傾盆大雨，水量驟增，街道變成了小河，人們的日常生活瞬間陷入混亂。這樣的情況並非不可能。
全球暖化帶來了一系列氣候變化，其中最顯著的就是極端天氣事件的頻率增加，特別是極端降雨，已經成為威脅人們生命財產安全最常見的因素之一。極端降雨就是氣象預報員常說的「短延時強降雨」，是指某一地區在短時間內降下大量暴雨。
根據國家災害防救科技中心的統計，在過去 50 多年來，臺灣極端降雨事件的頻率與嚴重程度逐漸增加[1]，其中以梅雨季、夏季與秋季最為明顯[2]。
2050 將有 1.97 億人受洪災威脅，為何全球暖化會導致極端降雨？
為什麼溫度增加會導致降雨變得極端呢？這是因為隨著氣溫上升，空氣中能乘載的水蒸氣也隨之增加，要累積更多的水蒸氣才會下雨，這導致每次下雨的時間間隔變得更久，同時，也因為累積了更多的水蒸氣，每次下雨的雨量也增加了。
你可以把大氣想像成一個杯子，溫度上升使杯子膨脹，能裝下更多的水，而降雨就是把裝滿水的杯子打翻，因為能裝更多的水，所以要花更長時間才能裝滿，裝滿後打翻灑出來的水也會更多。
其次，海洋的表面溫度升高，會增加熱帶氣旋的形成機率與強度，這些氣旋通常伴隨著大量降雨。最後，冰川融化和海平面上升，不僅改變了海洋溫度分布，也影響了大氣循環模式，進而導致全球降雨模式的變化。2023 年，美國能源部旗下勞倫斯伯克利國家實驗室刊登在國際期刊《自然》（Nature）的研究指出，全球氣溫每升高 1°C，高海拔地區的極端降雨量就會增加 15%[3]。
根據世界資源研究所（World Resources Institute）的預測數據，到了 2030 年，全球受洪災影響的人數將翻倍，從 6,500 萬增加到 1.32 億；到 2050 年，這一數字更是呈現災難性的增長，每年將有約 1.97 億人面臨洪災威脅。洪災造成城市財產的損失，也將從 1,570 億美元增加到 2050 年的 5,350 億美元[4]。
要避免極端降雨造成民眾生命與財產的損失，最常見的對策有：加強氣象監測和預警、改善水資源管理、加強基礎設施建設。
「區域防災降雨雷達」能增加3倍防災時間
加強氣象監測和預警的原因是，在必要時刻提前避難，是預防極端降雨災害的關鍵。
目前中央氣象署於新北市樹林區猐子寮山、臺中市南屯區望高寮夜景公園、雲林縣湖山水庫、高雄市林園區及宜蘭縣蘇澳鎮，共建置五座「區域防災降雨雷達」，透過雷達發射電磁波後，可從得到的反射訊號來判斷水粒子的大小、分布，再根據訊號強度標示顏色，繪製成雷達回波圖。
地面雨量觀測網，每20分鐘才會分析一次資料[5]；傳統的氣象雷達則是針對大範圍、全空域進行偵測，且完成一次監測要6至7分鐘[6]。如今「區域防災降雨雷達」的掃描頻率可做到每2分鐘就回傳一次資料5，等於替大家多爭取了3倍的防災時間，且有著更高的解析度及淹水預報準確度，更有利於相關單位進行最即時的防災預警及應變能力。
改善水資源管理，從「開源」與「節流」下手
臺北翡翠水庫。圖片來源：Wulong Tommy／Shutterstock.com
許多人認為，極端降雨雖然會帶來水患洪災，卻能解決缺水問題，其實並非如此。
下雨時，部分雨水會滲透地面成為地下逕流，其餘則成為地表逕流，而地表上的水匯集的地點就是「集水區」，這些集水區可能在河流的某一點、森林的某一處湖泊或是水庫。然而極端降雨所帶來的暴雨，會讓原本規劃的集水區無法在短時間內留住那麼多雨水，大部分的雨水會直接流向大海，地面上的雨水也會因高溫而快速蒸發。
要做好水資源管理、提高水資源利用效率，無非就是「開源」與「節流」兩大方向。
要做到「開源」，必須設法將水資源盡可能留在集水區、引至水庫、補注地下水，才能減少極端降雨帶來的日常影響。臺灣將近一半的用水都必須依賴水庫，然而興建水庫卻抵達了河川從上游將泥沙帶到下游的路徑，大量的泥沙只能堆積在水庫，不只減少了水庫的蓄水能力，也影響水庫使用壽命。目前水利署已投入大筆經費，在主要水庫建置排砂設施，預計在 2031 年達到整體淤積零成長的目標[7]。
「節流」則包含推動各項節約用水及提高用水效率，例如近年來，台灣自來水公司積極推動自來水管網的減漏工作。全台平均漏水率已從 2016 年的 16.16% 降至 2023 年的 13.1%，每日節水量達 31.8 萬噸[8]。此外，提升臺灣各區域水資源調度能力、增加備援水源，都是臺灣在氣候變遷挑戰下，增加水資源應變能力的方式。
加強基礎設施建設，是長遠抵禦極端降雨的關鍵舉措
由於極端天氣事件帶來的災難可能越來越頻繁，長期而言，對於基礎設施建設的加強，擬定出長期的防災政策，尤為重要。
在發生極端降雨時，對城市而言，由於土地使用型態改變、封表性地表增加、河岸空間因都市發展而劇烈減少、對環境容受力降低等因素，平常水資源就難以滲透到地下，超過一半都變成地表逕流。若發生極端降雨，可能使排水系統不堪重負，導致積水成災，也就是「內澇」。
2017 年開始推動、為期 8 年的「前瞻基礎建設計畫」水環境建設工作項目中，就針對都會區淹水之相關區域進行地區性整體改善，選定人口密集區辦理河川、排水、海堤、雨水下水道、農田排水、養殖排水、坡地水土資源保育以及其它相關排水路改善之綜合治理改善工作[9]，陸續完成了桃園-新竹備援管線、防災備援水井、中庄調整池等重大水利工程。
經濟部水利署目前執行中之「流域綜合治理計畫」，則以流域綜合治理為理念，將上、中、下游的河川、區域排水、雨水下水道、農田排水及坡地水保等，做整體規劃治理。《水利法》更對急需治理的易淹水地區，持續加強都市排水及防洪改善，以達成「防洪治水、韌性國土」的目標。
極端天氣降雨不均是全球氣候暖化的重要影響之一，通過採取有效的措施，可以減輕其對人類社會和經濟的影響。目前國外也已開發出以 AIOT 監測極端降雨、將城市打成「海綿城市」（Sponge city）等概念，相信未來會出現更多應對極端降雨的方式。
資料來源
[1] 極端氣候值的觀測｜國家災害防救科技中心
[2] 臺灣地區短延時強降雨事件氣候特性分析｜國家災害防救科技中心
[3] A warming-induced reduction in snow fraction amplifies rainfall extremes｜Nature
[4] RELEASE: New Data Shows Millions of People, Trillions in Property at Risk from Flooding — But Infrastructure Investments Now Can Significantly Lower Flood Risk｜World Resources Institute
[5] 大雨年年破紀錄，「短延時強降雨」時代來臨｜農傳媒
[6] 臺灣「短延時降雨」頻率增 極端氣候致災主因｜上下游新聞
[7] 加強水庫清淤 逐漸恢復庫容｜經濟部水利署電子報
[8] 全力穩定供水—因應極端氣候衝擊｜行政院
[9] 因應氣候變遷的前瞻治水作為｜行政院
資料來源
本文轉載自科技大觀園，連結如下：https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/C000003/detail?ID=5064f86b-3ace-4ad5-a7a0-87064154e92b
全球暖化帶來了一系列氣候變化，其中最顯著的就是極端天氣事件的頻率增加，特別是極端降雨。圖片來源：Stone36／Shutterstock.com
想像一下，某地區突然間下起傾盆大雨，水量驟增，街道變成了小河，人們的日常生活瞬間陷入混亂。這樣的情況並非不可能。
全球暖化帶來了一系列氣候變化，其中最顯著的就是極端天氣事件的頻率增加，特別是極端降雨，已經成為威脅人們生命財產安全最常見的因素之一。極端降雨就是氣象預報員常說的「短延時強降雨」，是指某一地區在短時間內降下大量暴雨。
根據國家災害防救科技中心的統計，在過去 50 多年來，臺灣極端降雨事件的頻率與嚴重程度逐漸增加[1]，其中以梅雨季、夏季與秋季最為明顯[2]。
2050 將有 1.97 億人受洪災威脅，為何全球暖化會導致極端降雨？
為什麼溫度增加會導致降雨變得極端呢？這是因為隨著氣溫上升，空氣中能乘載的水蒸氣也隨之增加，要累積更多的水蒸氣才會下雨，這導致每次下雨的時間間隔變得更久，同時，也因為累積了更多的水蒸氣，每次下雨的雨量也增加了。
你可以把大氣想像成一個杯子，溫度上升使杯子膨脹，能裝下更多的水，而降雨就是把裝滿水的杯子打翻，因為能裝更多的水，所以要花更長時間才能裝滿，裝滿後打翻灑出來的水也會更多。
其次，海洋的表面溫度升高，會增加熱帶氣旋的形成機率與強度，這些氣旋通常伴隨著大量降雨。最後，冰川融化和海平面上升，不僅改變了海洋溫度分布，也影響了大氣循環模式，進而導致全球降雨模式的變化。2023 年，美國能源部旗下勞倫斯伯克利國家實驗室刊登在國際期刊《自然》（Nature）的研究指出，全球氣溫每升高 1°C，高海拔地區的極端降雨量就會增加 15%[3]。
根據世界資源研究所（World Resources Institute）的預測數據，到了 2030 年，全球受洪災影響的人數將翻倍，從 6,500 萬增加到 1.32 億；到 2050 年，這一數字更是呈現災難性的增長，每年將有約 1.97 億人面臨洪災威脅。洪災造成城市財產的損失，也將從 1,570 億美元增加到 2050 年的 5,350 億美元[4]。
要避免極端降雨造成民眾生命與財產的損失，最常見的對策有：加強氣象監測和預警、改善水資源管理、加強基礎設施建設。
「區域防災降雨雷達」能增加3倍防災時間
加強氣象監測和預警的原因是，在必要時刻提前避難，是預防極端降雨災害的關鍵。
目前中央氣象署於新北市樹林區猐子寮山、臺中市南屯區望高寮夜景公園、雲林縣湖山水庫、高雄市林園區及宜蘭縣蘇澳鎮，共建置五座「區域防災降雨雷達」，透過雷達發射電磁波後，可從得到的反射訊號來判斷水粒子的大小、分布，再根據訊號強度標示顏色，繪製成雷達回波圖。
地面雨量觀測網，每20分鐘才會分析一次資料[5]；傳統的氣象雷達則是針對大範圍、全空域進行偵測，且完成一次監測要6至7分鐘[6]。如今「區域防災降雨雷達」的掃描頻率可做到每2分鐘就回傳一次資料5，等於替大家多爭取了3倍的防災時間，且有著更高的解析度及淹水預報準確度，更有利於相關單位進行最即時的防災預警及應變能力。
改善水資源管理，從「開源」與「節流」下手
臺北翡翠水庫。圖片來源：Wulong Tommy／Shutterstock.com
許多人認為，極端降雨雖然會帶來水患洪災，卻能解決缺水問題，其實並非如此。
下雨時，部分雨水會滲透地面成為地下逕流，其餘則成為地表逕流，而地表上的水匯集的地點就是「集水區」，這些集水區可能在河流的某一點、森林的某一處湖泊或是水庫。然而極端降雨所帶來的暴雨，會讓原本規劃的集水區無法在短時間內留住那麼多雨水，大部分的雨水會直接流向大海，地面上的雨水也會因高溫而快速蒸發。
要做好水資源管理、提高水資源利用效率，無非就是「開源」與「節流」兩大方向。
要做到「開源」，必須設法將水資源盡可能留在集水區、引至水庫、補注地下水，才能減少極端降雨帶來的日常影響。臺灣將近一半的用水都必須依賴水庫，然而興建水庫卻抵達了河川從上游將泥沙帶到下游的路徑，大量的泥沙只能堆積在水庫，不只減少了水庫的蓄水能力，也影響水庫使用壽命。目前水利署已投入大筆經費，在主要水庫建置排砂設施，預計在 2031 年達到整體淤積零成長的目標[7]。
「節流」則包含推動各項節約用水及提高用水效率，例如近年來，台灣自來水公司積極推動自來水管網的減漏工作。全台平均漏水率已從 2016 年的 16.16% 降至 2023 年的 13.1%，每日節水量達 31.8 萬噸[8]。此外，提升臺灣各區域水資源調度能力、增加備援水源，都是臺灣在氣候變遷挑戰下，增加水資源應變能力的方式。
加強基礎設施建設，是長遠抵禦極端降雨的關鍵舉措
由於極端天氣事件帶來的災難可能越來越頻繁，長期而言，對於基礎設施建設的加強，擬定出長期的防災政策，尤為重要。
在發生極端降雨時，對城市而言，由於土地使用型態改變、封表性地表增加、河岸空間因都市發展而劇烈減少、對環境容受力降低等因素，平常水資源就難以滲透到地下，超過一半都變成地表逕流。若發生極端降雨，可能使排水系統不堪重負，導致積水成災，也就是「內澇」。
2017 年開始推動、為期 8 年的「前瞻基礎建設計畫」水環境建設工作項目中，就針對都會區淹水之相關區域進行地區性整體改善，選定人口密集區辦理河川、排水、海堤、雨水下水道、農田排水、養殖排水、坡地水土資源保育以及其它相關排水路改善之綜合治理改善工作[9]，陸續完成了桃園-新竹備援管線、防災備援水井、中庄調整池等重大水利工程。
經濟部水利署目前執行中之「流域綜合治理計畫」，則以流域綜合治理為理念，將上、中、下游的河川、區域排水、雨水下水道、農田排水及坡地水保等，做整體規劃治理。《水利法》更對急需治理的易淹水地區，持續加強都市排水及防洪改善，以達成「防洪治水、韌性國土」的目標。
極端天氣降雨不均是全球氣候暖化的重要影響之一，通過採取有效的措施，可以減輕其對人類社會和經濟的影響。目前國外也已開發出以 AIOT 監測極端降雨、將城市打成「海綿城市」（Sponge city）等概念，相信未來會出現更多應對極端降雨的方式。
資料來源
[1] 極端氣候值的觀測｜國家災害防救科技中心
[2] 臺灣地區短延時強降雨事件氣候特性分析｜國家災害防救科技中心
[3] A warming-induced reduction in snow fraction amplifies rainfall extremes｜Nature
[4] RELEASE: New Data Shows Millions of People, Trillions in Property at Risk from Flooding — But Infrastructure Investments Now Can Significantly Lower Flood Risk｜World Resources Institute
[5] 大雨年年破紀錄，「短延時強降雨」時代來臨｜農傳媒
[6] 臺灣「短延時降雨」頻率增 極端氣候致災主因｜上下游新聞
[7] 加強水庫清淤 逐漸恢復庫容｜經濟部水利署電子報
[8] 全力穩定供水—因應極端氣候衝擊｜行政院
[9] 因應氣候變遷的前瞻治水作為｜行政院
資料來源
本文轉載自科技大觀園，連結如下：https://scitechvista.nat.gov.tw/Article/C000003/detail?ID=5064f86b-3ace-4ad5-a7a0-87064154e92b