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  • 未來氣候推估的不確定性 2013/10/18

    未來氣候推估的不確定性 
    國立臺灣大學大氣科學研究所博士生王啟芸

    氣候變遷是目前各國非常關心的議題，根據政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)在2007年所出版的第四次「氣候變遷評估報告（AR4）」，未來全球經濟與人口快速發展的情境下，地表溫度將上升1.4至6.4度，這個數字是怎樣被計算出來的？可信度又有多少呢？

    對於未來氣候變遷的推估，目前多以全球氣候耦合模式的模擬結果當作依據，所謂全球氣候耦合模式，是將影響大氣、海洋、陸地、冰等變化的過程，用基本的物理、動力、熱力和化學定律組成的數學方程式加以解析。目前各國已有許多氣候模式，包括像美國大氣研究中心發展的Community Earth System Model (CESM)，德國Max-Plank研究所的The MPI-M Earth System Model (MPI-ESM)等，可以模擬各組成包括大氣、陸地、海洋、陸冰和海冰隨時間的變化，從而推估未來氣候狀況。每個氣候模式都會有誤差，因此用氣候模式來推估未來氣候之前，必需要先能將過去及現在的氣候狀況合理的模擬出來，通過科學家們的種種測試之後，才能說服科學家們將其應用在未來氣候的模擬。除此之外，氣候模式一個網格大約數十到數百公里不等，但地球上發生的各物理過程（例如一朵積雲的發展）也許只有數公里，在氣候模式裡為了將這些較小尺度的現象表現出來，必須使用各種參數法加以簡化，甚至直接將小尺度現象忽略，這些也都是氣候模式的不確定性。而各家氣候模式架構不同，百家爭鳴的情況下，不可能只看單一模式的結果，所以IPCC報告撰寫以及各國制定環境政策時，通常採用多模式模擬和系集模擬(ensemble simulation)的方式。 Continue reading →

  • 什麼是全球暖化？何謂溫室氣體？ 2013/10/18

    什麼是全球暖化？何謂溫室氣體？ (What is Global Warming? What is Greenhouse Gas?)
    國立臺灣大學大氣科學研究所博士生王啟芸

    近年來，「全球暖化」已是朗朗上口的詞彙，從網路搜尋結果有上百萬條的相關資訊的結果可窺知一二。為大眾常用的維基百科(Wikipedia)對全球暖化的定義為：「19世紀後，地球大氣和海洋平均溫度因人為排放溫室氣體增加而上升，並且預期會持續上升。」為什麼人為溫室氣體會提高大氣溫度？大氣溫度上升是指「整層」地球大氣溫度上升嗎？ Continue reading →

  • 「浮」爾摩「沙」-臺灣空氣中的沙塵 2013/10/18

    「浮」爾摩「沙」-臺灣空氣中的沙塵
    國立臺灣大學大氣科學系傅譯鋒

    新聞報導中漫天飛舞的黃沙，鋪天蓋地席捲而來的沙塵暴畫面，令人感受到大自然的力量。這樣的場景通常出現在富有沙漠或是廣大旱地的國家，在臺灣要出現那樣戲劇性的畫面是微乎其微，但這就代表臺灣不受沙塵暴的影響嗎？

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    圖一 99/12/3及102/9/12從臺灣大學往101方向拍攝，兩圖皆攝於下午1點20分左右，可發現 兩者能見度差異甚大。

    圖一是在不同日子，從臺灣大學拍臺北101的照片，兩張照片拍攝時間都在下午1:20左右，但可發現兩者能見度差異甚大，左圖中大臺北地區正受到東亞沙塵的影響，(粒徑的粒子)濃度超過200 ，北海岸迎風面的萬里測站，甚至高達252 ，約平常的10倍左右。

    沙塵事件發生有幾項條件。氣象條件方面，需要高風速以及不穩定的大氣邊界層，以利沙塵由地面揚起。而沙源條件方面，主要是植被稀疏或乾燥的地表，因為植被除了可固定土壤，也是粗糙度的主要因子；植被覆蓋密度大可更有效吸收風的動量，不易造成揚沙。由於沙塵粒子有大小之分，大粒子被風揚起後一下子就沉降了，而小粒子可被風帶離地表較高處，並隨著中高層盛行風場擴散到遠方。 Continue reading →

  • 系外行星上存在雲跟雨嗎？ 2013/10/16

    系外行星上存在雲跟雨嗎？
    國立臺灣大學大氣科學系陳穎霖

    除了太陽系以外，天文學家目前正在積極尋找太陽系外的行星，透過光譜分析，或是如克卜勒望遠鏡透過光度變化來發掘系外行星，目前找到的多半是「熱木星」──具有大於木星質量的氣體行星，卻和母恆星位置相當接近，甚至和水星金星相比軌道更內側。而天文學家也成功利用其「凌日」現象，來一窺他們大氣可能的組成，其中有些星球被推測可能存在相態變化，成雲降水(當然不是H2O『水』)。

    一、HD 189733b

    HD 189733b是距離地球約63光年的熱木星，其質量略大於木星，是在2005年利用凌日法所發現，並且以都卜勒光學觀測法驗證其存在。凌日法是觀測恆星光度變化，如果該恆星的盤面剛好在我們觀測的方向，那麼其行星就會產生類似凌日的現象，讓光度在短時間內減小後又恢復，可依此來推算其軌道週期、質量等。都卜勒光學觀測法則是利用恆星也會繞著系統共同質心有相對移動，以階梯光柵高解析地去分析恆星光譜，來釐清其運動週期，推測行星存在及軌道。

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    圖一、HD189733b想像圖

    2008年，天文學家成功的利用偏振測量法，測定HD189733b上的可見光顏色。該行星在藍光下的反照率較紅光高，因此在肉眼下應呈現藍色（如圖一），這可能是因為雷利散射(Rayleigh Scattering)所致。在2013年英國牛津大學的天文物理學家Tom Evans利用哈伯望遠鏡觀測HD189733b及其繞到其母恆星背後時的資料，解析出其顏色。因此HD189733b成為首顆以兩種不同方式測定其顏色的系外行星。

    依散射模型，由於其軌道比水星軌道更接近其恆星(約1/6的距離)，科學家推測其表面溫度飆破攝氏千度，可來到1340~1540K。也由於過度接近恆星，該行星的氣體流失率更高達每秒1000到10萬公噸，這個流失率主要是藉由2010年3月的一次凌日事件所測得。而在另一次的X-ray觀測中更發現其大氣層比原先估計的要厚三倍，因為在X-ray下降的光度比可見光大許多，科學家因而推測其擁有濃厚的大氣，而大氣中可能含有粒徑約10−2到10−1 μm 的矽酸鎂（MgSiO3）。 2007年由喬凡娜‧蒂內蒂的團隊利用史匹哲望遠鏡觀測，以及隨後的哈伯望遠鏡觀測，均顯示該行星大氣中有水汽存在的證據，也可能有中性氧和有機化合物甲烷；之後更以特大望遠鏡(Very Large Telescope)觀測到一氧化碳的存在。這些間接證據顯示HD189733b有可能有相態變化的情況，相信未來天文學家會嘗試各種不同方法，解答HD189733b是否真的有成雲致雨的現象。 Continue reading →

  • 各國人造雨現況 2013/10/16

    各國人造雨現況
    國立臺灣大學大氣科學系趙汝穎

    降雨的時間與空間分布不均，造成水資源的匱乏，這現象不只發生在臺灣，也是世界各國煩惱的問題，除了興建水壩、水庫外，科學家們不斷地尋求方法，試圖使老天降下更多的雨，以解此燃眉之急。

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    圖1：美國ICE地面焰劑燃燒裝置

    根據Lelieveld（1996）的估算，雲的降水效率約在11%至19%之間，也就是80%以上的雲水在還沒降到地表就已經消散，人造雨（artificial rainfall），或是技術上來說稱為人工增雨的技術行之有年，就是要想辦法提升雲的降水效率，常見的方式為種雲（cloud seeding），種雲就是在雲中添加適當大小與數量的粒子，促進雲中水滴或冰晶的成長，以增加雲水降至地表的機會，依雲種類型分為冷雲種雲與暖雲種雲，冷雲種雲適合雲頂高度較高而溫度較低的雲種，方法有潑灑乾冰、碘化銀；暖雲種雲則沒有明顯限制但通常以0oC以上的雲為目標，方法有噴灑水滴、吸水性粒子，其有效程度與環境中凝結核狀態有關，以下介紹幾種現代人造雨方式。

    要將粒子從地面傳送到高空，最為便利的方法是在地面燃燒焰劑，將種雲粒子如碘化銀（冰核）、氯化鈉（吸水性粒子），加入焰劑中，燃燒後粒子隨空氣上升，傳送至雲中達到增雨效果，但此方法難以掌握粒子擴散方向與高度，成效有限，優點是成本低廉，故世界各國廣泛使用。 Continue reading →

  • [新聞] 北一女師生高瞻團隊在鹿林天文台 拍攝到亮度正在上升的超新星SN 2013ej爆發！ 2013/10/14

    [新聞] 北一女師生高瞻團隊在鹿林天文台 拍攝到亮度正在上升的超新星SN 2013ej爆發！
    高瞻計畫辦公室新聞稿

    這是北一女師生高瞻團隊透過鹿林天文台LOT 1公尺望遠鏡拍攝到的超新星 SN 2013ej(圖中中央偏左下的亮點)與M74螺旋星系(中央螺旋狀)的照片，拍攝時間為2013年7月25日3點18分(世界時(UT) 20130724，19:18)。

    北一女師生高瞻團隊，在位於M74星系的超新星SN 2013ej正式被確認之前15小時，即已在鹿林天文台拍攝到光度正在上升的超新星SN 2013ej爆發！根據團隊指導教授，同時也是世界上第一個觀測到超新星誕生時所發出之X光爆的清大天文所江國興教授表示：「根據星等的判斷，我們拍到了光度正在上升的超新星爆發，對於超新星的研究有一定的科學價值。」

    以目前資料看來，SN 2013ej爆發後，北一女中是全世界第 1 個拿到光度資料的團隊！SN 2013ej最早是由Lick天文台的超新星搜尋團隊(Lick Observatory Supernova Search）於世界時2013年7月25日10點18分確認為超新星，而北一女師生團隊事實上在世界時7月24日19點18分（臺灣時間為7月25日3點18分），即已於中央大學位於鹿林的天文台拍攝到該顆超新星，並且提供了第一個經過校對的亮度數據。由於北一女中觀測到的日期很早，尚未達到這顆超新星的最大亮度，因此也提供研究超新星爆發早期的重要資訊。江教授說：「事實上，我們的數據是全球第一個用不同濾鏡得到的，第一個拍攝到與正式的發現者是沒有用濾鏡觀測，因此最有意義的第一個光度資料是由我們團隊所貢獻。」 Continue reading →

  • 盲斷層 2013/04/01
    盲斷層(Blind thrust fault)
    國立臺灣大學土木工程學系博士陳毅青

    何謂盲斷層？

    2013年3月27日在南投縣發生芮氏規模6.1的地震，中央氣象局研判跟「盲斷層」活動有關，究竟什麼是「盲斷層」？

    由美國地質調查所(U.S. Geological Survey, USGS)的定義，盲斷層(blind fault)是指地表下岩體受到大地應力擠壓產生斷層，但並未發展至地表上的斷層，無法從地表露頭觀察判斷，故稱盲斷層，如圖一所示，斷層錯動僅造成上部覆岩產生背斜摺曲(folding)，未產生斷裂，故人們無法直接從地表上觀察到地底下是否有斷層存在。而又因為盲斷層大多屬於逆斷層(reverse fault)或稱逆衝斷層(thrust fault)，故盲斷層原文大多稱blind thrust fault(盲逆衝斷層)。

    圖一 盲斷層示意圖(資料來源：USGS, 2013)

    盲斷層能不能被觀測到？

    美國加州在1987年發生規模6.0的Whittier Narrows 地震，以及1994年發生規模6.7的北嶺地震(Northridge earthquake)，地質學家們便懷疑洛杉磯可能存在一條盲斷層，地質學家便利用石油專油井進行震波測勘，成功偵測到洛杉磯都會區東方的Puente Hills有一條盲斷層存在，如圖二所示，該斷層破裂帶僅延伸到地表下4公里處，而是在地表下4公里至地表面形成摺曲構造，因此，在地表面便無法得知該斷層的存在。地質學家便能根據斷層的形態與長度，推測該斷層發生規模6.5~6.6地震重現期約為250~1,000年，規模7.0的強震重現期約為500~2,000年。

    該項研究顯示盲斷層可能藉由現在地球物理方法偵測，並且研判可能產生的地震規模，作為該地區地震災害防治重要資訊。

    圖二 Puente Hills的震波測勘影像(資料來源：Shaw and Shearer, 1999)

    南投327地震是否由盲斷層引起的？

    近日發生在南投縣發生的地震就竟是不是由盲斷層所引起的？目前學界仍抱持不同的看法。有一說法表示該地震震央(epicenter)位在車籠埔斷層42km處，且震央並非位於目前我們所知任何斷層上，因此推測該地區可能有一條我們未知的盲斷層。

    事實上，震央並非發生在目前我們所知任何斷層上並不代表該斷層一定是盲斷層。由圖三所示，地震的震央、震源與斷層關係是一個三維空間分布，當斷層錯動產生地震波的位置稱為震源(hypocenter)，地震震源向上垂直投影到地面的位置則稱為震央，可以知道震央並非地震發生的真正位置。此外，而我們常見的臺灣斷層分布圖，也是將三維分佈的斷層投影到地表上。因此，震央並非發生在目前我們所知任何斷層上並不代表該斷層一定是盲斷層。

    故臺灣大學地質系陳宏宇教授由地質剖面圖推測該地震是由「大茅埔-雙冬斷層」所引起的，未必是盲斷層。若要進一步確認該地震是由哪個斷層所引起的，則需要更多現地調查、鑽探或地球物理探測的證據才能確定。

    圖三 地震的震央、震源與斷層關係(資料來源：中央氣象局，2013)

    參考資料

    1. USGS (2013) http://earthquake.usgs.gov/learn/glossary/?term=blind%20thrust%20fault
    2. Shaw, J.H. and Shearer, P.M. An Elusive Blind-Thrust Fault Beneath Metropolitan Los Angeles Science 283, 1516-1518 (1999).
    3. 中央氣象局 (2013) http://scman.cwb.gov.tw/eqv5/eq100/100/013.HTM
  • 氣候科學家該攜手行動了 2013/03/04

    氣候科學家該攜手行動了
    知識通訊評論第120期

    （本文是英國倫敦大學學院地球科學系的氣候科學教授雷普利（Chris Rapley）在2012年8月30日《自然》專文）。

    反對氣候變遷的聲音，因為訴求簡明，策略有效，在全球聲勢看漲。氣候科學界迷於研究數據，說理繁複，態度本位，也不面對過去以來的行業信譽危機，現在應是攜手合作面對問題的時候了。

    最近，我與英國右翼政客討論了氣候變化問題。我們都聲稱站在理性和公正的制高點。但是，我們的想法並沒有交集。他的論點對此問題不屑一顧：認定是並未發生的誇大過程；溫度變化不顯著；人類會能適應。他將減緩氣候變化視為經濟發展的威脅，並認為解除管制的市場，能夠解決任何問題。他的臨別贈言像是被勝利沖昏頭，「在關鍵的政治當權者中，你已經輸了這個議題！」

    在美國、加拿大和澳洲，氣候科學成為右翼政治攻擊的焦點，已有一段時間。然而，這在英國是一個新的發展。僅在四年前，英國氣候變化法案獲所有黨派支持通過而成為法律。且在2010年，保守黨首相卡麥倫（David Cameron）說，他希望聯合政府是「有史以來最綠色的政府」。然而，最近同樣的一個政府決定，將降低綠色能源的補貼，在先前的承諾上開了倒車。

    2004年，極端天氣在孟加拉造成三千萬人流離失所的大洪水。

    根據預測，隨著全球持續暖化，類似2004年在孟加拉造成三千萬人流離失所的洪水的極端天氣，會變得更加頻繁。

    在國際層級上，美國國內的黨派僵局，嚴重損害了削減全球溫室氣體排放的進展。美國氣候變化特使史騰（Todd Stern），目前已建議，可能不得不放棄已廣被採納，對全球暖化的攝氏兩度限制。

    由此可見，輕視的聲音勝過了科學的訊息。他們成功的一個重要因素是有效的溝通策略，那是氣候科學界還沒能學習或利用的。如果決策是基於證據，而且想要釐清進一步扭曲真相的風險，主動糾正平衡就至關重要。如同政治科學家薩爾維茲（Daniel Sarewitz）、小皮爾克（Roger Pielke Jr）和其他人所指出的，從政策的角度來看，「我們知道夠多了！」

    現實檢查

    第一步是了解相反證據既已如此廣泛和令人信服，輕視氣候變化的聲音為何還能立足。社會科學家和心理學家對此已經發表了很多論述，但是這並不意謂，它已被氣候科學界閱讀、理解或吸收。身為倫敦的科學博物館、英國南極調查計畫和國際地圈─生物圈計畫前主任，我的經驗是，這些說法並未被了解，尤其是在資深科學家間。 Continue reading →