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2019/02/27 臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台電子報026期 1203 點閱人次
封面故事

氣候變遷資料應用於崩塌潛勢之評估
作者:朱芳儀 專案佐理研究員、吳亭燁 助理研究員、陳麒文 助理研究員

臺灣的地質破碎、地形陡峭,山坡地時常發生崩塌現象。「降雨」為誘發崩塌的主要因子之一。當脆弱地質遇上颱風帶來的極端降雨,就可能造成意料之外的重大崩塌災害,如2009年莫拉克颱風引致小林村滅村的大規模崩塌災害。氣候變遷可能造成極端事件發生頻率的增加(周佳等人,2017),進而提升崩塌的發生機率。
然而,過去受到資料精細度的限制,較難量化因氣候變遷造成的極端降雨改變,對坡地崩塌潛勢造成的影響。本研究透過動力降尺度產製的氣候變遷降雨推估資料,結合現況崩塌熱區,計算氣候變遷下之坡地危害脆弱度,希望能推估臺灣在氣候變遷極端情境下,以實際數字量化未來崩塌潛勢的可能狀況,並透過評估的過程,瞭解氣候變遷資料應用於崩塌衝擊的特性(蕭逸華等人,2018)。

動力降尺度資料的特性與限制
源自於聯合國跨政府氣候變遷專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)的氣候變遷推估資料,空間解析度多為上百公里、時間尺度多以月為單位。對於空間上南北距離只有約400 km的臺灣,較難反映海陸分布及地形變化造成的氣候特性(周佳等人,2017),乃至於應用於需要較精細空間解析度的崩塌潛勢模擬時,相當困難;又崩塌潛勢多以小時或日降雨量進行評估,因此IPCC模式資料的時間尺度亦不合適。透過動力降尺度的技術,可將原始氣候變遷推估資料進行空間、時間解析度細緻化,產出解析度較高且具有臺灣氣候特性的氣候變遷推估資料,適合應用於崩塌潛勢評估(本計畫資料的優勢與待突破之處可參閱電子報第21期
動力降尺度是透過調整地形變化、海陸分布等參數,模擬大氣環境的運作,藉此推估氣候變遷下大氣的變化情形,包含颱風的生成。以這種模擬未來大氣環境運作的方式,較能呈現小範圍的氣候特性,並產製具有小時單位及空間尺度為5 km的颱風事件降雨資料;但因需耗費大量運算資源,目前資料結果仍限於單一模式的產出(周佳等人,2017;林士堯,2018)。因此,動力降尺度資料雖可用來推估極端事件所造成的崩塌潛勢變化,但目前較適合作為整體趨勢的初步參考,往後亦會隨著資料更新而有所調整。

坡地危害脆弱度的評估方法
要推估在氣候變遷下,崩塌潛勢受到降雨變化所造成的影響和衝擊,必須先瞭解崩塌潛勢的計算方式。一般崩塌潛勢可經由統計模式、數值模式、經驗公式等方法,透過詳細地文資料及歷史崩塌資料建立模式,再以氣候變遷的雨量資料來評估。但若要評估全臺範圍的崩塌潛勢,上述方法的評估過程過於繁複,且有基礎資料不足的問題,難以獲得具有說服力的結果。因此本研究以現階段可取得的長期崩塌分布資料,透過熱區及風險概念,定義並計算全臺的崩塌潛勢。
崩塌潛勢在此定義為「坡地危害脆弱度」,計算方式為以崩塌熱區的分析結果,乘上有效累積雨量變化率。計算單位採用中央地質調查所的斜坡單元。其中的崩塌熱區,是以林務局透過衛星影像判釋2004至2016年的全臺崩塌地資料為基礎,計算歷年之崩塌發生頻率,再以地理自相關性分析計算各斜坡單元的Gi值。Gi值代表崩塌聚集的程度,數值越大表示崩塌較為密集,是崩塌較容易發生之處,可將Gi值較高的斜坡單元視為崩塌熱區。對於誘發崩塌的降雨量,本研究以有效累積雨量進行分析。有效累積雨量是以當日之降雨量加上前七天雨量乘上衰減係數後數值之和(水土保持局,2016)。
為探討氣候變遷之極端降雨對崩塌潛勢的影響,本研究藉由計算不同時間區段的有效累積雨量,以呈現極端雨量的變化狀況。兩段時期分別為20世紀末(1974-2003)及21世紀末(2075-2099)。分別計算兩時期的每小時有效累積雨量,再將數值由大至小排序,並將前0.5百分位的值定為該時間區間的極端有效累積雨量值,使每個斜坡單元分別具有代表20世紀末與21世紀末的數值。極端雨量變化率則是21世紀末與20世紀末之差值,再除以20世紀末數值,所得的比率。危害脆弱度則是崩塌熱區值與有效累積雨量的變化率相乘而得的結果。

氣候變遷下坡地崩塌潛勢之初步分析
圖1為透過前述方法計算,所得到在氣候變遷情境下,21世紀末之有效累積雨量變化率。結果顯示相較於20世紀末,21世紀末的降雨有西半部增加、東半部減少的趨勢。崩塌熱區的計算結果顯示,全臺崩塌熱點區範圍廣泛,主要沿中央山脈由北至南分布,尤其是南段區域,崩塌熱區幾乎涵蓋所有的山坡地範圍(圖 2)。
將有效累積雨量改變率乘上崩塌熱區值後,得到各斜坡單元的危害脆弱度值(圖3)。危害脆弱度值所呈現的是在氣候變遷情境條件下,雨量變化的改變趨勢對崩塌潛勢的影響。結果顯示,高危害脆弱度值多沿著中央山脈的左側分布,對高屏溪、濁水溪等河川的中上游有較大的影響;北部集水區的數值相對較低,未來的潛勢較低。
以本研究的評估結果為基礎,因應未來長期崩塌潛勢變化的趨勢,後續的重要工作包括透過套疊不同土地利用資料,或是擷取單一區域,審視該區域內重要建物、人員、設施等,以瞭解高崩塌潛勢所在區域,與保全對象分布的風險。
透過本研究的評估流程和方法,可對全臺尺度的崩塌潛勢進行初步分析,並定量長期雨量改變趨勢造成的崩塌潛勢變化。其中的崩塌潛勢,建議僅針對流域尺度,以及流域間之初步比較來探討。若要進一步討論不同集水區內的詳細崩塌潛勢變化,建議仍應由數值或統計之完整模式建立流程分析,以凸顯不同集水區之崩塌特性。


圖 1、20世紀末及21世紀末有效累積雨量變化率。正值代表該斜坡單元未來有效累積雨量增加,越大則增加幅度越大;負值代表減少,越接近0代表差異不大。


圖 2、現況崩塌熱區。

圖 3、氣候變遷下全台危害脆弱度值。數值越高,未來的崩塌潛勢較高。

參考資料
1. 水土保持局(2016),105 年土石流警戒基準值檢討與更新。
2. 周 佳、陳維婷、羅敏輝、李明安、許晃雄、洪志誠、鄒治華、盧孟明、洪致文、陳正達、鄭兆尊(2017)臺灣氣候變遷科學報告2017-物理現象與機制,臺灣氣候變遷推估與資訊平台建置計畫。
3. 林士堯(2018)用對資料、選對工具-談資料特性,臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台電子報第21期,臺灣氣候變遷推估與資訊平台建置計畫。
4. 蕭逸華、吳亭燁、趙益群、陳麒文、陳倫存、許至璁(2018)氣候變遷下坡地與淹水災害評估,國家災害防救科技中心。

常問問題
Q : 哪裡可以申請動力降尺度資料呢?所提供的資料形式為何?

請先至TCCIP資料申請平台註冊帳號,再填寫資料申請表,並送出審核,待審核通過即可取得相關資料(圖1)。動力降尺度資料目前提供單一情境(AR4的A1B),空間解析度為5km,時間區間為基期(1979~2003年)、近未來(2015~2039年)及世紀末(2075~2099),變數為前20名颱風事件的時雨量資料。

圖1:TCCIP資料申請平台的網頁畫面

名詞小櫥窗
有效累積雨量(Effective accumulated rainfall)
根據起算時間、衰減係數等的不同,有效累積雨量的計算方法也會有所差異。崩塌的發生除受當次降雨影響外,也會受到前期降雨的影響;影響程度會隨著時間拉長而降低。在本期封面故事裡,有效累積雨量的計算公式如下,為該日總雨量加上前七天降雨量乘上各自衰減係數後的總和。

其中 R_T為有效累積雨量,R_0為當日的累積雨量(亦即目前時間之前的 24 小時累積雨量),R_i為前i日的累積雨量,α^i為前i日的衰減係數,α為0.7。

參考資料:
水土保持局(2016),105 年土石流警戒基準值檢討與更新。

TCCIP最新消息
「臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台」召開農業、漁業領域專家座談會

為探討氣候變遷對不同研究領域的影響、瞭解各領域利害關係人對氣候變遷的認知,本計畫今年度規劃舉辦多場專家座談會,邀請專家學者一同分析氣候變遷對該領域的可能影響,並希望能討論出合適的氣候變遷災害風險影響因子。
感謝各位專家學者的參與,本計畫已於108年1月9日、2月14日分別召開農業、漁業領域專家座談會。未來除上述領域將視情況召開多次會議,也將陸續辦理其他領域的專家座談會。

 

圖1:108年1月9日農業領域專家座談會。

氣候變遷新聞
2015年起,美國包括康乃狄克州在內的19個州,於科學教育課程的安排上,開始採用「新世代科學標準 (The Next Generation Science Standards,NGSS) 」;該標準建議該從中學教育的階段,納入氣候變遷議題。近期在康乃狄克州議會(Connecticut General......
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