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封面故事

全球暖化程度4°C下坡地崩塌變化趨勢：以台中市為例

朱芳儀國家災害防救科技中心專案佐理研究員
陳麒文國立臺灣大學地質科學系助理教授

前言

於聯合國政府間氣候變遷專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）第六次評估報告(The 6th Assessment Report, AR6)的跨域章節Mountains中指出^[1]，過去30年，山區坡地與氣候相關的災害有增加的趨勢，其中洪水、土石流、及崩塌等災害對山區人口影響最大。許晃雄等人(2024)所編撰的「國家氣候變遷科學報告2024：現象、衝擊與調適」一書指出，未來氣候變遷下，影響臺灣颱風的個數可能減少，但颱風為強颱的頻率增加，且風速及降雨皆呈增強趨勢^[2]。然而，臺灣位於環太平洋地震帶，地質脆弱，且土地面積有70%以上為山坡地，受到地形、地質、颱風強降雨等因素影響，坡地易發生崩塌、土石流，進而導致坡地災害的發生。例如2001年的桃芝颱風降雨量較集中在南投、臺中、花蓮等山區，造成台21線道受損、南投信義水里及花蓮鳳林等多處發生嚴重土石災害，造成300人傷亡，103人失蹤，農林漁牧損失超過新臺幣77億元(資料來源：農村發展及水土保持署-歷史影像平台^[3])；又如2009年的莫拉克颱風在中南部91小時內降下2583mm的極端雨量，帶來道路中斷、橋樑損壞、崩塌、濁水等災情及問題，共造成673人死亡、26人失蹤，農業損失超過新臺幣195億元(王俊明等人，2010)^[4]，是歷史上影響範圍最廣及損失最大的極端強降雨颱風(資料來源：氣候變遷災害風險調適平台)^[5]。未來面臨氣候變遷帶來的極端降雨，坡地將遭受怎麼樣的衝擊？曾發生坡地災害的區域，未來發生崩塌的機率是否變得更加頻繁？這些問題值得我們嘗試瞭解，以提前思索因應策略，避免重大災害的發生。

林詠喬等人(2023)針對臺灣在2006年至2020年發生的494個重大土砂災例，以案發地點分為北中南東四區，分析各區的災例數目及災害類型^[6]。結果顯示，臺灣因降雨誘發的土砂災害類型以崩塌佔比最高，比例達46%(227件)，而北中南東各區中以中部區域的崩塌類型災例數量最多。因此，本研究選擇以中部地區的臺中市作為研究區域，應用氣候變遷推估資料及坡地數值模式來模擬氣候變遷下坡地的崩塌潛勢，並透過坡地衝擊指標瞭解整體崩塌機率的變化趨勢。

未來推估雨量資料－HiRAM-WRF

颱風帶來的極端降雨是誘發坡地崩塌的重要因素之一，且受氣候變遷影響，未來颱風降雨強度有增強的趨勢。為瞭解氣候變遷下颱風降雨可能帶來的坡地衝擊，選用臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台計畫 (Taiwan Climate Change Projection Information and Adaptation Knowledge Platform, TCCIP)透過動力降尺度技術產製之AR5颱風降尺度偏差修正資料(HiRAM-WRF)。HiRAM-WRF資料的空間解析度為5公里，時間解析度為小時，詳細資料說明可參考TCCIP網站上的AR5颱風降尺度資料說明文件^[7]。因應國家氣候變遷調適應用情境，使用全球暖化程度(Global Warming Level, GWL) 4°C作為分析情境，並以最大24小時累積雨量排序前30%事件為極端事件，來模擬氣候變遷下極端降雨可能的崩塌潛勢情形。HiRAM-WRF全球暖化程度的時間段及事件數目，如表1所示。

坡地淺層崩塌數值模式－TRIGRS

臺灣山坡地最常見且發生頻率最高的是淺層崩塌災害，特別是在颱風、豪雨頻繁發生的季節(施虹如等人，2015)^[8]。因此，選用美國地質調查所(United States Geological Survey, USGS)發展的淺層崩塌物理模式(Transient Rainfall Infiltration and Grid-Based Regional Slope-Stability Model, TRIGRS)來模擬颱風降雨事件下的坡地崩塌潛勢。TRIGRS主要模擬降雨入滲土壤，造成孔隙水壓發生變化，進而影響邊坡穩定性的過程(Baum et al., 2008)^[9]。坡面的穩定程度是以安全係數(Factor of Safety, FS)呈現，FS計算式如式1，式中的C'為土壤凝聚力；ϕ'為土壤內摩擦角；γw為水的單位重；γs為土壤單位重；Z為土壤厚度；δ為坡度；ψ(Z,t)則為不同時間t在Z土壤厚度下的孔隙水壓。本研究將FS閾值設為1，FS小於1代表較具崩塌潛勢，FS>1則相對穩定。模式主要以集水區為單位進行建置，研究區臺中市是包含大安溪、大甲溪及烏溪集水區模式的模擬結果。各集水區的模式參數皆以3場歷史颱風事件進行調校，並以1場颱風事件驗證，三集水區各事件之山崩正確率及非山崩正確率皆高於70%，完成模式確立。模式建置及校驗的流程可參考TCCIP 電子報第059期。

式1

坡地衝擊指標－崩塌機率

由前述可知，我們透過模擬多場氣候變遷下颱風事件的崩塌情形，來瞭解可能的坡地衝擊。在TRIGRS模式中，計算單元為網格，而同一坡面的崩塌情形易相互影響，故以具地形相似性的斜坡單元展現坡面穩定性的結果。單一斜坡單元中只要有一網格為不穩定，則該斜坡單元即被視為不穩定。為呈現氣候變遷下坡地崩塌衝擊的整體結果，本研究以機率來顯示崩塌發生可能性的高低，崩塌機率的計算方式，如式2所示。並且，可透過全球暖化程度4°C相較約1°C的崩塌機率增減情形，來瞭解氣候變遷下坡地衝擊的變化趨勢。

式2

氣候變遷下崩塌衝擊變化趨勢

以全球暖化程度約1°C作為基期，來評估不同暖化程度下的衝擊變化。相較全球暖化程度約1°C，4°C下的崩塌機率變化趨勢，如圖1所示。結果顯示，在全球暖化程度4°C下，臺中市內各區域的崩塌衝擊趨勢有所不同，可能受降雨事件強度、分布等影響，有些區域崩塌機率有降低之趨勢，而崩塌機率提升區域多位於臺中市和平區內，大多區域的崩塌機率提升幅度多小於20%，其中，機率增加最大幅度達50.7%。由聚落分布發現，和平區內的博愛里、谷關等區域位於崩塌機率提升較多之區域，未來氣候變遷下的坡地衝擊可能有提升之趨勢，可更細部評估以瞭解可能的衝擊，並針對相關區域提前思索因應策略及調適方案。

氣候變遷坡地調適除了常見的工程手段外，還有氣候變遷坡地災害風險評估、發展預警系統、評估調適效益、氣候變遷教育、繪製氣候變遷風險圖等手段，透過這些手段來建構氣候變遷調適能力，更多的參考案例可至本平台的調適百寶箱坡地頁面觀看。不過需留意的是調適手段會因各地區之特性而有所不同，應與利害關係人充分溝通討論，訂定適合該區域的調適策略。

圖1.全球暖化程度4°C之崩塌機率變化趨勢

結語

本研究以氣候變遷推估颱風事件資料及TRIGRS模式，模擬颱風事件下的崩塌潛勢，再由坡地衝擊指標－崩塌機率，呈現氣候變遷下坡地崩塌衝擊整體的變化趨勢。透過崩塌機率的變化趨勢，瞭解未來全球暖化程度4°C下坡地衝擊較大的區位，以提前思索因應措施及調適策略。本文之坡地衝擊評估方法可提供相關單位在氣候變遷坡地崩塌衝擊評估及研究上參考，未來也可嘗試將此方法應用於不同區域之衝擊評估。

延伸閱讀

1. AR5颱風降尺度資料說明文件

2. HiRAM推估不同暖化程度之颱風變化

3. 氣候變遷坡地衝擊評估-以曾文水庫集水區為例

坡地崩塌調適參考案例：調適手段效益評估

氣候變遷放大了坡地崩塌災害風險，各地研究除了亟欲了解崩塌發生機制與在不同暖化情境下崩塌的潛勢，對於坡地崩塌的調適手段效益評估研究也持續進行。TCCIP計畫以領域別蒐整了相關調適參考案例，本期電子報搭配崩塌主題介紹以下兩篇韓國學者針對調適手段效益評估的研究，以供各界從事崩塌災害調適規劃時參考。

南韓- 極端降水下改善崩塌風險之森林計畫調適評估

位於溫帶季風氣候的韓國在2011年也面臨了極端氣候的影響，因為幾天的短延時強降水事件，產生了大量的山崩災害案例及人財損失，是近20年來最嚴重的一年。而在RCP8.5情境下，21世紀下半葉南韓氣溫將增加約4.5˚C，降水量也將增加13%。熱浪、強降雨和乾旱也會日益頻發，連帶可能使山崩的發生量增加。

在韓國約有63%土地面積為森林的情況下，韓國政府預計進行更多的森林計畫，以期許森林帶來減緩氣候變遷及減災的效果。森林計畫在減緩氣候變遷（減碳抗暖）確有其重要性，但是其與減少山崩災害的相關性尚不明確，並且造林或林種改良等森林計畫十分耗時且所費不貲，因此透過機器學習先行模擬未來氣候條件下森林計畫及侵蝕控制對於山崩事件的效益是有其必要性的…

南韓 - 崩塌潛勢評估與調適效益評估

崩塌災害調適較少探討崩塌調適成本及效益問題，而關於調適成本、效益等問題由於資料的取得不易及權責單位不明確，如何有效統一及評估是一大問題。本研究嘗試透過以下的研究設計架構，來初步回應調適效益評估的挑戰:

1)透過政府紀錄了解崩塌歷史及造成的經濟損害

2)透過多種崩塌潛勢模型，了解韓國未來氣候變遷情境下的崩塌狀況

3)透過於模型中引入調適作為，了解可能減少崩塌的比例，並根據此評估各種調適作為的效益

主題一參考文獻

[1] Adler, C., P. Wester, I. Bhatt, C. Huggel, G.E. Insarov, M.D. Morecroft, V. Muccione, and A. Prakash, 2022: Cross-Chapter Paper 5: Mountains. In: Climate Change 2022: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [H.-O. Pörtner, D.C. Roberts, M. Tignor, E.S. Poloczanska, K. Mintenbeck, A. Alegría, M. Craig, S. Langsdorf, S. Löschke, V. Möller, A. Okem, B. Rama (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, UK and New York, NY, USA, pp. 2273–2318, doi:10.1017/9781009325844.022.

[2] 許晃雄、王嘉琪、陳正達、李明旭、詹士樑，2024：國家氣候變遷科學報告2024：現象、衝擊與調適 [許晃雄、李明旭主編]，國家科學及技術委員會與環境部聯合出版。

[3] 農村發展與水土保持署：農村發展及水土保持署-歷史影像平台。form: https://photo.ardswc.gov.tw/PhotoStory/Home/Story?StoryID=0cf25a2c-47b5-40bb-b8a1-75d0f028d1a4

[4] 王俊明、李心平、李鎮鍵、臧運忠、謝正倫，2010：莫拉克颱風災害綜覽，中華防災學刊，2(1)，27-34。https://doi.org/10.30052/JTDPS.201002.0004

[5] 氣候變遷災害風險調適平台(Dr.A)：https://dra.ncdr.nat.gov.tw

[6] 林詠喬、陳振宇、莊承穎、陳均維、詹婉妤，2023：臺灣近年（2006－2020）降雨誘發之土砂災害變遷趨勢分析，中華水土保持學報，54(2)，108-118。https://doi.org/10.29417/JCSWC.202306_54(2).0002

[7] 臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台(TCCIP)：AR5颱風降尺度資料說明文件。form: https://tccip.ncdr.nat.gov.tw/km_publish_data_document_one.aspx?dd_id=20200219113342

[8] 施虹如、吳亭燁、蘇元風、劉哲欣、李欣輯、陳永明、張志新，2015：極端降雨事件下淺層崩塌潛勢衝擊評估分析，工程環境會刊，34：77-95。

[9] Baum, R.L., Savage, W.Z., and Godt, J.W., 2008: TRIGRS - A fortran program for transient rainfall infiltration and grid - based regional slope-stability analysis, Version 2.0. U.S. Geological Survey Open-File Report, 2008-1159, 75 p.

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