封面故事

 

海平面上升對臺灣西南海岸海潮溢淹發生頻率影響分析

梁庭語 國家災害防救科技中心 佐理研究員
      張志新 國家災害防救科技中心  研究員
       陳偉柏 國家災害防救科技中心  研究員

前言

氣候變遷所造成海平面上升，預期將會增加全球各沿海地區面臨海潮溢淹（high tide flooding）的風險，因為海平面上升將使得原來的滿潮位更高，此時若與更強烈的風暴系統（例如颱風）結合，將導致更頻繁且更嚴重的淹水事件^[1][2]。Vousdoukas et. al.研究指出歐洲目前面臨的劇烈沿海地區淹水，與海平面不斷上升密切相關^[3]。近年來，科學家利用美國國家海洋暨大氣總署（National Oceanic and Atmospheric Administration，簡稱NOAA）潮汐測量站的觀測水位數據進行分析後顯示，在過去幾十年中，海平面上升對提高海潮溢淹發生的頻率及持續的時間有顯著的影響^[4][5]，研究成果顯示隨著海平面持續上升，每年發生海潮溢淹事件的次數相較於現在呈現增加趨勢，並且對居住在沿海社區的居民將造成更多生活上的干擾與不便。而且隨著相對海平面上升，沿海地區的淹水現象不再僅出現於颱風或豪雨發生期間，因海平面上升和區域地貌變化(例如地層下陷)的原因，將可能使當地的滿潮位超過原來的最高天文潮位，而發生海潮溢淹，尤其在滿月或新月期間，即使在萬里無雲的晴朗天氣時，亦可能造成沿海社區街道輕微的積淹水。由於海潮溢淹頻繁發生將影響沿海地區的永續經營，因此需制定有效的調適策略，以降低海潮溢淹的風險，可採用的調適策略包括投資與興建足以抵禦海潮溢淹的基礎設施、制定長期可行之計畫，以及鼓勵沿海社區的居民，考慮搬遷到更安全的地區。本研究為針對臺灣高度脆弱的沿海地區進行不同情境下海平面上升所引發之海潮溢淹發生機率探討，以協助政策制定者和利害關係人瞭解在未來不同情境下可能發生的海潮溢淹事件次數，並作為氣候調適規劃的參考。

研究方法

根據NOAA之國家海洋服務部門的定義，依照滿潮時的潮位高低，海潮溢淹可區分為三個等級：輕度海潮溢淹、中度海潮溢淹和嚴重海潮溢淹。這三類是根據當地滿潮位超過當地的平均高潮位程度而進行區分的，簡述如下：

輕度海潮溢淹：當地海水位上升至約高於當地平均高潮位0.55公尺時，會發生輕度的海潮溢淹事件，導致海水從雨水系統倒灌以及沿海社區的道路封閉，這種程度的海潮溢淹主要影響海岸社區居民的日常活動。

中度海潮溢淹：當地海水位上升至約高於當地平均高潮位0.85公尺時，稱為中度的海潮溢淹事件，這種程度的海潮溢淹可能會進一步影響並損害沿海社區的住宅及商業建築。

嚴重海潮溢淹：當地海水位上升至約高於當地平均高潮位1.20公尺時，即是具有高度破壞性的嚴重海潮溢淹，可能需要疏散沿海社區的民眾，並對沿海社區的基礎設施和財產造成嚴重的損害。

本研究為評估高度脆弱的沿海地區因海平面上升所引發的最劣情境下之海潮溢淹發生機率，使用不同氣候情境下的第95百分位值為海平面上升情境的設定，可協助政策制定者和利害關係人瞭解在最極端但合理的海平面上升情境下，評估每年可能發生的海潮溢淹事件次數。使用第95百分位值為海平面上升情境的設定，主要為考量及應對極端事件，並確保海岸調適規劃的最大韌性。分別採用SSP1-1.9（最低排放情境）、SSP2-4.5 （中等排放情境） 和SSP5-8.5（高排放情境）推導出的海平面上升第95百分位值，以推估高雄從2040年至2100年的海平面上升高度，如圖1所示，其中，圖1a表示SSP1-1.9情境，圖1b表示SSP2-4.5情境，圖1c表示SSP5-8.5情境。以2100年為例，高雄在SSP1-1.9、SSP2-4.5和SSP5-8.5情境下的第95百分位海平面上升分別為0.837公尺、1.084公尺和1.391公尺。不同的共享社會經濟路徑，所推估的海平面上升差異甚大，低排放的SSP1-1.9情境顯示出相對緩和的海平面上升高度，而高排放的SSP5-8.5情境則具備更大的不確定性，並有更高的海平面上升推估值，因此，考慮各種海平面上升情境，才能包含不同情境所造成的不確定區間（如圖1紫色範圍），對評估未來海潮溢淹風險相當重要。

圖1. 高雄站不同的共享社會經濟路徑(SSPs)下海平面上升推估量（2040年到2100年）
註：圖1（a）SSP1–1.9，（b）SSP2–4.5，和（c）SSP5–8.5，分別代表低、中、高排放情境。
紫色範圍部分表示第 17 百分位到第 95 百分位的範圍。
增量相對應1995-2014年，數據資料來源 : https://sealevel.nasa.gov/ipcc-ar6-sea-level-projection-tool，本研究重繪。

 

推估未來海潮溢淹發生頻率2040年到2100年

圖 2~圖4分別在輕度、中度和嚴重海潮溢淹事件下，在不同地區各種SSP排放情境下在2040年到2100年期間推估每年可能發生溢淹的天數，圖中藍色、黃色及紅色陰影分別代表低、中、高排放情境下的海潮溢淹發生的天數。在2040 年，低到高排放情境下，雲林縣萡子寮（圖 2a）輕度海潮溢淹天數每年約為40到50天；而在2060年前，嘉義東石（圖 2b）、臺南將軍（圖 2c）、高雄（圖 2d）和屏東東港（圖 2e），輕度海潮溢淹天數，也呈現顯著增加趨勢，此外，除臺南將軍外，即使在低排放情境下，其餘五處海域的輕度海潮溢淹天數每年也將超過40 天。到2090年後（圖2a~e），整個臺灣西南海岸，輕度海潮溢淹天數可能每年發生280到360天。雲林縣萡子寮、嘉義東石、臺南將軍、高雄、以及屏東東港，未來發生中度與嚴重海潮溢淹的天數推估結果，請參考圖3與圖4。由於海平面上升造成溢淹問題，在臺灣西南部的沿海社區面臨海潮溢淹的趨勢將更為頻繁。本研究的推估結果顯示，從2040年起，臺灣西南沿海將經常發生輕度的海潮溢淹，到2100年，幾乎每天都會發生。換言之，隨著海平面持續上升，現況之輕度和中度海潮溢淹的潮汐條件，在2070年至2080年左右，將引發當地中度和嚴重海潮溢淹衝擊。

 

圖2. 低、中、高排放情境下，因海平面上升導致的輕度海潮溢淹天數，（a）雲林萡子寮，（b）嘉義東石，（c）臺南將軍，（d）高雄，（e）屏東東港。

 

圖3. 低、中、高排放情境下，因海平面上升導致的中度海潮溢淹天數，（a）雲林萡子寮，（b）嘉義東石，（c）臺南將軍，（d）高雄，（e）屏東東港。

 

圖4. 低、中、高排放情景下，因海平面上升導致的嚴重海潮溢淹天數，（a）雲林萡子寮，（b）嘉義東石，（c）臺南將軍，（d）高雄，（e）屏東東港。

 

不確定性說明

研究中推估海平面上升所引發的海潮溢淹天數存在不確定性，其來源包含未來海平面上升推估量值的不確定性是受全球和區域氣候模式的可信度影響^[6]，氣候模式考慮溫室氣體排放、冰帽動力學和海洋動力等因素，因此推估海平面上升的規模和速度時，便已考量不確定性。此外，由於沿海系統本身的變異性和複雜性，包括當地地形、海岸侵蝕和地層下陷等因素，亦會影響此研究對未來海潮溢淹發生天數的評估結果^[7]。此外，臺灣目前尚無制定海潮溢淹發生的警戒值，因此，依據當地的地理特徵，提出輕度、中度和嚴重海潮溢淹的預警閾值，對於更準確推估海平面上升後可能引發的海潮溢淹發生頻率相當重要。

結論

海潮溢淹一般僅會對於緊臨海岸的設施，例如道路、漁港等對象造成衝擊，另外，也會對於居住在此地區的居民造成交通不便等影響。本研究應用雲林萡子寮、嘉義東石、臺南將軍、高雄，以及屏東東港等五個臺灣西南地區海岸潮位站長期記錄的潮汐數據，分析在低、中、高排放情境下，未來海平面上升引發海潮溢淹的潛在可能性，並推估不同排放情境下2040年到2100年，海潮溢淹可能發生的天數。研究成果指出，到 2040年，輕微海潮溢淹事件（高於平均高潮位0.55公尺）每年將發生40至50天；到2090年後，輕微海潮溢淹事件可能每年發生280至360天，具體取決於臺灣西南海岸的地點。中度海潮溢淹事件（高於平均高潮位0.85公尺）在2060到2070年後，將變得更加頻繁，特別是雲林萡子寮，到2090年後，在中、高排放情境下，中度海潮溢淹事件每年可能發生超過320天。在高排放情境下，嚴重海潮溢淹事件（高於平均高潮位1.2公尺）預計在2070年後才會發生，然而，到 2090 年，嚴重海潮溢淹事件每年可能發生超過40天，到2100年，則預期將超過240天。海平面上升將顯著增加海潮溢淹事件的頻率和嚴重程度，對臺灣西南海岸的沿海社區構成重大風險。由於海潮溢淹頻繁發生將影響沿海地區的永續經營，因此需制定有效的調適策略，以降低海潮溢淹的風險，可採用的調適策略包括投資與興建足以抵禦海潮溢淹的基礎設施、制定長期可行之計畫。而根據內政部人口調查結果顯示，臺灣西南海岸地區在高衝擊海潮溢淹居住地內的人口在2008年到2022年的15年間，減少5.8%，因此鼓勵沿海社區的居民，考慮搬遷到更安全的地區後撤（retreat）可能為一個調適選項。

延伸閱讀

TCCIP 電子報第63期：未來海平面上升對彰雲嘉沿海的衝擊
TCCIP Podcast：沿海城市如臨大敵?!一次掌握海平面上升的科學真相
TCCIP 氣候大哉問 EP2：【RCP？ SSP？ 認識氣候變遷推估情境】
TCCIP 第二期重要成果系列報導之四：不確定性分析研究

 

調適參考案例

全球沿岸社區皆面臨海平面上升帶來的威脅，除了建構更高標準的防溢淹設施，調適思維也漸漸轉向自然解方（NbS）或是不與海爭地的策略，以達到降低沿海重要設施與社區的溢淹風險，本期電子報搭配海岸溢淹衝擊的主題，介紹兩則調適參考案例以供各界從事海岸調適規劃時參考。

英國 - 沿岸管理政策調整與鹽沼 沿海地區有計畫性的撤退往往會引起爭議，但管理調整 （managed realignment）已在英國多個地點成功推行，這種管理策略旨在透過移除沿海防禦構造，以允許上升的水域入侵，為沿海生態系製造生存空間面對海平面上升，以自然解方（NbS）來消除波能以及降低重要資產暴露於淹水風險。英國雅培廳主要為高檔農業用地，近年面臨海平面上升所帶來的洪患問題。該區域有豐富的文化遺產，某些已有超過1,000年的歷史，沿岸有300-400年前修建的3.5公里長海堤保護，但堤體已經老化，需要持續且昂貴的維護費用，成本效益分析顯示繼續維護海堤的效益不高。英國雅培廳案例即使用了管理調整方法來取代已無效益的海堤修築方式….點擊更多案例內容

 

 

 

 

 

 

 

美國－紐澤西藍田收購計畫 美國紐澤西州木橋鎮是位於市郊的感潮氾濫平原地區，屬於「特殊水患區」，特別容易受到感潮河道擴張的影響，而且根據未來推估，由於海平面上升和紐澤西州本身的地層下陷，部分沿岸社區未來將面臨常態且極端的水患。因紐澤西州的海岸地區過度開發，1995年該州環保局推出藍田收購計畫，運用政府經費四處收購常淹水的房屋，藍田計畫的三大目標：遷移人員與資產，永久遠離傷害；開放土地給大眾利用；復育自然生態，使土地能像海綿，吸收其他聚落的水患風險。2012年桑迪颶風過後，藍田計畫急劇擴增，美國政府投入3億美元用作聯邦災害復原資，藍田計畫的負責人將收購順序調整為….點擊更多案例內容

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2024年TCCIP平台資料服務統計-資料與服務共同成長

陳又瑄  國家災害防救科技中心 專案佐理研究員

前言

氣候變遷資料是進行氣候變遷科學研究、風險評估與調適規劃的重要基礎，國科會臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台計畫（TCCIP) 自2012年開始提供國內各界氣候變遷資料服務，除了基本的歷史觀測數據與未來推估數據，亦提供加值指標與不同領域的危害指標，讓各界進行氣候變遷風險評估時有更多元的資料可參考、應用。本文將呈現2024年TCCIP計畫的資料服務概況，並展望TCCIP氣候變遷資料服務的後續精進方向。

資料服務穩步增長 教學與地方調適應用增加

2024年1至12月TCCIP氣候變遷資料商店共提供1255件資料服務，從2012年累積至2024年TCCIP共計4848件資料服務，服務量逐年穩定成長（圖1）。

 

圖1、累積資料服務概況

 

TCCIP資料服務依據使用者的應用目的，將資料應用區分為4大類，包含領取國家補助的「補助計畫」、無經費補助的「自主研究」（含學位論文）、由產業提供補助或與產業相關主題之「產業應用」，以及課堂教學使用的「教學」應用（資料用途的分類與說明詳見下載說明）。2024年提供的1255件資料服務中，以自主研究501件最多，約佔整體的40%，其次為補助計畫464件（37%）、教學應用173件（14%）和產業應用117件（9%），與去（2023）年相比教學應用成長約20%，為成長最多的應用類型，其次為補助計畫，成長約12%。

成長最多的教學應用中超過90%的應用內容為大專院校授課使用，其餘多為中小學授課使用，兩者成長幅度皆約20%，顯示在不同的教育現場都更加重視氣候變遷資料於課程中的導入。TCCIP計畫也透過與臺灣師範大學科學教育研究所的合作，與高中老師們共同研發了高中氣候變遷議題式課程，高中老師們利用TCCIP平台的互動圖表與影音產品規劃的課程已刊登於電子報78期中。成長量次多的補助計畫中，地方調適執行方案相關的服務量為2023年的3倍，應與2024年地方政府需繳交調適執行方案有關，也凸顯了本計畫的科學資料是各級政府於調適應用中的重要參考依據，另外，2024年9月出版的專書《縣市氣候變遷概述 2024 基礎版》上架後累積至2024年12月已有近800次的下載量，是地方政府推動調適工作的重要參考資料來源。

指標資料更加多元 帶動指標資料服務成長

TCCIP的資料可分為「觀測資料」、「指標資料」、「歷史氣候模擬資料」、「降尺度資料」等4大類型（分類詳見資料清單），截至2024年12月氣候變遷資料商店中已上架4大類共28組資料。2024年服務量最多的資料依然為網格化觀測資料，觀測、指標與歷史重建資料服務量都相比2023年有所成長（2023年資料服務統計請參閱電子報第71期），其中指標資料成長34%為服務量成長最多的資料類型。

 

圖2、2024年各類型資料服務比例

 

指標資料服務的成長可能受惠於這兩年新上架了多組危害指標資料，當指標資料變得更多元後，可帶動整體指標資料的服務量成長。相似的新上架資料帶動服務成長的例子為2023年的AR6統計降尺度資料，在2023年的資料服務中，年成長率最高者為統計降尺度資料，相比2022年下載量多了超過1倍，主因為2023年AR6統計降尺度資料新上架，許多人在2023年下載統計降尺度資料，也使得2023年資料服務件數創新高。

 

圖3、指標資料之資料量與服務量成長

 

資料服務持續精進 朝向更高時空解析度發展

目前最多使用者下載的網格化觀測資料已提升解析度至0.01度（約1公里），而服務量次之的統計降尺度資料過去僅提供0.05度（約5公里）的資料，在技術與設備的更新下，本計畫持續精進資料的解析度，預計今（2025）年將釋出0.01度（約1公里）的AR6統計降尺度資料，並因應大幅增加的檔案大小，嘗試透過雲端資料服務的方式，配合相應的工具開發，提供更高自由度、客製化的資料服務方式。此外，今（2025）年起提供使用者測試網格化觀測資料之小時雨量（請填寫進階資料需求），期望透過提供更高時間、空間解析度的資料，提供極端事件研究與小尺度研究更詳細的資料，持續精進資料服務，支援國內氣候變遷研究。

延伸閱讀

TCCIP 電子報第078期：運用TCCIP資料進行探究的數位課程設計：以氣候變遷與都市熱島效應為例
TCCIP 電子報第071期：2023年TCCIP平台資料服務統計

 

主題一 參考文獻  

[1] Hauer, M.E., Hardy, D., Kulp, S.A. et al., 2021. Assessing population exposure to coastal flooding due to sea level rise. Nat. Commun. 12, 6900.

[2] Shokouhifar, Y., Lotfirad, M., Esmaeili-Gisavandani, H., Adib, A., 2022. Evaluation of climate change effects on flood frequency in arid and semi-arid basins. Water Supply 22 (8): 6740–6755.

[3]  Vousdoukas, M.I., Mentaschi, L., Voukouvalas, E., Bianchi, A., Dottori, F., Feyen, L., 2018. Climatic and socioeconomic controls of future coastal flood risk in Europe. Nat. Clim. Chang. 89 (8), 776–780.

[4]  Ezer, T., Atkinson, L. P., 2014. Accelerated flooding along the U.S. East Coast: On the impact of sea-level rise, tides, storms, the Gulf Stream, and the North Atlantic Oscillations. Earth’s Future, 2, 362–382.

[5]  Moftakhari H.R., AghaKouchak A, Sanders B.F., Feldman D.L., Sweet W, Matthew R.A., et al., 2015. Increased nuisance flooding along the coasts of the United States due to sea level rise: Past and future. Geophys. Res. Lett. 42(22), 9846–9852.

[6]  Lotfirad, M., Adib, A., Riyahi, M.M. et al., 2023. Evaluating the effect of the uncertainty of CMIP6 models on extreme flows of the Caspian Hyrcanian forest watersheds using the BMA method. Stoch Environ Res Risk Assess 37, 491–505.

[7]  Hsiao, S.C. et al., 2024. Impact assessment of sea level rise-induced high tide flooding and socioeconomic losses in a highly vulnerable coastal region. Journal of Hydrology: Regional Studies, 55, 101921.

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