Lecture 8 Could a Water World Really Happen?

1. Lecture 8 Could a Water World Really Happen? • Is the Sea Level Height Rising ? • Is the rising of SLH really related to Global Warming? • Water resource problems in Taiwan

2. 滄海桑田1 海水面上升之後，許多原來的河谷變成小海灣，河川的坡度緩，其所夾帶的沈積物不再傾倒入海，而在海灣及河口的位置開始堆積淤塞。著名的希臘故事，在伊利亞德（Iliad）時代（公元前1317年），特洛伊（Troy）是一個海港，兵臨城下的阿奇里斯（Achilles），將屠城木馬從泊在岸邊的船隻拖到城邊；那時候海水只在特洛伊城外咫尺之遙；而今天的特洛伊已是一個離海6公里的內陸城市。

3. 滄海桑田2 台灣西部屬隆升海岸，長期以來呈海岸堆積的現象。公元1661年，鄭成功率兵從鹿耳門（今台南安平區）攻打荷蘭人，船可直接開到禾寮港（今台南赤崁一帶）的位置。荷蘭人建「安平古堡」時，海浪花就打在古堡邊；三百年後的今年，海岸線已在 5公里之外。 如今離海甚遠的萬華(艋舺)，原有通海之利。1697年來台採硫的郁永和《裨海紀遊》記載，由淡水入港，初「水道甚隘」，過「甘答門」後，「水忽廣，為大湖渺無涯涘，行數十里」，地質學者曾估計，當時水深約五公尺，海船可上達今日三重、板橋、新莊，《林朝棨，1957》記載「湖中可泊大船數百，為通商之利」，這樣的湖灣河港到百多年後的嘉慶年間才因淤塞而消失。 明鄭時代的赤崁樓前即是台海

4. 脆弱的海岸地岸1 • 海陸交會之處，提供了平坦舒適的生活環境、豐富的生物資源和便利的水陸交通。海岸平原及近海地區棲息著豐富的動植物，種類繁多，是生物生產力最高的生態系。 • 海岸地帶僅佔全球地表8％面積，卻佔了25％的植物量。紅樹林的單位生物生產力是一般開闊海區的20倍；河口、鹽沼、珊瑚礁區有5～15倍；大陸棚及湧升流區的生產力也高過開放海區2～5倍。臨岸海域的漁獲量約佔全球90％。 • 海岸地帶有其結構上的易變性和敏感性;珊瑚礁、泥灘、潟湖、濕地、三角洲都處於微妙的物理與生物的動態平衡之中。河流谷地的土地利用變遷，地下水的抽取，海濱植物相的改變,都可能改變海岸線的位置與地景，而弱化其抵擋海水入侵的功能。

5. 脆弱的海岸地岸2 • 50%的世界人口是定居於離岸50公里的距離內 ◦ 全球暖化可能導致兩極及高山的冰雪融化，使得海平面上升，結果將直接威脅人口最稠密的海岸地帶。 • 全世界約有一億七千萬的人口居住在海平面高度低於1公尺的海岸地帶 ◦ 例如加爾各答,孟加拉,曼谷,馬尼拉,以及佛羅里達,路易西安那和紐澤西州等地都將因全球暖化可能導致的海平面上升帶來的侵蝕作用和熱帶風暴升高的洪患威脅而有被淹沒的危險 ◦

8. 紐約 海岸沉陷的人為因素 • 抽取地下水 • 抽取石油導致地層下陷 • 河川上游水庫的興建 • 開採砂石使河川輸砂量減少，使海岸線倒退 德州 地殼隆升運動 過去100年來，海平面平均每年上升1～2mm

9. mm mm 北歐過去三百年來的相對海平面高度變化 (Woodworth 1999)

11. 影響海平面升降的因素 與全球變遷相關的時間尺度

12. 假如格陵蘭的冰棚因為暖化而全部溶解成水流入海洋的話,估計將使全球海平面高度平均上升7公尺◦假如格陵蘭的冰棚因為暖化而全部溶解成水流入海洋的話,估計將使全球海平面高度平均上升7公尺◦

13. 南極地形高度

14. 兩萬年前冰河時期美國東岸的海岸線(黑線表示現今的海岸線)約較今日低122米兩萬年前冰河時期美國東岸的海岸線(黑線表示現今的海岸線)約較今日低122米

15. 假如西部南極的冰棚溶解的話,美國東岸的海岸線(黑線表示現今的海岸線)約較今日高 5米

16. 假如東部南極的冰棚溶解的話,美國東岸的海岸線(黑線表示現今的海岸線)約較今日高 52米

17. 兩萬年前冰河時期西歐的海岸線(黑線表示現今的海岸線)約較今日低122米兩萬年前冰河時期西歐的海岸線(黑線表示現今的海岸線)約較今日低122米

18. 假如西部南極的冰棚溶解的話,西歐的海岸線(黑線表示現今的海岸線)約較今日高 5米

19. 假如東部南極的冰棚溶解的話,西歐的海岸線(黑線表示現今的海岸線)約較今日高 52米

20. 兩萬年前冰河時期,中南半島一帶的海岸線(黑線表示現今的海岸線)約較今日低122米兩萬年前冰河時期,中南半島一帶的海岸線(黑線表示現今的海岸線)約較今日低122米

21. 假如西部南極的冰棚溶解的話,中南半島一帶的海岸線(黑線表示現今的海岸線)約較今日高 5米

22. 假如東部南極的冰棚溶解的話,中南半島一帶的海岸線(黑線表示現今的海岸線)約較今日高 52米

24. 海平面會繼續上升嗎？ • 過去一百年來， • 全球平均海平面上升約14公分 • 平均氣溫上升了0.6℃ • 大氣中CO2及CH4濃度也都上升了 相關嗎? 人類活動 → 增加溫室氣體 → 全球暖化 → 冰川融化成水入海 → 海平面上升 → 大氣水汽含量增加 → 降雪量增加 → 冰川擴張 → 海平面下降

25. 從十九世紀末迄今, 歐洲及冰島的谷地冰川（valley glaciers）向後撤退了數百公尺到三千公尺不等。

26. 自1880年迄今，全球平均海平面大約上漲了14公分。自1880年迄今，全球平均海平面大約上漲了14公分。 14cm

27. 南極冰岩心的研究顯示:過去15萬年中，極區上空的氣溫越高，降雪量越大◦南極冰岩心的研究顯示:過去15萬年中，極區上空的氣溫越高，降雪量越大◦ 當對流層下層的溫度上升，大氣中的水汽含量會增加，當此潮溼的熱空氣傳輸到高緯帶的南極和格陵蘭，遇冷即降成雪，堆積而造成冰川擴張。上圖顯示，前一次間冰期（12萬5千年前）及全新世暖期（近一萬年），降雪量都是最高的。

28. 近三十年的實地野外觀測及近十年的衛星影象也都顯示，儘管近十年有全球增溫的現象，南極冰帽的覆蓋面積似乎有增無減（Jacobs, 1992）。若這些觀察是對的，則過去百年來海水面的上升要歸咎於(1)谷地冰川的融化，(2)海水水溫上升的熱脹效果及(3)人類抽取地下水而排放入海所致。 trends in the length of the sea-ice season throughout the Southern Ocean from 1979 to 1999, as calculated from satellite data (Claire Parkinson, NASA GSFC)

29. Rate of elevation change (cm/yr) from 1992 to 2003 as determined by satellite altimetry measurements (from Davis et al., 2005).

30. 除了冰川溶化效應外，必須考慮人為活動干擾水循環後所產生對海平面的影響。除了冰川溶化效應外，必須考慮人為活動干擾水循環後所產生對海平面的影響。 (1)在許多河川與谷地，人類建立了大型水壩，蓄積淡水，大面積的水面也造就了高蒸發量，這些蒸發的水，最終的歸宿是大海。 (2)大量抽取地下水的結果，使原來藏身於地下泥沙孔隙間的水份被汲取出來，投身大海。 (3)學者估算，過去100年，人為用水使海面上升約12 cm，這個數字，就已經相當接近估測的14 cm了。 Aswan, Egypt Itaipu, Brazil Three Gorges, China

31. 均衡作用與海平面上升 • 上次冰河期之後，北半球中高緯度地帶的冰原大規模融化，原本地表數千公尺的冰層一旦撤除，受壓區呈現一種緩慢回彈的現象，這是由於地球的均衡作用（isostacy）所致 ◦ 亦即，每一單位面積中，由地表以迄地心累積的質量需相若，當冰層覆蓋時，上部地函熔融狀的物質因受壓而流開；當冰層溶化後，地函物質則回復流入，形成補償作用。均衡作用很像人離開沙發後，一度凹下的沙發逐漸回彈的現象。 • 因為水的粘度低,流動性高；冰原融化後，冰水迅速排入海中，全球海水面迅速上升(上次冰期迄今，上升約122公尺)；而地函物質粘度高，流動緩慢，均衡作用的調整需要很長的時間才能達成。 • 因此，冰融所造成的海水面上升與反應較遲鈍的陸表之間有時間差，使各地所量測的相對海平面的變化非常複雜。

32. 位於巴布亞新幾內亞的Huon半島附近由珊瑚礁岩形成的400公尺高的台地,已經持續上升12萬5千年之久 ◦

33. 自6000年前迄今，海水面上升速率平緩，每百年約10公分;此速率近似於過去百年來14公分的變化 。 第二冰融尖峰 大陸冰原的擴張及後撤 有些學者因此認為最近海平面的上升乃是長期變化的現象，與近百年溫室氣體的排放無關（Baltuck 1996）。 新仙女木期 第一冰融尖峰期

34. 控制全球海平面變化的主要原因 如果現今格陵蘭與南極的冰原全部融解，全球絕對海平面將升高約60公尺。因此，就近數萬年而言，冰川體積的增長或減縮是導致海水面升降起伏的重要原因，而氣溫的高低及降雪的多寡等氣候因素，又控制了冰川體積的增減。 IPCC（TAR, 2001）的報告認為，西部南極冰川非常穩定，不會在短時間內融化崩解，造成海水面的劇烈上升。而過去百年來，東部南極及格陵蘭冰川融化的水所造成的海平面上升之幅度約為0～18公分。

35. 海洋的熱力擴張 GMSST GMSLH 聖嬰年 Thermal Expansion:質量保持不變下,水體因為温度上升所導致的體積增加 ◦ 20世紀末的觀測值大約在1mm/year ◦

36. 指數遞增 不同氣候模式實驗所評估海平面於21世紀(IS92a scenario)的全球平均上升速度(IPCC TAR 2001) → 21世紀,加速的T.E.約 0.11-0.43m

37. 預估到2030年時，海水面將比現在高18cm，到2070年時，高出44cm，到2100年，則高達58cm

38. 根據Warrick and Rahman（1992）的估計，1/3的海水面上升量已不可避免（到2100年約上漲20cm），而其餘的2/3上漲幅度（40cm），則可由減少溫室氣體排放等措施而避免 ◦

39. 台灣海岸地帶的變遷1 台灣本島依地質、地形等特性，大致可區分（林朝棨，1975）為 1.東部斷層海岸 2.南部珊瑚礁海岸 3.西部隆起海岸 4.北部沈降海岸 西部海岸受到人為的衝擊最大;自1904至1975年近七十年的變遷主要為 (1) 靠近潟湖的內側海岸因堆積而向西前進 (2) 離島沙洲因沙供給量減少，沙洲向陸移動，面積亦逐漸減 少，如雲林之外傘頂洲漸向南移動、向東退卻、不斷陸沈。

40. 台灣海岸地帶的變遷2 • 光復以來各主要河川遍築水庫，導致來自河川的沈積物供應減少，及河川濫採砂石也有「推波助瀾」的效果。自1980年代以後，雲嘉南及蘭陽平原海岸皆因抽取地下水而有明顯地層下陷，導致海岸線幾乎已全被海堤、消波塊所圍繞。最近大型的海岸工業區的開發建設，例如雲林麥寮工業區，更加劇對西海岸的影響。 • 台灣地區海平面的上升幅度約與世界平均值相同，但是，低窪的地區，如西部沖積平原和宜蘭平原尚有超抽地下水、地層下陷的問題，兩者綜合起來的效果，60年後相對海平面即可上升1公尺，海岸線將向陸上退卻達1公里。 • 總的來說，氣候變遷對海岸的可能衝擊包括海岸侵蝕、洪氾、鹽水入侵及其他間接效應（施學銘，1994）。 • 「最高海水面」，是海岸工程、海堤設計及洪患防治的重要參數：最高海水面＝平均海水面＋平均高潮位＋暴潮

41. 海平面上升導致的海岸侵蝕 原近岸剖面 新海平面 h 侵蝕 原海平面 堆積 海平面上升後之近岸剖面 海岸後退 R Bruun Rule Maintain the equilibrum profile

42. 勃倫法則: 海平面上升導致的海岸侵蝕 Bruun（1962）認為海平面上升將造成潮汐沖刷增強，有機物積聚的速率將減小。而且波浪的能量也會加強，造成沈積物移動性增加，加速海岸侵蝕及後退（Ellison and Stoddart, 1991）。海岸侵蝕速率與海平面上升的速率有密切關係。海平面上升後近岸地形原有的均夷剖面（equilibrium profile）受海洋作用影響將向陸側並向上移動。海灘沈積物受海洋作用侵蝕後，堆積在近岸海底地形剖面上，以維持海水基準面改變後之近岸均夷剖面。 其關係式為：海岸後退（R）＝ 平均近岸坡度（S）× 海平面上升（h）

43. 台灣海岸地帶的變遷3 • 平均海水面上升1公尺，估計所引發對最高海水面上升的效應約2公尺。此估測所暗示的意義是，往後五、六十年，台灣的洪患頻率及海堤維修費用將成倍增加。而高潮期若恰逢大颱風侵台，則海岸地區海水倒灌的損失將更為巨大。 • 海水面上升的另一個衝擊是鹽水入侵河流及海岸地帶地下水體，而使地下水鹽度增加，土壤鹽化。海水面上升後，相對於地下水面的高度增加，距離縮短，使海水更易入滲到地下水體。台灣西南海岸因養殖業長期大量抽取地下水，導致地層下陷，亦增加海水向地下水體滲透的壓力梯度，大範圍地區已有地下水鹽化的現象。 • 考慮颱風、潮差、波高、地形、海面上升（地層下陷）等災害因素，學者曾對台灣西海岸進行災害潛能評估，發現高致災潛能區正位於目前六輕工業區及離島工業區，這些地區以地勢低緩之潮浦地、河口淺灘、沖積扇、溼地、潟湖為特徵。

44. 結語1 • 對多數人而言，「滄海桑田」或許只是神話故事，然而，近百萬年來冰期與間冰期之輪替交迭，使得厚約120公尺的全球海水時而成為陸上冰原，時而回注大海，成為近期地質時代中，海水反覆升降的主因，也形塑了全球海岸的背景形貌。 • 二萬年前，隨著氣候漸暖，冰原融化，海水面不斷回升，在9000年前到達與現今相似的水準，各地地殼由於均衡作用的緩慢回應、河川沈積物的供輸、及海岸地帶的沈積與侵蝕作用仍在持續進行，尋求新的動態平衡，造就各地相異的海岸特性。 • 全球暖化及抽用地下水等因素使得全球平均海水面在過去百年間上升約14公分，這個趨勢似乎方興未艾，科學家估計，百年之後，海水面比現今高出58公分，但是其中不確定因素極大，上升幅度可能介於21公分到105公分之間。

45. 結語2 • 台灣地區的西部海岸在過去萬年、千年及百年期間皆呈現了明顯的變化，因其坡度平緩，人口密集，海水面變遷的波動將帶來面積廣泛的鉅大衝擊。 • 除了自然因素的調控外，人為因素（河川整治築壩、超抽地下水、港灣工程、海堤設施及海埔地開發等）大規模介入，使台灣海岸地帶在未來百年間的變遷變得十分複雜，其對台灣政經體系的衝擊之鉅大亦不言可喻。 • 對台灣而言，「全球變遷」最大的本土性衝擊大約要表現在台灣西部海岸地帶，值得我們高度關切、及早因應。

47. 台灣的水資源問題:降水、地表水及地下水 地球上的淡水量並不多

48. 降水的空間以及時間分布，又相當不均勻

49. 對某些地區而言，水是珍貴的資源，應該像森林，稀有動物一樣，被珍惜、被保護。「水的戰爭」一書甚至預言，水可能是未來國際間爭奪的重要資源，對缺水的中東國家而言，水是最重要的戰略資源，中東將因水( 不是石油 )而分裂。因此，水是「未來世界危險的種子」。 「水的戰爭」, 約翰‧布洛克與阿道爾‧達維斯，1994。新新聞文化，281頁

50. 台灣地區的降水 蒸發量主要受到地表狀況、風速、日照等因素影響 ◦ 比較降水量與蒸發量的空間分布，西部沿海中南部地區年蒸發量大於年降水量，其餘地區則是年降水量大於蒸發量。因此台灣地區乾旱大多發生於中南部。