全球暖化熱「倒」的臺北盆地

全球暖化熱「倒」的臺北盆地
發表時間 2017/05/16 16:44
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作者 林教授炯明

前言

        生活在臺北的民眾一定會發現,臺北的夏天好像愈來愈熱。35度以上的氣溫已是司空見慣,加上夏季潮濕的空氣,「體感溫度」經常可以超過45度,讓人感受非常不舒服。2016年七月份,大臺北地區連續好幾天高達37度以上的高溫,也讓中央氣象局首度發佈「極端高溫」的天氣警報。
        臺北盆地的夏天為什麼會讓人感受如此悶熱難耐呢?我們可以先從體感溫度來看。有別於氣溫,體感溫度會因為溼度、風速、日照和人體基礎代謝率等因子而有所不同,是人體對周遭環境氣溫的真實感受,因此在民眾的生活上更具有參考價值。我們可以從生活經驗中來理解體感溫度,舉例來說,當氣溫一樣是35度的時候,在有風的情況下就會比無風時感覺涼快一些。另一個例子也是大家留心便可以觀察到的差異:秋季時偶有俗稱「秋老虎」的高溫天氣,2015年11月,新北市板橋區便曾觀測到33.1度的氣溫。無獨有偶,當年的冬至也創下臺灣氣象有紀錄以來第三溫暖的紀錄,臺北氣象站在下午兩點左右的氣溫高達30.5度。
        乍聽之下,冬季或秋季的氣溫超過三十度時,應該也會和夏天一樣炎熱難耐,然而在人體的實際感受上,秋冬季的高溫會比夏季的高溫舒適許多。為什麼在相同的氣溫情況下,秋冬季的高溫會比夏季的高溫來的舒適呢?主要的原因就在於環境大氣的相對濕度。臺灣在夏季主要受到暖濕的海洋性氣團,或稱太平洋副熱帶高壓所影響,因此大氣的相對濕度偏高,相對濕度通常都在60、70% 以上。在相對濕度高的環境下,人體皮膚不容易藉由蒸發作用散熱。在秋冬季,臺灣則受到乾冷的大陸性氣團影響,雖然偶有秋老虎或是暖冬日的高溫現象,但因環境大氣的相對濕度較低,皮膚很容易藉由蒸發作用散熱,因此在感受上不會像夏季時那般的濕黏炎熱。這也是為什麼我們到美國拉斯維加斯旅遊時,白天氣溫雖然也經常高達38度,但感覺上卻比臺灣的38度舒適(拉斯維加斯位於沙漠地區,氣候乾燥,夏季白天的相對濕度約在20~30 % 左右)。
        臺北盆地封閉的地形,加上密集的都會人口與產業活動,在夏季潮濕的大氣條件下,高溫熱浪對於電力的尖峰負載、民眾健康風險...等層面都將構成嚴重威脅。在全球暖化和都市熱島的雙重影響下,高溫熱浪將成為都市防災的新挑戰。

都市熱島與全球暖化

        臺北盆地封閉的地形,加上密集的都會人口與產業活動,在夏季潮濕的大氣條件下,高溫熱浪對於電力的尖峰負載、民眾健康風險...等層面都將構成嚴重威脅。在全球暖化和都市熱島的雙重影響下,高溫熱浪將成為都市防災的新挑戰。
        對於臺北都會地區的高溫現象,多數民眾可能會認為這是全球暖化造成的結果。當然,全球暖化是地球上所有國家或地區都無法迴避的共同威脅,然而「都市熱島效應」更是都市極端高溫的另一隻推手。事實上,「全球暖化」和「都市熱島」是兩個成因不同的現象。全球暖化是人為排放的溫室氣體所造成的全球普遍升溫現象,無論都市或是鄉村,平均氣溫都有上升的趨勢。而都市熱島則是因為都市的大量水泥建築、道路鋪面與人為活動的熱排放等因素,使得都市的氣溫高於周圍的鄉間地區(圖1)。不同地區的都市,會因其地形、氣候、都市發展的型態與規模,在熱島效應的強度上有所差異。
        「全球暖化」和「都市熱島」雖然在根本的成因上有所不同,但兩者之間卻可能形成惡性循環。都市地區在熱島效應和全球暖化的共同影響下,極端高溫的發生頻率增加,冷氣的使用量也將隨之增加。根據臺灣電力公司的估算,都市地區的氣溫每上升攝氏一度,冷氣用電量將會增加6%。如果我們以臺灣電力公司104年的統計資料來看,該年台電系統發購的總電量中,火力發電量(燃煤、燃氣、燃油)占比高達78.4%,核能16.0%,再生能源4.2%,抽蓄水力1.4%。由此可見,臺灣的電力來源仍有很高的比例來自碳排放很高的火力發電。因此當都市地區的能源消耗增加時,勢必排放出更多的溫室氣體,所以都市熱島效應所造成的碳排放增加,也會讓全球暖化的問題更加嚴重。需要特別說明的是,從能源使用的角度來看,都市熱島效應未必全然是負面的。雖然在臺灣或是其他的中低緯度地區,熱島效應會使能源的消耗增加。但是在高緯度的溫寒帶地區,都市熱島效應反而可以減少冬季暖氣的消耗,節省能源。
        臺灣在緯度上介於熱帶與副熱帶之間,但又因位處季風氣候區,在氣候上兼受熱帶與溫帶系統的影響,因此在氣候的預報上難度很高。舉例來說,原本氣象專家預估,2015年在全球暖化與強聖嬰的雙重影響下,臺灣應該會有一個溫暖的冬季。而去年才剛創下史上第三溫暖的冬至 (2015年12月22日),似乎符合了專家們的預期。然而隔了一個月,臺灣卻又受到超級寒流的侵襲,連陽明山都降下了瑞雪。雖然引發超級寒流的「負北極震盪」和臺灣暖冬的「聖嬰現象」,以及造成全球升溫趨勢的「全球暖化」,在時間與空間尺度上原本就有所不同,但這也說明了我們無法從單一的角度來解釋與預測氣候。從能源使用的角度來看,臺灣除了在炎炎夏日,都市為了降溫使用空調的大量耗能外,當超級寒流來臨時,人們使用電暖器也將耗費能源。總的來說,夏季太熱或是冬季太冷都會導致用電需求的增加,我們可參考圖二Ahmed et al. (2012) 的研究。由圖二我們也可以看出,為什麼溫度和許多疾病都呈現V型或U型曲線的關係。例如高溫或低溫都容易引發心血管疾病以及死亡率的升高。都呈現V型或U型曲線的關係。例如高溫或低溫都容易引發心血管疾病以及死亡率的升高。
        本世紀以來,全球多處接連發生重大的熱浪災害,尤其在都市地區造成嚴重傷亡。例如在2003年夏天,歐洲的熱浪事件估計約有35,000人喪生,單在法國就有14,802人死亡,其中大部分是年長的老人。世界氣象組織(WMO)與世界衛生組織(WHO)均呼籲各國正視極端高溫事件,並應建立熱浪預警系統與應變措施。臺北盆地稠密的人口,在全球暖化的升溫趨勢與都市熱島效應的雙重影響下,夏季的極端高溫對於用電需求與民眾健康的致災風險,都將是我們未來必須審慎面對的課題。此外,從地球公民的角度來看,改善臺北盆地的熱島效應可以減少都市大量的碳排放,也能對於減緩全球暖化做出實質的貢獻。

結語

        根據聯合國估計,2050年全球將有70%的人口居住在都市,人口超過千萬的超級城市也將達28個,大量的人口、人工建物與產業活動將使得都市熱島效應的問題更加嚴重。都市熱島效應可以讓我們從一個綜觀的角度,來檢視都市的發展是否符合環境永續性的要求,包括能源使用、水泥化程度、綠覆率、水循環和空氣污染等。都市溫度升高所衍生的負面衝擊,都需要我們逐一審視,擬訂出因地制宜的減緩 (mitigation) 或調適 (adaptation) 的策略。
        都市熱島的成因複雜,包括:都市規模、產業特性、建築物量體與建築材質、綠地與水域分布以及地形與氣候條件...等,所以必須針對不同的影響因子制訂相對應的措施與策略。例如都市熱島最廣為人知的原因就是傳統的水泥建物與道路,因此我們就可以透過鋪面材料的改善,增加反照率並減少建物與道路的蓄熱;透水鋪面、綠色建築到「海綿城市」的概念,都能有效降低都市熱島效應,也能減少都市水患的威脅。簡單來說,提高都市的綠化程度與綠色建築的比例,是減少都市熱島效應最有效的方法。
        由於臺北盆地的土地利用幾近飽和,不容易藉由開闢大型都會公園或是興建平林森林等大規模手段來減緩熱島效應,比較實際且可行的方式是將上述概念化整為零。例如以政策引導並鼓勵市民,將屋頂綠化(惟需特別強化屋頂植栽在颱風侵襲時的安全性)。屋頂綠化除了可以增加反照率以減少太陽輻射的吸收外,植物的蒸散作用也有降溫的效果。可食用的植物還能落實在地生產、在地消費,縮短食物里程,減少能源消耗與碳排放。
        水體對於都市熱島的減緩也有明顯的效果,水體的蒸發可以除了可以將可感熱轉為潛熱之外,河流也是天然的通風廊道,有利於空氣的流動,達到散熱與污染物擴散的多重效果。韓國首爾的清溪川便是最好的例子,1960年代清溪川由於都市發展,被覆蓋成為地下暗渠,之後並在上方興建高架道路。2003年市長李明博將清溪高架道路拆除,並重新挖掘河道,讓清溪川重見天日。整建前清溪高架道路四周溫度高於首爾全市平均氣溫5°C以上,整建後則低於全市平均氣溫3.6°C。除了有效調節都市高溫外,清溪川上方的平均風速也明顯提升,有助於空氣污染物的擴散。韓國清溪川的案例很值得我們借鏡,臺北盆地內的天然湖泊與河川溝渠,在都市人口快速增長的開發壓力下,溝渠也多被覆蓋成為地下暗渠,河川的行水區與滯洪區也陸續退縮或消失。如何在「與河爭地」與「還地於河 (Room for the River)」之間找到平衡點,將是政府很大的挑戰。
        如同全球暖化,都市熱島效應的形成原因與減緩方法已為普羅大眾所知,諸如提高都市的綠化程度、改善建物材質與推廣綠建築、節約能源並減少廢熱排放等都是改善之道。現今全世界的都市約佔全球陸地面積的2%,但卻消耗了全球近75%的資源,排放的溫室氣體更達全球總排放量的80%。因此,都市的發展攸關整體環境的永續甚鉅,我們必須在都市(經濟)發展與環境永續之間找到平衡,才能避免都市成為地球之瘤。善用工程與科學的方法,例如海綿城市與智慧城市之智慧建築、智慧能源、智慧管理等應用,可以讓我們更有能力面對未來極端高溫的災害風險。除了政府上位的施政外,一般市民也能藉由日常生活的節能減碳與居家綠化,一同對於減緩全球暖化與都市熱島效應做出貢獻。

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