氣候科學與服務

水資源問題不僅影響開發中國家,也對已開發國家構成挑戰。氣候變遷加劇全球水資源分布不均的現象,造成暴雨、洪水、乾旱等災害,對交通運輸、能源安全、糧食生產和製造業供應鏈造成顯著的衝擊。此外,水更是經濟的命脈,缺水可能導致產能中斷、營運成本上升、供應鏈斷鏈,甚至引發金融風險,如保險索賠、資產擱淺等問題。根據聯合國在2021年線上水資源週會議中,世界銀行、全球水安全與衛生合作夥伴關係(Global Water Security and Sanitation Partnership, GWSP)以及2030水資源小組(2030 Water Resources Group, WRG)等組織皆指出,如何確保穩定全面的供水和衛生服務,提高水資源效益並建立回復能力,是實現聯合國永續發展目標的關鍵之一,亟需各國政府、企業、非營利組織及利害關係人的對話與合作。
我國的水資源管理挑戰,可以從極端氣候層面進行剖析。臺灣豐沛年平均降雨量達2,500毫米左右,但有時空分佈不均的特徵,例如每年冬季到隔年春天為中南部的枯水期;而活躍於7月到9月期間,被認為能為水庫「補水」的颱風,卻具有很大的不確定性。根據「臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台計畫」(TCCIP)的研究指出 1 https://tccip.ncdr.nat.gov.tw/km_newsletter_one.aspx?nid=20201117152503 ,西北太平洋颱風的未來變遷特徵為颱風數量減少,減少比例約為38-56%,而颱風強度提升,強度增加比率約為2-12%在氣候變遷的影響下,「不雨則旱,一雨成澇」逐漸成為臺灣的常態,造成諸多生命與財產的威脅,對國家永續發展造成威脅。
氣候服務提供的資訊將有助於制定有效的水資源管理策略,包含調整水庫操作、預測水文週期和應對極端氣候事件等。大氣與水循環之間存在著相互作用,因此,在提供水文服務時,需要蒐集和分析大量的氣象資料,包括降雨觀測、地面水位和流量觀測、土壤含水量監測以及遙感測數據等,將蒐集的資料進行分析比對,建立模型模擬水文的運行,預測長期趨勢、季節性變化等水文狀態,強化水資源之規劃、營運及管理應用。在過去,水質惡化常被認為是工業廢水、農地化肥及垃圾堆積等因素所致,然而氣候變遷亦是導致集水區水質變差的原因,包含極端降雨下的土石流沖刷引起藻華現象、森林大火的灰燼、殘骸影響水循環系統,使得流域周遭地區難以恢復原有生態系統。綜上所述,水文相關氣候服務不僅在水資源管理中扮演著重要角色,降低災害的影響範圍與營運維護的成本;透過提供關於水文狀態的資訊和建議,亦有助於保護人民的生命和財產安全,支援水資源的有效利用,以及制定相應的應對措施。
因應氣候變遷與環境改變帶來的風險的同時,也產生新的機會
立即性風險
- 暴雨導致水庫泥砂淤積,水庫蓄水功能降低,影響儲水量與品質,水質污染亦影響淨水場出水率導致限水
- 短延時暴雨和長延時颱風/梅雨降雨帶來超量雨水,導致都會區內水積淹和外水氾濫等淹水衝擊
- 水災及乾旱導致農作物歉收及養殖業重創,造成糧食供需失衡與高額災損,影響農漁民生計
長期性風險
- 降雨型態改變、極端天氣事件頻率增加,影響農業生產品質、數量及供應穩定性,造成糧食安全危機
- 海平面上升導致鹽水入侵地下水含水層,影響地下水資源的蘊藏量,衝擊原區域土地利用
- 不降雨日數增加,造成河川流量降低、水質劣化,影響水資源設施的蓄豐濟枯調節功能
- 降雨強度增加,造成淤積量增加和濁度增加,影響水庫蓄水、水庫取水、河川引水、及淨水效率
- 旱澇劇烈交替與常態化,導致水庫管理單位調節供水與區域間調度支援和備援的困難度增加
- 水資源循環系統失衡,削弱水文生態系統碳吸存和碳儲存能力,乾旱及汙染等環境壓力亦導致更多碳釋放形成惡性循環
- 水資源稀缺可能導致複合型的衝突,包括地緣政治和經濟不穩定、不平等現象加劇和環境難民問題
轉型風險
- 氣候變遷造成水資源緊迫,國家透過進口管道購買高耗水產品,將水足跡和環境成本顯著外部化
- 臺灣地區水資源分布,必須考慮水資源的靈活調度和應用
- 水資源與能源具有高度相互依賴性,除須因應能源發展所增加對水資源的需求量,同時亦須降低產製淡水過程的高能源消耗
- 透過政策機制設計鼓勵採用再生水、海淡水、投資節水設備,可能影響企業用水成本與產業發展
- 工業再生水需求持續成長,現階段較難根據再生水的使用目的之不同,規範其處理程序、水質標準及種類,以提升再生水在市場之售價競爭力
機會
- 透過掌握氣象水關鍵環境資訊,提升水資源智慧管理
- 配合國家發展綠色經濟及因應產業綠電需求,水力發電作為穩定供電的潔淨能源,透過掌握水電供需預測最佳化調節供水與供電
- 建立氣候變遷對水患衝擊及水源供需衝擊之分析預測模式,及水源供需之脆弱度及風險評估
- 協助水庫集水區水文生態系統環境監測、水質監測、及保育治理,降低水庫淤積量及維持供水機能
- 協助分析與水資源相關的融資借貸、投資、債券、私募股權、保險等綠色金融商品價值與風險
氣候服務如何幫助我們
洪災防治系統
即時氣象監測、短期與中期降雨預測
提供短期氣候預測,包含降雨量趨勢、降雨分布區域等,讓水庫管理單位能夠提前調整蓄水策略。
即時監測颱風、豪雨等極端天氣,幫助水庫調控洩洪與蓄水,避免水資源浪費或災害發生。
乾旱防治系統
即時氣象與水文監測、乾旱預警、長期氣候與水資源數據共享
季節性氣候預測乾旱風險,協助政府單位提早規劃水資源調配。
農業及民生、工業水資源管理決策
水情預報及水源調控技術、農業氣象觀測網監測系統、供水決策支援系統、多元水源智慧調控系統
透過整合氣象、水文、土地利用等資訊,及水資源調度與供需分析模式,針對水庫集水區、農業灌溉及民生、工業用水靈活的區域水源進行調度支援。
協助工業區水資源風險評估,提供企業調整生產模式之依據或再生水利用計畫。
資料、數據應用與整合
氣候資訊整合平台
提供未來氣候變遷推估數據,支援水資源、農業、環境等領域的調適與規劃。
提供歷史氣候資料與預測模型,支援水利工程、城市用水規劃及水資源永續管理。
服務案例
國立成功大學水科技研究中心 長期入流量預報暨乾旱監測
面對未來可能陸續發生極端乾旱事件,發展科學化流量預報方法提供長期流量預報資訊,以進一步推估水庫蓄水量變化趨勢,輔助抗旱作為等相關決策。在水利署與氣象署之共享合作成果基礎上,產製臺灣重要水庫與攔河堰集水區之長期雨量預報降尺度產品,進一步提供未來 1 ~ 6 個月水庫入流量預報。並以流量區間預報效能評估方法,評析石門水庫、德基水庫、曾文水庫與高屏溪攔河堰之長期流量預報效能。
資料來源:長期入流量預報暨乾旱監測
服務項目
採用歐洲中長期預報中心展期(1-30天)與氣象署全球海氣耦合短期(31-180天)雨量預報降尺度成果,結合修正型HBV水文模式進行各水庫與攔河堰未來1-180天流量預報。
採用歐洲中長期預報中心季節(1-6個月)雨量降尺度預報成果,結合修正型HBV水文模式進行各水庫與攔河堰未來1-180天流量預報。
產製前1-6個月每個月的標準化雨量指標(SPI)、標準化流量指標(SSI)、標準化水庫蓄水量指標(SRSI),用以監測水情現況與輔助預警研判。
美國國家水文模型(National Water Model,NWM)
NWM由美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)底下的國家水中心(NWC, National Water Center) 開發的水文預測系統,旨在提供全美即時與未來水文預測。透過整合氣象數據、地理資訊與水文模型,支援政府機構、水利管理單位與應急部門進行洪水預警、水資源調度與災害防範。除此之外,NWM亦模擬水文循環提供乾旱風險分析,支援美國乾旱監測系統,支援美國乾旱監測(USDM),幫助政府。
服務項目
美國國家水模型透過高解析度數據與動態模擬,提供多種水文服務,包括:短、中、長期河川流量預測,支援水資源管理與防洪策略制定;提供即時洪水預測與警報,並與NOAAs 洪水入侵與監測系統(IFLOWS) 整合,協助應急與災害應對。