地球科學

太陽系的矮行星

文/陳正改 冥王星的發現 大約在90年前，一位在美國亞利桑那州羅威爾天文台(Lowell Observatory)擔任觀測助理的年輕人的一項重大發現，改變我們對太陽系的認識與看法。這位來自農村年僅22歲的年輕人名叫湯博(Clyde Tombaugh)，他在天文臺裡的主要工作，是協助天文學家觀測並尋找一顆在當時被認為導致天王星與海王星在軌道上不正常運行的未知行星－行星Ｘ。這項任務也是該天文臺創始人羅威爾(Percival Lowell)一生追求找尋的目標。 在一整年時間裡，湯博花費無數夜晚透過天文望遠鏡鏡頭對各個天空星區拍攝，接著數月單調乏味掃描，只為了尋找新行星的蹤跡。在1930年1月23日和29日那兩次被記錄在天文學史書上的照片之前，他已經拍攝上百張照片。觀測並拍照之後，並不能夠立即發現到新行星。他利用天文臺裡的閃爍比較儀(blink comparator)來檢查底片，也就是將不同拍照同一天區進行快速切換比對，從固定不變的恆星背景中，用肉眼發現那些星點發生位置改變。皇天不負苦心人，終於在1930年2月18日下午4點，把兩張在雙子座附近天區裡拍攝的底片經過仔細對比，終於檢視到有一顆極暗淡的移動星體，如圖1，後來被證實是一顆新的行星。羅威爾天文台的天文學家投票通過，接受一位英國牛津11歲小女孩提議，將這顆新發現的行星，命名為冥王星－布魯托(Pluto)，即羅馬神話中掌管冥界地府之神。經過美國天文協會、英國皇家天文協會及國際天文聯合會(International Astronomical Union，IAU) 確認，正式成為太陽系第9顆行星。 圖1. 發現冥王星的兩張底片。圖左為湯博，中、右二圖分別是1930年1月23日及29日所拍，箭頭所指是冥王星移動情形(資料來源：Lowell Observatory photographs) 雖然冥王星是一顆寒冷的行星，距離地球約60億公里遠，是地球離太陽平均距離(簡稱1AU)的40倍遠，當時最小行星－水星的質量也比它大24倍；它的質量與體積甚至比我們地球的衛星－月球還要小。它的軌道面和黃道面夾17.2度，軌道較扁長。但是，它並不孤單，至2019年為止發現它有五顆衛星，最大名叫凱倫(Chron，冥衛一)，其它4顆是被哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)發現，IAU分別把它們命名為尼克斯(Nix，冥衛二)、海卓拉(Hydra，冥衛三)、克伯羅斯(Kerberos，冥衛四)及史提克斯(Styx，冥衛五) 如圖2。 圖2. 冥王星的五顆衛星示意圖(資料來源： NASA/ESA/A. Feild (STScI)) 冥王星降級的導火線－鬩神星的出現 一群來自美國夏威夷大學以天文學家朱維特(David Jewitt)為首的研究團隊，利用夏威夷毛納基山天文台裝上數位電子探測器－俗稱感光耦合元件(CCDs)的設備望遠鏡，經歷5年在海王星和冥王星之外空間搜索，即天文學上所稱柯伊伯帶(Kuiper Belt)區域進行觀測，終於在1992年8月30日發現第1顆海王星之外天體。至目前為止已知在該區域發現超過千顆以上天體，這些天體與行星幾乎處在相同黃道面上而且成圓盤狀軌道，這些星體現在被正式稱為海王星外天體(Trans-Neptunian Objects，TNOs)。該環帶散布著大量冰凍天體，宛如太陽系中的冰庫。隨著海王星外天體數量被發現越來越多，許多人似乎不禁認為，應該會有跟冥王星一樣大小，甚至更大的天體會接著被發現。此時讓世界多數天文學家開始對冥王星成為一顆行星地位感到存疑甚至引起不同看法爭論，直到齊娜（Xena）的出現，才將爭論推向高峰。 美國加州理工學院天文學家布朗(Mike Brown)等研究團隊於2003年10月21日夜晚，利用位於美國加州帕洛馬天文臺(Palomar Observatory)望遠鏡，對著太陽系盡頭邊緣進行拍攝，從一堆於當天拍攝的相片中，透過事後分析發現，該區域是另外一個冰冷世界。最讓更能振奮的消息是，發現一顆與比冥王星略大的天體且環繞太陽運行。接著在2005年7月29日公布此發現消息，當時它的暫時編號為2003 UB313，名字暫稱為齊娜（Xena）。它於2005年7月位於距離太陽97個天文單位(97AU)遠的位置，而它的軌道極為傾斜，公轉周期為557年。在2006年8月的「第26屆國際天文聯合會大會」上，把2003 UB313劃入矮行星之列，並以希臘神話中的鬩神厄里斯（Eris）命名。這顆星的中文名稱為鬩(ㄒㄧˋ)神星，在希臘神話中Eris是專門挑起眾神們之間不合與爭吵的女神。2005年位於夏威夷島上觀天巨眼－凱克雙胞胎巨型望遠鏡(The twin Keck telescopes)以先進的光學系統拍攝到鬩神星相伴的暗淡天體－它的衛星。該衛星以厄里斯（Eris）女兒名字戴絲諾米亞(Dysnomia)命名，如圖3。 圖3. 哈伯太空望遠鏡下的鬩神星(Eris)與它的衛星戴絲諾米亞(Dysnomia)(資料來源：NASA, ESA and M. Brown) 上述的發現，冥王星的第9大行星地位，更加顯得受到挑戰。如果冥王星是9大行星之一，那麼鬩神星該不該是第10大行星呢?隨著觀測科技的精進，科學家們將不斷在太陽系盡頭的地帶找到與冥王星和鬩神星大小相當的天體，如果它們全部被接納為行星，太陽系的行星數量將不斷地擴大；如果拒絕接納，那麼行星的界限應該劃到那裡呢？這就是促使IAU天文學家必須嚴肅面臨「行星」名稱定位的問題。 太陽系新面貌－新太陽系天體分類 國際天文聯合會(IAU)自從1919年成立來，它主要的任務是經由國際合作提升天文學研究領域一切事務，包括負責整合恆星、小行星、衛星、彗星等新天體以及天文學名詞的定義與英文命名。例如，國內學生所認識天空88個星座名稱的設立與星座界線劃分，皆是IAU權責範圍。會員由一群博士以上的專業天文學家所組成，積極參與天文學研究與教育及發展等活動，是國際上承認的最具權威、最專業的天文組織。每3年舉行一次會員大會，至2007年為止，個別會員共有1萬3千人以上，目前有82個「國家會員」(national members)，臺灣中研院也是其中國家會員成員之一。 針對冥王星是否為行星問題， IAU成立一個行星定義委員會，公開向專業天文學家、行星科學家、歷史學家、科學出版界人士、作家和教育人員等廣泛徵求意見。經過激烈的討論與審查後，漸漸形成共識的行星定義草案，最後提交到2006年8月14至24日在捷克首都布拉格舉行第26屆IAU的全體會議上進一步討論與表決，該次會員大會由世界各地天文學家代表出席，會議最受矚目的就是表決第5、6號決議草案，如圖4。 圖4. IAU會員大會投票表決議案現場 (資料來源：IAU/Robert Hurt SSC) 經過表決結果，重新把太陽系內的行星和其他天體劃分為下列3種不同類型(衛星不列入分類中)： 1. 行星(planet): (1)環繞太陽運轉的星體，(2)星體的質量必須大到其自身的重力足以使本自己形體變成圓球形狀，(3)能夠清除其軌道附近的物體。 符合上述條件有8顆：水星(Mercury)、金星(Venus)、地球(Earth)、火星(Mars)、木星(Jupiter)、土星(Saturn)、天王星(Uranus)、海王星(Nepture) 2. 矮行星(dwarf planet or plutoids): (1)環繞太陽運轉的星體，(2)星體的質量必須大到其自身的重力足以使本自己形體變成圓球形狀，(3) 無法清除其軌道附近的物體，(4)不是行星的衛星。 目前只有5顆：冥王星(Pluto)、鬩神星(Eris)、穀神星(Ceres)、鳥神星 (Makemake)、妊神星(Haumea) ，如圖5和表1。 圖5. 太陽系目前被正式認定的5顆矮行星(dwarf planets) 3. 太陽系小天體(small bodies of solar system ): 除了衛星外，所有環繞太陽運動其它天體。目前包括大多數小行星、海王星外星天體、彗星和其它小天體。 根據IAU的行星與矮行星定義標準，這兩類的差異在於，是否能夠清除軌道附近物體。所謂的「清除軌道」是指沒有其它和行星大小相當的天體共享同一軌道。通常其它小天體會受到行星質量較大且重力較強的影響，不是被吸附成行星一部分，就是被行星的重力拋甩到別地方。冥王星被認定不再是行星，而被歸類為矮行星，因為它是成千上萬海王星外天體(TNOs)的主要代表星體，它們都太小無法相互排拒因而共同分享軌道。同樣道理，穀神星雖然是球形狀星體，但是處在數十萬顆小行星帶中，沒有能力移開其它天體。 表1. 矮行星主要數據表 矮行星最新發現 1.冥王星 美國航太總署(NASA)的新視野號(New Horizons)探測器在2015年7月14日便已飛掠冥王星，並且已經傳回地球大量資料（超過50 GB）包括圖片、光譜、現場數據集等(如圖6)。這些資料讓我們對冥王星和它其5顆的衛星有更一步看法。天文學家曾經認為直徑2,326公里的鬩神星比冥王星更大。但是新視野號的探測發現，冥王星的直徑為2,374公里，比預測值大約差80公里，證明了冥王星是柯伊柏帶裡體積最大的星體。同時發現冥王星及其衛星有著多樣貌的地形景觀(如圖7)，包括由冰河、隕石撞擊坑、山脈、峽谷、沙丘、平原和廣大的冰川覆蓋著流動的固態氮冰，地下則可能有深達百公里的巨大冰洋，這顯示出冥王星的地質活動還是非常活躍。 冥王星大氣層是冥王星周邊薄薄的氣體層。它的主要成分是氮（N2），次要的成分還有甲烷（CH4）和一氧化碳（CO），這些成分來自冥王星地表面的冰蒸發昇華產生(如圖8)。 圖6. 不同年代及不同探測工具所拍攝的冥王星(資料來源：The Cosmic Perspective 8th edition) 圖7. 冥王星多樣貌的地形景觀(資料來源：NASA/JHUAPL/SwRI) 圖8. 冥王星的大氣層 (資料來源：NASA/JHUAPL/SwRI) 2.穀神星 曾經是第一顆被發現的小行星，在1801年發現之初被認為是新的行星，但是它的平均直徑大約只有940多公里，而且再它的軌道附近陸續發現其它小天體，後來將這些統稱小行星。2006年後又合乎矮行星定義的條件，而升級為矮行星。 美國NASA探測船－曙光號(Dawn)在2011~2012年環繞灶神星(Vesta)14個月之後，在2015年3月6日抵達穀神星，成為第一個拜訪並繞行矮行星的太空任務。穀神星是太陽系主小行星帶中最大的天體，直徑達946公里，它的質量佔小行星帶總質量的三分之一。曙光號就以前所未見的高解析度傳回影像，畫面裡出現了神秘的景象，顯示表面有許多的坑坑窪窪(如圖9)。穀神星奇特之處是擁有神祕的亮斑，曙光號已發現130個，其中最明亮的亮斑出現在92公里寬，4公里深的歐卡托(Occator)隕石坑中心(如圖10)。科學家認為明亮物質是名為硫酸鎂水合物 (MgSO4•6H2O)的鹽，有些行星科學家認為這些鹽的來源是，榖神星的淺層地表下面可能是有一層冰、鹽混合層，經過隕石撞擊後暴露出來。 圖9. 穀神星殞石坑上亮斑(資料來源：NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA) 圖10. 穀神星經過多波段處理過的殞石坑(資料來源：NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA) 結語 如果說1492年10月12日義大利航海家哥倫布發現新大陸－美洲大陸，是人類開啟了世界歷史的新時代，那麼2015年7月14日，至今為止飛行最快的太空船－新視野號，經過近10年的星際旅行，抵達太陽系的新大陸－柯伊伯帶，更是人類觀測技術的進步與理論研究發展的大突破。此疆域是矮行星及其它小行星所處的家園，即使我們稱這些天體為矮行星，但是「矮或小」不等於不重要，那裡蘊藏大量從太陽系形成之初殘留至今的原始物質，記錄著太陽系最初形成時的歷史，也是短期彗星的源頭，這些寶庫等待我們去揭曉。 臺北市立石牌國小退休教師暨臺北市立天文教育館解說志工 梁添水

臺灣西北海岸的地質地形教學資源

文/李文禮 前言 「十二年國民基本教育課程綱要總綱」自108學年度起，依照不同教育階段（國民小學、國民中學及高級中等學校）一年級起逐年實施，其中課程發展之主軸是「核心素養」，其意指一個人為適應現在生活及面對未來挑戰，所應具備的知識、能力與態度，強調學習不宜以學科知識及技能為限，而應關注學習與生活的結合，透過實踐力行而彰顯學習者的全人發展(教育部，2014)。 圖1. 核心素養的滾動圓輪意象(資料來源：教育部，2014) 核心素養的養成既是十二年國教的重要目標，要達成此項目標，總綱就規定領域課程設計應適切融入性別平等、人權、環境、海洋、品德、生命、法治、科技、資訊、能源、安全、防災、家庭教育、生涯規劃、多元文化、閱讀素養、戶外教育、國際教育、原住民族教育等19項議題。藉由實施議題教育的教與學，如圖2，可引導學生覺知生活中的情境，並從不同領域/學科角度對議題加以探究、分析與思考，培養學生對生活情境問題的分析與解決能力 (教育部，2017) 。 圖2. 議題的教與學(資料來源：教育部，2017) 議題具有時代性、脈絡性、變動性、討論性和跨領域等特性，而取材可視社會發展需要、社會大眾關注程度來調整，且期待學生應有所理解與行動的一些課題。由於聯合國已啟動所定的2030年永續發展目標議程（The 2030 Agenda for Sustainable Development），當中最受矚目的便是其訂定的17項永續發展目標（Sustainable Development Goals, SDGs）如圖3，所以這些目標就是未來很重要的國際議題。 圖3. 聯合國17項永續發展目標 北海岸的地質與地形教學資源豐富，筆者希望可以利用此素材，供教師融入19項議題，達到十二年國民基本教育的核心素養的養成，尤其此素材與環境、海洋、能源、安全、防災、戶外教育、國際教育等的相關性更是顯而易見，也希望學生也能藉此教學素材關心生活環境，自我學習和成長。 臺灣特殊的地理位置 臺灣島位在太平洋西岸、亞洲大陸外緣的花彩列島（Festoon Islands）中段，花彩列島北起阿留申群島、千島群島，南至菲律賓群島及印尼群島，因其排列形似花彩而得名，在東亞的經貿、政治和戰略地位上也很重要，因它們像一條鎖鏈，也有第一島鏈或東亞島鏈之稱，如圖4。 圖4. 臺灣位處花彩列島(紅色線標示處)中段(資料來源：Google地圖) 花彩列島是由一串弧形排列的火山島嶼所形成，又稱火山島弧（volcanic arc），如圖5，這裡的火山活動、溫泉地熱和地震活動等地質作用特別活躍，由太平洋板塊(Pacific plate)、菲律賓板塊(Filipino plate)、北美板塊(North American plate)、澳洲板塊(Australian plate)與歐亞大陸板塊(Eurasian plate)的隱没作用所造成，如圖6，是地球上綿延最長的一串火山島弧。 圖5. 海洋板塊(oceanic crust)隱没(subduction)至大陸板塊(continental crust)形成海溝(trench)和火山島弧(volcanic arc)(資料來源：WIKIPEDIA/Volcanic arc) 圖6. 全球板塊分布圖(資料來源) 臺灣北海岸的特色 臺灣四周環海，面積約36,000平方公里，海岸線長約1,200公里，南北狹長約400公里，東西較窄，位處北回歸線上。地殼被擠壓抬升而形成的山脈，南北縱貫全台，其中以中央山脈為主體，山地、丘陵約占全島總面積的三分之二，地勢東高西低，高峻陡峭。 臺灣的海岸依地形地質可概分為下面幾種類型：北海岸為火山邊緣緩坡地與海岸相交的岩岸地形，東北海岸屬岬灣地形；東海岸則為侵蝕性的斷層海岸，較為平直；南海岸屬珊瑚礁海岸；西海岸為河川出海口，河口輸沙量豐富，是堆積性的隆起海岸，加上海底地形淺而形成沙洲、潟湖景觀。 由於海岸地質地形資源豐富，為方便和吸引國內外觀光客，交通部觀光局依據《發展觀光條例》，劃定並公告的「國家級」重要風景或名勝地區，目前共有國家風景區13處，如圖7，位處海岸環境的有東北角暨宜蘭海岸國家風景區、北海岸及觀音山國家風景區、雲嘉南濱海國家風景區、大鵬灣國家風景區、東部海岸國家風景區、澎湖國家風景區和馬祖國家風景區共7處，而本文介紹的北海岸之主管機關即「北海岸及觀音山國家風景區管理處」。 圖7. 交通部觀光局公告的13處國家風景區 北海岸分屬於新北市萬里、金山、石門、三芝、五股等5區，位於陽明山國家公園北側海岸的陸域及海域部份，如圖8，主要以人文、地質地形、海岸景觀等特殊風貌著稱，尤其是野柳女王頭地景，享譽國內外，近年來更以推動成為世界地質公園為努力目標。 圖8. 北海岸東起自新北市的萬里區，西至三芝區(資料來源：北海岸及觀音山國家風景區管理處) 北海岸重要的地質地形教學資源 地景的形成與地質和氣候息息相關，北海岸的地景受大屯火山群的火山噴發影響，當安山岩質的熔岩流流入白沙灣兩側海中，形成麟山鼻與富貴角兩個岬角，且長年受到東北季風的吹襲和海岸變遷下，有野柳的女王頭，富貴角至老梅海灣內有風稜石、沙丘和海蝕礁岸3種海岸地形，石門的海蝕拱門等，以下簡介一些北海岸重要的地質地形教學資源，以供教師戶外教育參考用。 1.野柳 野柳地質公園是突出於北海岸的狹長海岬，如圖9，全長約1,700公尺，地層是東北-西南走向，向西傾斜的單面山，其地質屬於新生代中新世(2,303萬年到533萬年之前)的大寮層，地層由下而上依序是砂頁岩互層、鈣質砂岩、頁岩、砂岩，其中鈣質砂岩含有圖形或不規則的石灰質結核，抗侵蝕力強，砂岩次之，而頁岩則易風化。 圖9. 野柳的旅遊地質圖(資料來源：北海岸及觀音山國家風景區管理處) 原本水平沉積的地層受地殼變動而形成一面平緩一面較陡的單面山，以及一些相互平行的節理破裂面，海岸地形經過千萬年海濤和東北季風不斷地侵蝕、風化、搬運等作用下，形成了海蝕平臺、海蝕崖、壺穴、蕈狀石、燭臺石、薑石、豆腐岩、蜂窩岩等各種渾然天成的奇形怪石，其中以女王頭最富盛名，如圖10。 圖10. 野柳的女王頭地景，頸部是較弱的砂岩，而頭部是較堅硬的鈣質砂岩結核(資料來源：北海岸及觀音山國家風景區管理處) 當海水與岩石中含有一些鐵的礦物質接觸，發生氧化作用，形成紅色的帶狀花紋，而形成銹染，又稱風化紋，這些氧化鐵膠結砂岩的顆粒後，較砂岩不易受風化，因此氧化帶凸起地表。但相對於鈣質砂岩而言易受風化，此時那麼新生成的氧化鐵風化紋反而下凹了。 2.獅頭山公園 位於突出於海岸的金山海岬，磺港半島的末端，早期是北海岸重要的軍事基地，由於管制而使其地質和生態豐富。 公園北端的海面突出有燭臺雙嶼，如圖11，外形像兩座燭臺，高約60公尺，又稱夫妻石，因板塊運動形成橫直交錯節理的岩石。經過長時間的海浪侵蝕，致使燭臺雙嶼與岬角分開，下方的海蝕洞逐漸貫穿，形成海拱，後來海拱頂部崩塌，形成兩座海石柱形的顯礁，石柱岩基相連。 圖11. 獅頭山公園北端的海面，突出有外形像兩座燭臺的燭臺雙嶼 3.跳石海岸 在金山及石門地區，北海岸公路尚未修築開通之前，來往金山、石門的人們經過這段連綿10餘公里的海岸，就必須等到退水後，踏石跳躍而過，故名為跳石海岸(如圖12)，可以想見，瞭解此地潮汐的變化是當地人必要的生活能力。這些礫石大部分是由火山碎屑岩構成，膠結緻密，又稱火山集塊岩，其中的安山岩碎塊是來自80萬年前噴發的大屯火山，這些集塊岩沉積成層後，受地殼抬升及海浪侵蝕成崖，當海蝕崖崩落的岩塊未經長途搬運就直接沉積在海邊，再受海浪淘洗作用而成巨大渾圓的礫石。 圖12. 跳石海岸滿布巨大渾圓的礫石(資料來源：北海岸及觀音山國家風景區管理處) 4.石門洞 大屯火山噴發後堆積之火山碎屑與熔岩，由於當時沖刷速度相當快，火山岩塊、礫石、火山碎屑和細砂，全部混雜一起，於海面下沉積形成集塊岩的岩層，後又因地殼上升而露出地面，在海邊受波浪侵蝕，逐漸由海蝕洞而形成高約10公尺的海蝕拱門(如圖13)，在此處可觀察到沉積岩層的層理及交錯層的特徵。 圖13. 受地殼抬升影響，目前的海蝕拱門距海岸已有十幾公尺了 5.老梅、富貴角至麟山鼻 老梅一帶有海岸長約百餘公尺，受海浪侵蝕發育良好的海蝕溝，因為凹陷的地形又稱石槽，其縱深約20~30公尺。春天時灘岩上長滿了石蓴，變成綠色的一片，十分美麗，吸引不少遊客駐足欣賞，如圖14。 圖14. 老梅綠石槽 沿著老梅海岸線往北的富貴角走，除了石槽，還可以看到沙丘、風稜石(如圖15)和石滬。大部分的風稜石為安山岩沿節理裂開後，堆落海岸處，再受強勁的東北季風挾帶海邊的沙礫雕磨而成，風稜石的分布可以一路從老梅、富貴角至麟山鼻的海岸。 圖15. 富貴角風稜石 石滬是一種早期漁民的捕漁設施，在潮間帶堆砌長圓弧形堤岸，從淺水處延伸至深水處，在深水處其盡頭返回做成彎鈎狀，有如袋狀。漲潮時，魚群順着海水進入石滬中覓食海藻；退潮後，石堤已高於海面，魚群困於滬內，漁民便可輕鬆捕撈漁獲。 富貴角位處臺灣本島的最北端，其上矗立著八角型外觀的燈塔，具百年以上歷史，塔身外漆黑白色平行相間條紋，格外顯目又獨樹一格，是富貴角著名地標。 結語 十二年國民基本教育強調培養以人為本的「終身學習者」，包括「自主行動」、「溝通互動」、「社會參與」三大面向，而且在19項重要議題融入十二年國教課綱中，明訂「環境教育」(如表1) 和「海洋教育」於其中4項重大議題，「戶外教育」(如表2)則列於其它15項重要議題之中。由此可知，利用北海岸的地質地形景觀實察活動，教師可以進行這三大面向的核心素養和課綱中的重要議題教育。 表1. 環境教育核心素養 資料來源：十二年國民基本教育議題融入說明手冊 表2. 戶外教育議題在不同教育階段的實質內涵 資料來源：十二年國民基本教育議題融入說明手冊 參考文獻 1. 十二年國民基本教育課程綱要總綱，教育部，2014年11月，共38頁 2. 十二年國民基本教育議題融入說明手冊，教育部，2017年2月，更新二版，共268頁 3. 十二年國民基本教育領域課程綱要核心素養發展手冊，國家教育研究院，2015年7月21日，共58頁 4. 北海岸野柳風景區之地形地質與自然景觀數位典藏(一)，莊文星，國立自然科學博物館館訊第303期 5. 北海岸的地景教學資源，許民陽，台北市立師範學院自然科學教育學系 6. 地景欣賞與解說─臺灣的特殊地形景觀，王鑫 7. 聯合國永續發展目標 8. 北海岸及觀音山國家風景區管理處 9. 東北角暨宜蘭海岸國家風景區管理處 10. 野柳地質公園 臺北市立建國中學地球科學科教師 李文禮

大屯火山群地景巡禮

文/王郁軒 板塊運動是火山成因 臺灣島位於歐亞板塊與菲律賓海板塊的交接處，島嶼岩層的前身，是沉積在海底的地層。數百萬年以來，在兩大板塊的聚合作用下，海底地層漸漸隆升，露出海面形成島嶼，但板塊運動的巨大力量，卻也使得地層扭曲、斷裂，形成一條條巨大的斷層，造成複雜多變的地質環境。 另一方面，菲律賓海板塊與歐亞板塊撞擊後，密度較大的菲律賓海板塊向下隱沒，回到距離地表約一百公里深的上部地函。在這麼深的地底，只要地層一出現裂隙、釋放壓力，岩石便可能熔化成岩漿。過去，在臺灣北部地區，地底蓄積的岩漿曾沿著斷層噴出地面，形成一座座高聳的火山，這即是本文探討的主角--大屯火山群。 大屯火山群的噴發史 大屯火山群的噴發約略分為兩階段，距今280〜250萬年間，岩漿沿斷層上升，衝破地層，噴出火山碎屑岩和熔岩流，覆蓋在古老的沉積岩層上，構成大屯火山群的基底。 此階段噴發歇止之後，火山活動沉靜了100多萬年，直到距今八、九十萬年前，火山活動再次活躍，一連串的火山噴發，火山碎屑岩與熔岩流交疊堆積，使得火山高度不斷增大，竹子山、七星山及大屯山等主要火山皆於這個時期形成。 過去，學者認為大屯火山群的噴發大約持續到距今20萬年前後。但是近年來，藉由地質鑽探調查，在地層中找到年代不到一萬年的火山噴發物，所以火山的噴發更接近現代了。相信隨著更多證據出土，能更精確推估大屯火山群的噴發史。 科學家向來關注大屯火山的活動，因為這些火山比鄰臺北盆地，一旦蠢蠢欲動，人口稠密的都會區必然遭受威脅。根據學者們長期研究發現，大屯火山群的地下仍存有岩漿庫，且也偵測到週期性的地震現象，顯示大屯火山群仍有活力。 大屯火山群底下的岩漿會漸漸冷卻還是持續活躍尚未可知，但火山爆發通常有跡可循，不像地震突如其來，藉由微震頻率、地殼變形、火山氣體濃度等的長期監測，便可掌握火山活動的動態。多年來，大屯火山群的火山活動都未出現異常，但除了監測之外，大家更該做好萬全準備，一旦遇上災害，才能將災損降到最低，這也正是與大自然和諧共處之道！ 大屯火山群包括了20幾座火山，目前，大部分區域已劃屬陽明山國家公園，加以研究保育。火山地區的地景，包括山勢雄偉的火山、濃煙竄升的噴氣孔、滾燙冒泡的溫泉等，都是極為特殊、珍貴的自然資產，本文就帶大家來認識火山地景的迷人之處。 睥睨爭鋒的火山群相 大屯群峰的高度大約在1,000公尺上下，這樣高度的火山並非一次噴發就能形成，它們都歷經了許多次噴發。每一回火山爆發，大量的岩石碎屑、灰塵從火山口噴出，落地後堆積在山坡。其後，岩漿從火山口溢出，覆蓋在這些灰塵和岩塊上。下一次火山爆發，同樣的現象再度發生，火山就由碎屑、岩漿層層相疊，愈長愈高。這樣的火山稱為層狀火山（或複式火山）。著名的大屯山、七星山、竹子山、磺嘴山等都屬於這類型的火山。 既然稱為大屯火山群，為首的大屯山必然有其過人之處。大屯山的高度將近1,100公尺，雖然不是排名第一，但與周圍的火山相比，卻高出不少，站在山頂上，最能夠感受那凌駕群峰的王者風範，如圖1。 圖1. 從小油坑遠眺，大屯山的山勢相當雄偉 大屯火山群的最高峰--七星山，高度約為1,200公尺，與大屯山遙遙相對。從臺北盆地遠眺七星山，山頭略呈鈍角的V字形，這缺口即是七星山的火山口，如圖2。 圖2. 七星山是大屯火山群最高峰，山坡上冒煙崩塌的凹谷即是小油坑 小油坑位於七星山的山腰，是一處地熱現象旺盛的凹谷，這處谷地並非七星山的火山口，主要是由地熱蒸氣腐蝕地層崩塌所造成。 位於大屯山東北側的小觀音山，有個巨大的火山口，直徑長達1,200公尺。火山口的輪廓略呈C字，是一個不完整的環狀凹谷。火山口缺了一大塊的原因，極可能是猛烈的噴發作用所造成，如圖3。 圖3. 從模型看出，小觀音山的火山口缺了一角，輪廓像C字型 要談典型的火山口，那絕對非磺嘴山莫屬！磺嘴山的火山口大致維持完整的環形，如圖4，僅在北側有個小缺口，應該是昔日火山爆發時，岩漿和火山碎屑主要傾瀉的出口。火山口的低窪處積水盈盈，稱為磺嘴池，是火口湖地形。大屯火山群另一處逢雨積水的火口湖，是向天山的向天池，如圖5。 圖4. 磺嘴山的火山口外型完整，凹陷處積水形成磺嘴池 圖5. 大雨過後，向天池積水盈盈 大屯山區還有一處「有名無實」的湖，就是遊客如織的竹子湖。竹子湖位於大屯山、小觀音山與七星山之間，是一處山中盆地。數十萬年前火山爆發，岩漿沿著山坡漫流而下，堵住溪流，使得溪水蓄積成湖。所以這裡曾經是火山堰塞湖，在物換星移之後，湖水乾涸，早先沉積在湖底的淤泥，也搖身變成肥沃土壤。現在的竹子湖，種滿了美麗的海芋，數十年前，這裡還曾是培育蓬萊米的故鄉呢！ 除了前述雄偉高聳的火山，某些火山的山坡上，還冒出「個頭兒」比較迷你的火山，像七星山的半山腰，就有座小巧可愛、狀似烏紗帽的紗帽山，如圖6；而大屯山的山坡上也有一座菜公坑山，如圖7。 這樣的火山稱為寄生火山，在火山主體形成之後，後期火山爆發時，上升的岩漿可能因為通道受阻，未能從原先的火山口噴出，而改由山坡上地質脆弱的位置冒出來，形成這類型的火山。 圖6. 紗帽山是七星山的寄生火山，狀似古代官吏的烏紗帽 圖7. 菜公坑山位於大屯山的山坡上，是大屯山的寄生火山 睥睨爭鋒的火山群相 大屯火山群的火成岩主要為安山岩(僅有烘爐山為玄武岩)。本區域安山岩的主要外觀特徵：淺灰色的岩石微粒基質上布滿了斑狀的黑色鐵鎂矽酸鹽類礦物結晶，主要包括長柱形的黑色礦物為角閃石，如圖8；短柱則可能為輝石。 地質學者從火山碎屑，以及熔岩流分布情形加以研判，認為大屯火山群的火山碎屑分布較少，火山岩大多為厚層的熔岩流，顯示火山噴發時應以岩漿流動為主，較少出現濃煙遮天蔽日的景象。 從火山口溢流出來的岩漿，隨著地形坡度起伏流動，形成寬廣平坦的熔岩臺地，像擎天崗、七星公園等，都是由熔岩流構成的平坦臺地。 幾十萬年以前，竹子山噴發時，岩漿順著山坡向北海岸漫流，覆蓋在古老的沉積岩地層上。岩漿一接觸海水，立即冷卻凝固，變成堅硬的安山岩。當周遭地層逐漸受到侵蝕而凹陷後退，安山岩層便成為突出海中的堅硬岬角--富貴角與麟山鼻，如圖9。 硫磺谷、小油坑等地的山壁岩層，由火山灰塵與岩石碎塊共同構成。岩層中的石塊大多有稜有角，而且有大有小、參差不齊，顯示岩石並未經過長距離的搬運，如圖10。這些是火山爆發時，從火山口噴出來的煙塵和灼熱岩塊落地堆積形成的，與溪谷河床上經過長距離搬運、堆積的鵝卵石明顯不同。 圖8. 長柱形的角閃石，是安山岩中常見的黑色礦物 圖9. 兀立北海岸的富貴角(右側)與麟山鼻(左側)，是數十萬年前，竹子山爆發時，火山熔岩遇到海水冷卻而形成的堅硬岩層 圖10. 火山噴發的岩石碎塊，未經長距離搬運，多為有稜有角的不規則狀，與經由河流搬運磨蝕的鵝卵石不同 火山作用的地質景觀 目前，大屯火山群地底下依然存在岩漿熱源，加上山區雨量豐沛，雨水滲入地下之後，被岩漿加熱，許多火山物質也溶進其中，因而形成高溫、酸性的溫泉或蒸氣。 隨著地層中蒸氣聚集，壓力也不斷累積，高溫蒸氣蘊藏巨大的地熱能量，沿著斷層或質地脆弱的岩層向外釋放，把地面炸開來，就形成像大、小油坑一樣的崩塌凹谷，這樣的地形稱為火山爆裂口，如圖11。 圖11. 油坑是一處巨大的火山爆裂口，地熱現象令人嘆為觀止 在火山地熱區內，煙霧不斷從噴氣孔竄升，不僅氣味刺鼻，還不時嘶嘶作響。從噴氣孔冒出來的氣體，包括了水蒸氣、二氧化碳，以及二氧化硫、硫化氫等各種含硫的火山氣體。有些噴氣孔噴出來的氣體含有較多硫磺，在洞口周圍冷凝成鮮黃色的硫磺結晶，這類噴氣孔就是硫氣孔，如圖12 。 圖12. 硫氣孔周圍長滿了針狀的硫磺結晶 空氣中的硫氣如果和岩石中的鐵質結合，便會形成黑色的硫化鐵礦物，附著在岩石表面。此外，火山地熱區的空氣溫暖潮濕，又帶有酸性，容易使岩石中的鐵質生鏽，故許多岩石看起來是黃褐色的，都是岩石中的鐵質生鏽所造成。 除此之外，高溫、酸性的蒸氣沿著裂隙向上噴出，還會與周圍岩石產生劇烈的化學反應。長久下來，岩石中所含的深色鐵、鎂質礦物(如角閃石、輝石等)，逐漸受到腐蝕而流失，整個岩石也發生巨大的改變，從原本質地堅硬、佈滿礦物斑點的深色安山岩，變成質地又輕又脆的白色石頭，這樣的地質現象稱為熱液換質作用。愈靠近噴氣孔，岩石的「美白」現象就會愈明顯，如圖13；在火山作用下，岩石的質地和顏色皆發生極大變化，而且高溫、酸性的環境也不利植物生長，這煙霧瀰漫、寸草不生的裸露地景，像極了洪荒世界。 圖13. 熱液換質作用愈明顯，鐵鎂礦物流失的也愈多，安山岩的顏色也愈白，質地也變 得愈輕脆 別具風味的火山溫泉 溫泉是大屯火山群的一大地質特色。火山地區的溫泉熱源與岩漿活動息息相關，地下的岩漿庫不僅提供大量熱源，把滲入地下的雨水加熱成高溫的溫泉或蒸氣，從岩漿散逸出來的火山氣體，也會溶入溫泉或蒸氣中，形成富含各種離子的溫泉，再沿著斷層湧出地面。 因為溫泉常含有火山氣體，溶入了硫化氫、氯化氫或硫化物，容易形成硫酸根離子、或解離出氯離子，所以火山區的溫泉含有較多的硫酸根離子，氯離子含量也較高，且大多為酸性溫泉。 地熱谷溫泉即是大屯火山群溫泉的代表，地熱谷同時也是北投地區重要的溫泉源頭。溫泉池終年煙霧籠罩，清澈的池水隱約透著神秘的碧綠色，故又有「青磺」之稱。此溫泉含有豐富的硫酸根離子和氯離子，屬於強酸性的水質，pH值只有1~2，而且泉溫極高，所以得經過稀釋和降溫處理，才能成為適合人體浸泡的溫泉，如圖14。 圖14. 北投地熱谷的青磺，顏色透明帶有淡淡的綠色，是高溫酸性的溫泉 有些地熱區以噴氣為主，溫泉的水量較少，人們便開挖地熱井，將低溫的溪水注入井中加熱、吸收火山氣體，加工成「人工溫泉」。此類溫泉以北投硫磺谷和龍鳳谷溫泉為代表。由於人工溫泉並未深入地層經過長期循環，所以溫泉的礦物質含量較低，溫度與pH值的變動也比較大。由於許多未溶解的物質懸浮在水中，使得溫泉呈現混濁乳白色，故稱為「白磺」，如圖15。 除了上述兩種酸性溫泉外，在大屯火山區，還有pH值接近中性的溫泉。這類型溫泉的儲集層距離岩漿熱源較遠，溫泉僅是被加熱，火山氣體並未溶入水中，所以會形成溫度較低的中性溫泉，冷水坑溫泉即屬此類型。 此類溫泉中含有豐富鐵質，所以帶有鐵鏽的味道，而且溫泉流經之處往往留下褐色的鐵鏽沈澱物，因而稱為「鐵磺」。值得一提的是，冷水坑溫泉的溫度約在攝氏40度左右，之所以稱為「冷水」，是與大屯山區動輒攝氏七、八十度滾燙溫泉相比的結果，其實溫度並不低喔！ 圖15. 硫磺谷的溫泉，由冷水與火山蒸氣混合而成，呈現混濁乳白色，稱為白磺 孕育北投石的溫泉小溪 青磺溫泉從地熱谷溢流出來之後，沿途匯集小山溝的水流形成北投溪。二十世紀初，日本學者岡本要八郎，在北投溪床的礫石表面發現一種新礦物--北投石(Hokutolite)。 北投石為淺褐色的菱形晶體，主要成份是硫酸鉛與硫酸鋇，並含有微量的放射性元素--鐳，整體看起來像是附著在礫石表面的薄層皮殼，是現今地球上數千種礦物中唯一以臺灣地名來命名的礦物，具有學術研究價值，如圖16。 圖16. 岩石表面薄薄一層的深褐色菱形晶體，就是大名鼎鼎的北投石 大屯火山群擁有豐富的地質地形景觀，到此一遊，不僅可以登高練腿力、飽覽火山群峰之美；探索聲光效果極佳的地熱景觀、感受火山活力，累了還可以泡個熱湯、洗滌疲憊，享受來自地心的熱情。這麼精彩的火山之旅，就等著你來體驗囉！ 臺北市國語實驗國民小學教師 王郁軒

臺11線地質慢旅行（VI）— 大峰峰奇岩與八仙洞遺址的地質意義

圖文/梁勝雄、侯進雄、林依蓉、許晉瑋 臺11線—山與海的分野 臺11線又稱「花東海岸公路」，為臺灣最東側的公路，西依海岸山脈，東臨太平洋，沿途所露出的岩層或岩體，主要有火山岩、沉積岩、深海碎屑岩和泥岩層等，經過大自然的風化與侵蝕作用後，形塑成各種奇特的地質景觀。 在花蓮縣與臺東縣交界處附近，樟原村東側海岸有兩大岩體矗立，往南約5〜10分鐘車程，映入眼簾的是一大片陡峭岩壁，岩壁上有數十處洞穴，分布在海拔130公尺以下的範圍，最大的高七、八層樓，此處就是名聞中外的八仙洞遺址！ 這兩大岩體有什麼特殊之處？而這些天然形成的洞窟又有什麼地質科學的意義？本文著重於大峰峰奇岩與八仙洞遺址之地質景觀與地質意義介紹（圖1），帶您看懂地質。 圖1. 本文介紹之STOP12大峰峰奇岩與STOP13八仙洞遺址位置圖，其中STOP1〜STOP11之介紹，請參閱本刊〈臺11線地質慢旅行〉系列文章。（底圖來源：Google 地球） STOP12、大峰峰奇岩--扇形放射狀柱狀節理 「大峰峰」部落是樟原村的兩個鄰，為原住民族的傳統社名，原來當地有一條野溪，遠望之，黑暗不得見，只得聽聞其流水聲，原住民朋友稱之「大峰峰」，而後變成為社名。 兩大岩體（圖2）鄰近大峰峰部落的海岸礫灘（圖3），為玄武岩構成（圖4），與附近的火山集塊岩（圖5）大不相同。筆者曾在本刊〈臺11線地質慢旅行〉第四篇已經介紹過了，這裡的玄武岩又有什麼特別之處呢？原來這裡的玄武岩中含有大量的橄欖石，因此稱為橄欖石玄武岩，而此二岩體具有扇形放射狀柱狀節理，是典型火山頸構造的熔岩穹丘（lava dome，或稱火山穹丘，圖6）。 進一步說，熔岩穹丘常見於火山口內或火山側翼，為圓頂狀突起，常見於聚合型板塊邊界，地球上大約6%的火山噴發會形成熔岩穹丘，多為中酸性熔岩，暗示熔岩岩漿之揮發成分少且黏滯度大。當火山噴發時，岩漿常被推擠於火山通道上緣，因岩漿黏度大，難以流動而滯留，逐漸凝固，進而構成高度大於寛度的穹丘和附近的集塊岩有著不一樣的產狀。 橄欖石（olivine，圖7）化學式為(Mg,Fe)2SiO4，是鎂與鐵的矽酸鹽類礦物，硬度約7，具有典型的橄欖綠色，形態常呈短柱狀，集合體多為不規則粒狀。一般認為地球內部含有大量橄欖石，地表多見於基性或超基性火成岩中，或在某些變質岩中為主要礦物，然而在地表面很快會風化而變成紅棕色。而橄欖石玄武岩指得是玄武岩中的橄欖石含量超過5%，屬之。 圖2. 大峰峰奇岩，其WGS84座標為121°29'41.3"E，23°26'00.8"N。 圖3. 大峰峰奇岩附近的海岸礫灘，若仔細尋找，有機會找到橄欖石顆粒。 圖4. 組成大峰峰奇岩的玄武岩體。 圖5. 大峰峰奇岩附近的火山集塊岩。 圖6. 大峰峰玄武岩具扇形放射狀柱狀節理，典型為熔岩穹丘。 圖7. 玄武岩內含短柱狀橄欖石(紅圈內)。 STOP13、八仙洞遺址-見證臺灣抬升奮起 八仙洞位於臺東線長濱鄉，水母丁溪南岸，是長濱鄉最北邊的風景景點（圖8）。八仙洞阿美族語稱為Loham，為洞穴之意，而所在區域稱為「水母丁」，地名由來有多種說法，筆者擇二說明，其一是早期醫學不發達，當地居民平均壽命低，難找到壯丁，臺灣話稱「揣無丁」，可能因口音重而變成「水母丁」；另一說法則是由阿美族語轉音而來，水母丁溪的阿美族語為Cifotingay，意思是有魚的地方，而後則延伸用為地名。 圖8. 臺東縣長濱鄉八仙洞遺址導覽示意圖。 八仙洞各洞穴所在的峭壁主要組成為火山集塊岩，岩性相當堅硬，部分洞穴則為具柱狀節理的安山岩脈（圖9）。這些洞穴由上而下，命名為崑崙洞（約130公尺）、乾元洞（圖10）與拱辰洞(約110公尺)、海雷洞(約77公尺) 、永安洞（約60公尺）；在40公尺左右的洞穴為菩提洞與朝陽洞，30公尺上下者為潮音、金華等洞；最靠近地表的則有靈岩洞、觀音洞、三藏洞及水簾洞等，散布於海拔20〜至15公尺間。其中，又以靈岩洞為最大。 這些洞穴皆為海蝕而成，能歸納出兩種外形，一種是橫向半圓形發展的洞穴，此種洞穴的前方常有海蝕平臺，平臺上常有碎屑物堆積，如潮音洞屬之（圖11）；另一種是直立形，靈岩洞就屬此類型，主因為岩體上有垂直的節理面，而後受侵蝕逐漸擴大形成（圖12）。 據推測，這些集塊岩大約是3,000萬年前至100多萬年前由海底火山噴發所造成。在陸地逐漸上升的過程中，海蝕作用在不同的高度留下侵蝕痕跡，升成海蝕洞（圖13）。因海岸山脈東側尚處在不斷抬升的環境，故各洞穴形成的順序是越靠近海岸線越年輕，洞穴高度還能和南側海階高度對比（圖14）；洞穴規模愈大，表示海水面相對停滯的時間越長，洞穴有較多時間能接受海水侵蝕。 國立中正大學謝孟龍教授利用牡蠣與穿孔貝等生物遺骸離開海水面等地質訊息研究，指出海岸山脈東側海岸每千年約抬升5公尺（請參閱本刊〈臺11線地質慢旅行〉第四篇）。因此，若假設抬升速率與海平面不變的情況下，則海拔最高的崑崙洞推測可能形成在2萬6千年前，然而有沒有證據呢？ 近年中央研究院臧振華院士的團隊，利用岩心鑽探與洞穴探掘等考古工作發現大量舊石器與新石器時代文物，並且於崑崙洞中發現舊石器時代火塘遺跡，採集碳樣本經定年後，樣本的年代皆距今2萬年以上，最老的樣本甚至達2萬5千年。早期人類居住地，通常都靠近水邊，以便漁獵，暗示崑崙洞在兩萬多年前可能離海岸線不遠，說明筆者的假設尚屬合理。 順帶一提，利用八仙洞遺址的洞穴群探討臺灣東海岸抬升地質史，亦適合做為地球科學科學展覽的題目。 圖9. 具傾斜排列之柱狀節理的安山岩岩脈。 圖10. 乾元洞因屬私人土地，目前尚有私人廟宇。 圖11. 潮音洞屬於橫向半圓形發展的洞穴，此種洞穴的前方常有海蝕平臺，此處寺廟已於2017年拆除。 圖12. 八仙洞遺址處最大的洞穴－靈岩洞，因岩體上有垂直的節理面（紅色箭頭處），而後受侵蝕而逐漸擴大形成。 圖13. 八仙洞洞穴群高程、離海距離及古海岸線復原推測圖，越高海拔，洞穴形成越早。（改繪自劉益昌等，1993） 圖14. 八仙洞遺址南側海階，照片中至少能觀察到三階海階，其中最高的海階，因地體抬升影響而傾斜。 發現背後的小故事 常常需要出野外進行實地調查的研究人員很多，像生態學家、森林系研究員、考古學家與地質科學專家等，但只有地質科學學者常常會為了採集岩石與礦物標本而拿把鐵鎚四處敲敲打打或拿把鏟子到處鏟鏟，也因此最早發現八仙洞史前文化堆積層的人可是位地質學家！前臺灣大學地質科學系林朝棨教授在1968年進行地質調查時，無意間發現。 同年12月27日由臺大考古人類學系教授宋文薰率領臺大人類學系及地質科學系師生進行發掘，發現諸多文物，而後經考古學家李濟命名為長濱文化，屬於舊石器時代。當時宋教授認為舊石器時代的人類可能是由華南遷移過來，但從瑞士來臺傳教多年的艾格理神父（Hans Egli）卻認為應該是與東南亞較具有關係，甚至還發表相關論文，結果惹怒當局，被驅逐出境。近年來，諸多研究認為臺灣可能是南島語系（Austronesians）的發源地，證明當年艾格理神父的推測可能較為合理。 後記 1988年時，內政部便將八仙洞遺址公告為國家一級古蹟；2006年時，文化建設委員會（今文化部）更將八仙洞遺址指定為國定遺址，原先八仙洞遺址受到民間寺廟占用，經過多年溝通與訴訟程序，在2017年12月6日將寺廟拆除，將來將朝遺跡公園的方向規劃。 現今八仙洞遊客服務中心設有展場，展示著多次考古研究挖掘出的新、舊石器時代文物（圖15），惟尚缺乏附近的地質科學相關解說。讀者將來有機會前往臺11線慢旅遊時，建議帶著本期刊，留下半天的時間，到大峰峰看看奇石，到八仙洞欣賞海蝕洞地質景觀，同時駐足聽濤，思古之幽情。 圖15. （a）八仙洞遊客中心展示場外觀；(b)展示場內部，遺跡介紹與文物展示；(c)舊石器時代使用的石斧，以火成岩轉石製成，硬度極高。 延伸閱讀 宋文薰（1969）。長濱文化－臺灣首次發現的先陶文化（簡報）。中國民族學通訊，9，頁1-28。 宋文薰（1980）。由考古學看臺灣。陳奇祿等編，中國的臺灣(頁93-220)。臺北：中央文物供應社。 林俊全（1993）。臺灣東海岸地區的海岸線變遷與史前遺址關係之研究。田野考古，4(1)，頁15-32。 劉益昌、劉得京、林俊全（1993）。史前文化。臺東：交通部觀光局東部海岸風景特定區管理處。 Egli, H.(1972). Neusteinzeitliche Typenkreise an der Ostkiiste von Taiwan. Anthropos,67,pp.229-267. Hsieh, M. L. & Rau, R.J.(2009). Late holocene coseismic uplift on the Hua-tung Coast, Eastern Taiwan: Evidence from mass mortality of intertidal organisms. Tectonophysics, 474, pp.595–609. 經濟部中央地質調查所構造與地震地質組技佐 梁勝雄 經濟部中央地質調查所地質資料組組長 侯進雄 經濟部中央地質調查所資源地質組技士 林依蓉 經濟部中央地質調查所構造與地震地質組技佐 許晉瑋

恆春半島隆起珊瑚礁的前世今生

文/許民陽 壹、前言 在地理位置上，恆春半島位於熱帶，氣候溫暖，陽光充足，無大河川注入， 泥沙少，海水乾淨而透明度高，沿海珊瑚發育良好，成為位於該半島南端墾丁國家公園最主要的生態特色。但在地質構造上，恰位於南中國海板塊和菲律賓板塊碰撞的地帶，地殼不斷地抬升，逐使隆起珊瑚礁廣布，成為恆春半島最重要的地景。這些隆起珊瑚礁由高至低大致可分為數段，高位隆起珊瑚礁（更新世）有三段，低位隆起珊瑚礁（全新世）有一段。 歷年經不同的研究者採集樣本定年，呈現不同時期的年代及形成環境變化， 成為探討新期地殼變動與地形面（海階面）的最佳研究地區。 貳、隆起珊瑚礁的形成與礁相 珊瑚礁的形成，必須有溫暖的氣候，海水水溫在 18 〜32 度之間，陽光充足，因與珊瑚共生的藻類的成長須要光合作用，海水透明度要高，附近不能有大河注入，否則入海的泥沙會覆蓋珊瑚。恆春半島年平均溫度為 20〜28 度之間，每 年的日照時數高達 2200 小時，適合珊瑚礁的生長。自西海岸的車城，向南經後灣、萬里桐、山海村、白沙、而至面臨南灣的貓鼻頭、後壁湖、潭子灣、青蛙石、鵝鑾鼻海岸，再向北繞至東海岸龍坑、龍盤、啞狗路（海）、佳洛水至旭海止， 珊瑚礁生長的基底深度大約在 30 公尺左右。 在地質構造上，恆春半島位於歐亞大陸板塊與菲律賓海板塊的交界面附近， 半島的山地向北延伸為中央山脈山脈的最南段，其西界以高角度的逆斷層（恆春斷層）和恆春平原相接，西南側為南中國海板塊向西擴張而與菲律賓板塊碰撞的隱没帶，地殼因而不斷抬升，形成多階由隆起珊瑚礁所構成的海岸階地。更新世形成者許多已成為高位珊瑚礁台地，如半島東部的鵝鑾鼻台地，恆春縱谷以西的西部恆春台地（大坪頂台地及關山台地），較年輕的低階臺地皆為全新世以來形成者，為主要聚落所在。 由於地殼不斷抬升，沿海的珊瑚礁依附陸地生長，大部份為典型的裙礁(圖 1)。形態如在陸地外圍穿上裙子，其構造由陸地近岸處有因地殼抬升高出低潮位線的礁體或海灘（如：萬里桐），由此向外有礁台（reef flat），低潮位時露出海面，其高度大致與平均海準面相同。礁台向海側到深 5 公尺左右的地帶稱為礁前（reef front）或礁緣，造礁作用在此以下的海中進行。 圖 1. 貓鼻頭的裙礁 圖 2. 後壁湖漁港外側的堡礁 後壁湖外側因位於恆春斷層出海處，地殼沈降，珊瑚礁向外生長，形成唯一的堡礁(圖 2)，礁緣與沙灘間有廣大的礁湖（池）。 珊瑚礁為生物礁的一種，其種類以主要造礁生物來命名，例如以石珊瑚為主要組成物質者稱為珊瑚礁，以石灰藻為主者稱為藻礁。實際上一般的珊瑚礁不完全是由石珊瑚堆積而成，充填在石珊瑚體間的石灰藻及其他生物碎屑充當鈣質膠結（carbonate cementation）的角色。 參、更新世隆起珊瑚礁 更新世隆起珊瑚礁由高至低共可分成 KNP-Ⅰ、KNP-Ⅱ、KNP-Ⅲ三個地形 面（海階面；圖3）。KNP-Ⅰ分布於龜子角台地，亦即現今所稱墾丁森林遊樂區所在的地形面(圖 4)，由最高點 300 公尺的觀海樓附近向東南緩降至 230 公尺左右。礁層厚達 20 餘公尺，為墾丁國家公內礁層最厚及最廣的地區。組成物質以珊瑚生物岩（coral biolithite），亦即原地生長的石珊瑚之間充填石灰質軟泥、有孔蟲等生物碎屑，再加上石灰藻、苔蘚蟲等表覆其上。岩性堅緻，礁體多裂谷，如一線天、垂榕谷等。主要裂谷均向東南方向延伸。可以判斷其成因素為：由波浪侵蝕而成的海蝕溝，待抬升離水後，受溶蝕及地殼隆升運動生的張力，不斷地擴大及加深，乃成今日的裂谷。 圖3. 恆春半島隆起珊瑚礁／（海階）／河階及活斷層分布 圖 4. 龜子角台地(墾丁森林遊樂區)屬 KNP-Ⅰ面 此階面的珊瑚礁由於年代較久，再結晶程度較大，不易採集良好標本，在森林公園所採集的標本經 ESR（electron spin resonance，電子旋轉共振法）定年， 其年代在 50 萬至 52 萬年之間。 KNP-Ⅱ主要分布於西恆春，最高者為臺地西部關山部份，拔高 145 公尺，由此向東傾斜緩降至縱谷平原約 30 公尺左右，傾角約 5 度左右，由恆春鎮通往關山頂部東西向道路兩旁露出厚 8 公尺以上的礁層(圖 5)，由大型原地生長的塊狀（massive）珊瑚，如 Montipora sp. (圖 6)等，異地枝狀（branching）珊瑚則以軸孔珊瑚（Acropora sp.）的碎片為主，Acropora 的碎片層以下則有明顯的石灰藻球（algal nodules）相(圖 7)，夾雜珊瑚碎塊、有孔蟲、貝殼碎片，關山頂部著名的「飛來石」的礁塊上部即由上述的 Acropora 碎塊，下部由石灰藻球組成，由於膠結良好岩性堅硬耐蝕，殘留在台地的頂部成為特殊的地標。關山台地所採集的 8 個完全未方解石化的標本經 ESR 定年，所得年代都在 13 萬年左右。 圖 5. 關山道路兩旁的礁層 圖 6. 往關山道路旁原地生長的大型塊狀珊瑚 ( Montipora sp.) 圖7. 關山台地頂部道路旁剖面上部為枝狀珊瑚碎片，下部為石灰藻球堆積 KNP-Ⅱ也分布在東部的鵝鑾鼻台地，由社頂向東南延伸經籠仔埔、電台草原至最南端的龍坑(圖8)。在電台草原（鵝鑾鼻雷達站）東側的露頭可見到原地造礁珊瑚如 Montipora sp.、Acropora sp.、Favia sp.、Goniopora sp.等直接黏附 （colonized）在礫石層上。籠仔埔牧場面上則可見到零星突起的由珊瑚碎塊膠結組成的綴礁（patching reef）(圖 9)，最高者可生長至 10 公尺左右，其上常附生風剪樹，而形成奇特的造型。 圖 8. 龍坑的隆起珊瑚礁 圖 9. 籠仔埔牧場的綴礁 KNP-Ⅱ也分布於恆春鎮東南方的赤牛嶺台地，頂部有厚層的原生珊瑚構成的珊瑚礁，鎮南宮南側可見許多由此層崩落的礁塊散布在斜坡上。 KNP-Ⅱ面龍坑及籠仔埔所採集的珊瑚礁樣本測得的 ESR 年代為 50 萬年， 與森林公園的珊瑚礁年代相近，但較關山台地的 13 萬年為老。一般認為越高位 的珊瑚礁越老，但由森林公園的 300 公尺至籠仔埔牧場面的 100 公尺，再降至10 公尺左右的龍坑珊瑚礁年皆為 50 萬年左右，無論如何皆顯示 50 萬年前的珊 瑚礁本體散布在由低處的龍坑至鵝鑾鼻半島及 300 公尺的龜仔角珊瑚礁台地斜面上。因此，此現象並非海水面徐徐下降，珊瑚礁台地逐漸由低至高離水露出所形成，而是海水面徐徐上升時，於鵝鑾鼻台地乃至龜仔角台地，由低至高沿台地斜面的上部逐漸向上生長的珊瑚礁相，一直持續生長至 300 公尺的高度的海進現象。 KNP-Ⅲ面分布面積最小，僅見於鵝鑾鼻台地電台草原西南側的埔頂台地(圖 10)，高 60-80 公尺，台地面略向西內緣反傾，地表有紅土及礫石層，下部有厚層珊瑚礁。 圖 10. 埔頂台地 肆、全新世隆起珊瑚礁 恆春半島全新世隆起珊瑚礁（海階）只有一段，亦即 KNP-Ⅳ，此段的隆起珊瑚礁大部份由厚 2〜3 公尺的珊瑚碎屑組成，常有厚 2〜5 公尺的海濱砂所覆蓋， 屬於沿海的低位隆起珊瑚礁階地(圖11)，隆起珊瑚礁階地內緣的高度在恆春西部台地大致 20 公尺以下，在鵝鑾鼻台地部份為海拔 10 〜 15 公尺以下延伸至海岸(圖12)，向西逐漸升高，到了石牛橋以西達到 36 公尺的高度，可能為有一背斜隆起所致。 此段低位隆起珊瑚礁的碎屑堆積層中有豐富的珊瑚及貝類遺骸容易採集，經過去許多學者利用 C-14 及鈾－釷放射性元素定年，其年代均在距今一萬年之內，可知全屬於全新世的隆起珊瑚礁，配合海水面高度計算，全新世以來恆春半島的地殼上升率在恆春斷層以東的上盤約每年 4.0~5.0 公釐，以西的下盤則約為 2.4~4.0 公釐。 圖 11.南灣沿海的全新世隆起珊瑚礁 圖 12.鵝鑾鼻台地海岸的全新世隆起珊瑚礁 伍、隆起珊瑚礁的伴生地形 隆起珊瑚礁受內營力牽制不斷地抬升，同時也受許多外營力作用形成許多的伴生地形，最常見者如下列所述。 一、溶蝕洞穴與伴生地形 形成年代最久，位置最高的森林公園內隆起珊瑚礁有數個經地下水溶蝕的石灰岩洞穴，洞穴內伴生有常見的鐘乳石、石筍、石柱等地形。 二、裂谷 森林公園、社頂等高位更新世隆起珊瑚礁常見猍長的裂谷(圖 13)，可能由原來的海蝕溝經地殼抬升隆起後持續張裂，加寬、加深而形成。 圖 13. 社頂高位更新世隆起珊瑚的裂谷 三、滲穴或陷穴（sinkhole） 更新世隆起珊瑚礁受溶蝕作用後，向下陷落，形成圓形，上寬下窄，狀如漏斗狀的孔穴(圖 14)。 圖 14. 籠仔埔牧場的滲穴 四、崩崖 隆起珊瑚礁台地臨海的邊緣由於雨水溶蝕容易產生裂隙，加上重力作用的牽扯，在許多地方形成階梯狀的崩崖，如貓鼻頭東側(圖 15)，鵝鑾鼻半島東南末端的龍坑，東側龍磐草原臨海的崩崖等最為壯觀。 圖 15.貓鼻頭東側的崩崖 五、海蝕柱 突出海面的岩礁稱為海蝕柱(圖 16)，有些是侵蝕的殘餘，如貓鼻頭海岸附近的海蝕柱，有些是由高位珊瑚礁掉落的礁塊侵蝕而成，如貓鼻頭的貓石， 或砂島海岸的船帆石。 圖16. 貓鼻頭附近的海蝕柱 六、海蝕（成）壺穴 在貓鼻頭或船帆石周圍的海岸，波浪渦蝕作用加上溶蝕作用，在礁台上形成數以萬計的壺穴(圖 17)，甚至可大至 2〜3 公尺。壺穴間的殘餘穴壁異常尖銳，踏履其上，艱苦難行。 圖 17. 貓鼻頭附近的海成壺穴 七、海蝕溝與潮池（tidal pool） 裙礁礁台的邊緣受海浪侵蝕，順波浪侵蝕方向形成許多與海岸垂直的海蝕溝，地盤逐漸隆起，海蝕溝也益加深，海蝕溝外緣的潮池常可看到石珊瑚附在溝兩側的岩壁上生長。在延伸比較寬廣的礁臺，例後萬里桐海岸(圖18)，礁臺上發達的潮池中往往可找到許多棘皮動物，如海參、陽燧足、海星、海繩或各種海藻、軟體動物等生長其間，構成繁複的潮池生態系。 圖 18.萬里桐海岸的潮池 八、海蝕凹壁 經波浪強烈蝕，海蝕柱或海蝕崖下方，常有海蝕凹壁發育，海蝕凹壁最凹深的高度，相當於造成凹壁當時的平均海準面。在鵝鑾鼻公園南緣高 17 公尺的隆起珊瑚礁塊臨海處的下方，有 4 段隆起海蝕凹壁，底部高分別為 2.2，2.4，6.8 及 8.8 公尺，應為大地震時伴同地震（co-seismic）間歇隆起所造成(圖 19)。 圖 19. 鵝鑾鼻公園南緣隆起珊瑚礁上的四段海蝕凹壁 參考文獻 石再添、蔡文彩、許民陽、目崎茂和、木庭元晴（1989）。墾丁國家公園地區的珊瑚礁定年及地形面研究。內政部營建署墾丁國家公園管理處，保育研究報告第 57 號。 宮守業（1982）。恆春石灰岩沈積環境的研究，國立臺灣大學地質研究所博士論文。 許民陽（2012）。臺灣西北海岸的藻礁。經濟部中央地質調查所，地質第 31 卷，第 1 期，64-73 頁。 許中民（1986）。台灣南端恆春半島第四紀後期構造運動之研究，國立臺灣大學地質研究所博士論文。 劉平妹、黄奇瑜（1988）。墾丁國家公園及臨近地區地質古生物調查－低階台地地質與變動地形。內政部營建署墾丁國家公園管理處，保育研究報告第 57 號。 臺北市立大學地球環境暨生物資源學系特聘教授 許民陽

基隆北方四火山島探祕- 基隆嶼、彭佳嶼、棉花嶼、花瓶嶼地景資源

文/許民陽 基隆嶼 基隆北方外海有基隆嶼、彭佳嶼、棉花嶼、花瓶嶼四個火山島，為菲律賓海板塊隱沒到歐亞板塊之下，產生琉球火山島弧的向北延伸。其中基隆嶼距本島最近，由石英安山岩組成，屬於基隆火山群的一部分。基隆嶼位於基隆東北方外海約 6 公里處，為東北-西南長約1公里，西北-東南寬約450公尺的火山島，該島面積含潮汐地約 26 公頃，島嶼四面皆斷崖，陡坡臨海(有九成的坡地坡度在 60O 以上) ，最高點為 182 公尺。東側及東北側斷崖受強烈東北季風侵蝕及海浪衝擊影響，形成許多海蝕洞及海蝕地形，島嶼四周隨處可見海蝕溝；西、西南及南側由落石堆堆積成的沿海低地，為現今港口及步道所在。 在地質上，基隆嶼為是一個火山島，屬於基隆火山群中四個(棉花嶼、花瓶嶼、彭佳嶼、基隆嶼)火山島之一，原來可能和基隆火山群的其他島嶼相連，因周圍的沉積岩被海水侵蝕而去，使本島嶼及其他島嶼相隔離。全島由含角閃石、黑雲母、石英等礦物的安山岩組成，但六角形的黑雲母斑晶比基隆山的還要大，最大可達一公分以上，其噴發年代距今約一百萬年左右(陳正宏，1970)。 基隆嶼上土壤稀少，環境嚴酷，夏季乾熱而冬季更受強烈東北季風吹襲，島上的植物大部分均為貼著地匍伏生長或受風修剪形成低矮群落，也因地質、風力及水資源的缺乏等因素，而呈現典型小海島植物生態，百合、金花石蒜、石板菜、木槿、蟛蜞菊、白花蠅子草、天南星、風輪花、林投等海濱植物，種類達一百餘種，所以這裡不但是座「火山公園」，也是生態豐富的「海濱植物花園」。 1.安山岩中的礦物結晶組織 基隆嶼的安山岩為基隆火山群出現的標準石英安山岩（圖1），常見的礦物有石英（玻璃質）雲母（六角柱狀體）長石（白色圓點狀）角閃石(黑色長方形)及輝石(黑色方形)呈現標準的斑狀結晶構造，其中最大的雲母斑晶直徑達一公分左右，最顯而易見。 2.安山岩板狀節理 在小基隆嶼海防崗哨後方均可看到安山岩板狀節理構造(圖2)。 3.石英安山岩中的捕獲岩 石英安山岩中，常帶有輝石角閃安山岩、橄欖石輝石角閃安山岩等捕獲岩(圖3)（後期岩漿噴發包裹前期噴發物或是其他物質），這些捕獲岩顏色較深，抗蝕力較佳，在海岸常形成突出的差別侵蝕地貎，在小基隆嶼和跳石海岸附近最顯著。 4.海蝕隙與海蝕洞（圖4） 乘船環島一周，繞至島的東北方海面時，可見到東北風挾帶海水沿安山岩節理侵蝕形成的許多大型海蝕隙及海蝕洞，形態大部份成直立長條狀，千變萬化，洞內幽邃，因海蝕洞形成之多為懸崖地區，故僅能搭船一窺全貌。 5.跳石海岸 基隆嶼西側海岸，風浪較小，由崖壁掉落之岩塊經風浪侵蝕，形成直徑約1〜2公尺的巨礫灘，在沒有鋪設步道前，行走其上，必須一顆跳過一顆，故稱之為跳石海岸區，在此處觀看小基隆嶼及基隆、野柳地區海岸，景色絶佳。 6.落石堆(崖錐) 基隆嶼西南側海崖由於被東北季風的海浪侵襲，山崩下來或早期海軍艦炮射擊崩落的岩石向下掉落，形成4〜5個大型的落石堆(崖錐)地形，乘船繞至西南海岸觀賞時，綠草如茵的三角形落石堆特別顯著。 圖1.基隆嶼安山岩中的斑晶組織。 圖2.安山岩的板狀節理。 圖3.安山岩中顏色較深的捕獲岩。 圖4.基隆嶼東北側海崖下方的海蝕隙。 7. 植物的景觀 基隆嶼土壤稀少，環境嚴酷，夏季乾熱而冬季更受強列東北季風吹襲，島上的植物大部分均為貼著地匍匐生長或受風修剪形成低矮群落，也因地質、風力及水資源的缺乏等因素，而呈現典型小海島植物生態，例如島上最常見的榕樹（圖 5），就與台灣本島高度在四公尺以上的大不相同，另外還有海桐、麝香百合、金花石蒜、石板菜、木槿、蟛蜞菊、白花蠅子草、天南星、風輪花、林投等海濱植物，種類達一百餘種，春末五月間，百合及石板菜盛開，為一年中最美的季節， 夏季則為白花蠅子草（圖 6）、木槿、海蒲姜（圖 7）盛開的季節，金花石蒜則在秋季十月左右怒放，所以這裡不但是座「火山公園」(圖 8)，也是生態豐富的「海濱植物花園」，極適合發展島嶼觀光。 圖5.基隆嶼受風剪形成的低矮榕樹。 圖 6.夏天為白花繩子草盛開季節。 圖 7.海埔姜夏天綻放紫色花朵。 圖 8.基隆嶼全貌，基隆嶼幅員不大，可以 以生態特色，發展島嶼觀光。 彭佳嶼 彭佳嶼位基隆北方外海，與本島最近距離約 56.22 公里，為臺灣的極北端，也是上述基隆北方外海基隆嶼、彭佳嶼、棉花嶼、花瓶嶼四個火山島中面積最大(面積1.1413平方公里) ， 地勢也較平坦的島嶼(圖9)，島上最高點海拔 182 公尺。全島形狀略呈梯型，島嶼四周的東、南、北側均為斷崖，只有東北側有隆起海蝕平台，地勢較緩。考察本島最好先乘船環島一周，觀察海蝕崖各層火山噴發物剖面特性及疊覆的構造，以及發達的海蝕地形，最後在南岸短窄的碼頭下船登島考察。彭佳嶼可觀察到的地質及地形景觀主要有下列幾項: 圖9. 彭佳嶼地地形較為平坦 1.火山噴發物:由於四周海崖裸露，看見各類火山地層的標準露頭，全無人為的開發及破壞，為臺灣地區保存最佳的火山地質景觀。彭佳嶼的火山噴發物大致可分為三期： (1)第一期以火山碎屑物為主，約在二百萬年前形成，包括火山灰與夾雜其間的粗粒至細粒火山礫， 在南岸碼頭等島處可看到此層層疊積的剖面(圖10)，東北側海蝕平台旁的海崖可看到快速疊積的火山礫形成的荷重構造(圖11)。此期噴發也構成彭佳嶼最底部的岩層(圖12)，上覆第二期黑色熔岩層。 圖10. 南岸碼頭火山灰與粗粒至細粒火山礫 圖11. 快速疊積的火山礫形成的荷重構造 圖12.第一期以火山碎屑構成彭佳嶼最底部的岩層 (2)第二期以黑色熔岩噴發為主，覆蓋在第一期的火山碎屑物之上，熔岩流分佈最廣在東側海崖甚為主(圖13)，呈灰黑色、緻密且含多量氣孔(圖14)，鉀-氬定年顯示其年代為距今160〜210萬年。 圖 13.彭佳嶼東部海蝕崖的厚層熔岩 圖 14.彭佳嶼熔岩呈灰黑色、緻密且含多量氣孔 (3)第三期噴發以厚層火山渣為主，噴發中心在本島東部的最高點(圖15)，大部分已被氧化成紅色，局部具清楚層理(圖16)，多孔隙的火山渣顆粒大小約 2〜10 公分(圖17)，為國內難得一見的火山渣堆積層。在東北部海岸附近，可見更晚期噴發的玄武岩質岩脈(圖18)由下往上貫穿前述第一及二期噴發物而覆蓋於最頂部(圖19)。 圖 15.彭佳嶼東部的最高點的紅色火山渣與熔岩 圖 16.彭佳嶼火山渣具清楚層理 圖 17.彭佳嶼多孔隙的火山渣 圖 18.彭佳嶼東北部海岸的玄武岩質岩脈 圖19.岩脈貫穿第一及二期噴發物而覆蓋於最頂部 彭佳嶼四周均為斷崖，崖下方有許多海蝕洞發育，沿火山碎屑層發育者多為圓或半圓形(圖20)，在熔岩層中發育者常因節理控制而成方形(圖21)。南岸碼頭下船處及東北海岸均有隆起海蝕平台發育，顯示地盤相對上升，尤以東北岸海蝕平台由火山碎屑及角礫構成，十分平坦寬廣(圖22)，有數個大型壺穴發育(圖23)。 圖 20.沿火山碎屑層發育的圓形海蝕洞 圖 21.在熔岩層中發育方形海蝕洞 圖 22.東北海岸寬廣的隆起海蝕平台 圖 23.海蝕平台上有數個大型壺穴發育 棉花嶼 棉花嶼位距鼻頭角約46公里處面，外觀略呈橢圓形，面積約0.12平方公里。在島的東側及南側各有一個火山錐地形，因此東南部較高，北部成台地狀(圖24)，全島主要由含橄欖石為主的玄武岩所構成，氬-氬定年的結果顯示島上火成岩的噴發年代約在260萬年前，另熔岩流中夾雜暗紅色及灰色火山渣(圖25)。 棉花嶼四周大部分為斷崖，斷崖下多岩礁，東海岸外有一岩礁(海蝕柱)高約25公尺，矗立於海中，稱為屏風岩，下方有海蝕洞門發育(圖26)。 圖 24.棉花嶼東南較高，北部成台地狀 圖 25.玄武岩夾雜暗紅及灰黑色火山渣 圖 26.屏風岩下方有海蝕洞門發育 花瓶嶼 花瓶嶼為基隆東北方外海，距鼻頭角約 31.72 公里，面積約 0.031 平方公里，最高點 51公尺，島嶼大致呈長方形，遠望如一隻橫倒的花瓶而得名(圖 27)。 構成花瓶嶼的岩石以輝石安山岩為主，經差風化後頂部成鋸齒狀，表面或間夾暗紅色至棗紅色類似彭佳嶼噴發的火山碎屑，島的東南側有大型海蝕洞發育(圖 28)。 棉花嶼及花瓶嶼孤懸基隆外海，亦無人類居住，常有眾多鳥類棲息。為保護兩島棲息繁衍的野生鳥類及動物環境，以及特有的火山地質、地形景觀，基隆市政府於1996年3月18日依《野生動物保育法》公告為:棉花嶼及花瓶嶼野生動物保護區。其中棉花嶼陸域部分為核心區，海域部分為緩衝區，棉花嶼部分，陸域約13公頃，及其低潮線向外海延伸500公尺的海域部分約188公頃，合計201公頃。花瓶嶼部分，其中陸域部分3公頃及其低潮線向外海延伸200公尺海域的部分約22公頃，合計約25公頃。保護區的管制事項包括：禁止非法採集、騷擾、獵捕、野放或引進生物等，申請進入核心區須向基隆市政府申請核准，每年3〜9月海鳥繁殖期，進入緩衝區者亦須經基隆市政府核准。期望以上的保護措施能保護這些獨特的地景及生物資源。 圖 27.花瓶嶼如一隻橫倒的花瓶而得名 圖 28.花瓶嶼經差風化後頂部成鋸齒狀 結語 台灣許多景觀區均「過度開發」，許多天然地景、生態與植被遭破壞，不容易看到該區原始地景與生態面貌，長期管制下的基隆北方四島嶼顯得特別幸運，至今還能維持大部份的原始面貌。如何繼續在適度管制下，維持目前良好的生態面貌，又能改變遊客僅止於到此一遊的嘗鮮心態，是我們未來繼續努力的目標，更不辜負大自然盛情賜予這無限美景的美意。 參考文獻 宋聖榮(2006)。台灣的火山。台北:遠足文化事業有限公司。 基隆市政府(2002)。基隆嶼自然生態之旅。基隆：基隆市政府建設局觀光課。 陳正宏(1990)。台灣之火成岩。台北：經濟部中央地質調查所。 塗明寬、張徽正(2004)。台灣地區的地質環境(一):離島地區(part 2)。地質，23(2)，1-6。 許民陽(2006)。解說資源調查及解說牌規劃研究-以龜山島與基隆嶼為例，環境教育， 5，頁69-86。 臺北市立大學地球環境暨生物資源學系特聘教授 許民陽

氣象探究研習營－數位科技愛地球

文/楊玉蘭、黃嘉郁、蘇萬生 圖/楊玉蘭 今（2019）年暑假，有一群對於數位科技有著學習熱情的臺北市國中小學生，冒著夏日酷暑，在新興國中參加為期三個半天的「氣象探究研習營--數位科技愛地球」活動。這個營隊是由臺北市政府教育局主辦，中央氣象局、國立臺灣科教館一同協辦，由臺北市校園數位氣象網推動小組老師共同規劃課程與活動。在整個活動的過程，運用新興國中已經建置完成優越的資訊科技環境，強化學員科學與數位運用的能力、提升學員環境與氣象科學探究興趣、進而培養主動進行科學探究的習慣。 播種－認識氣象探究 為了讓學員了解數位科技在氣象探究的應用，我們首先邀請中央氣象局齊祿祥技正帶來「與時俱進的氣象探測」課程，從古人對天氣的生活經驗（觀測）與預測開始，再講到傳統地面（高空）觀測至現代化氣象觀測，至新一代遙測觀測儀器的介紹。對學員來說，以往在氣象報導上面講的雷達、衛星雲圖、紅外線可見光這些生疏的名詞，在氣象專家的解說下，有了更進一步的認識，這些觀測技術也因為科技的發達，有了與時俱進改變。 圖1. 氣象衛星中心秦祿祥技正的「與時俱進的氣象探測」課程 在對於現今氣象資訊的觀測方式與所使用的氣象儀器有一定的瞭解後，我們開始讓學員們親身體驗各式氣象因子了！新興國中的黃嘉郁老師首先介紹「數位氣象儀」這項設備後，氣象推動小組的老師帶領學員，從室內到戶外、從有樹蔭遮蔽的環境到毫無遮蔽的操場，實地進行氣象因子測量的饗宴。每到一個地點，學員們先觀察各處環境的差異，同時也試著運用身體的感官來感受一下。老師會先請學員就自身感受來預測所在位置的溫度、濕度及風速等，之後宣布數位氣象儀所測量到的答案。經過多次的體驗，學員們由原本誤差極大、一次又一次地修正數值，發現預測數值也越來越準確了！ 圖2. 天氣體驗活動，氣象推動小組的老師講解環境對溫溼度與風速的影響(上)及學習使用數位氣象儀(下) 有了實地測量各項氣象因子的經驗之後，氣象推動小組的老師指導學員如何針對日常發生的天氣現象進行探究，包含：會想要進行什麼樣的觀測與研究呢？可能影響實驗結果的因素有那些？之後從中挑選一個可能影響的因素（操縱變因）來設計實驗。雖然有了剛剛初步的天氣體驗活動，可是對學員來說，藉由自身經驗設計一個完整且縝密的實驗流程還是有點困難的。因此，在老師的引導與協助下，學員們兩兩一組地合作學習、共同探究與修正自己的實驗。活動第一天，學員們發想出來的實驗很多都是天馬行空、憑空想像，操縱變因也設計得太過複雜與多樣，這些初步構想都不太能算是很完整的實驗設計與流程，真正執行上也有許多困難。在隨後兩天的活動之中，都由老師共同協助學生來給予精緻化、完整化。 圖3. 氣象推動小組的老師引導孩子撰寫探究過程計畫 成長－體驗數位科技的運用 緊接著就是要讓學員認識MorSensor這項神奇的資訊工具了。MorSensor又叫做「無線感測積木」；正如其名，它是使用藍芽或wifi方式與手機相連，感測外界各項環境因子，並且將之數據化，而且外表長得就跟積木一樣，所以才有這樣的中文名字。然而積木雖小、類型可多得很，不僅可以測量大氣壓力、紫外線、溫濕度、二氧化碳等，還有許多不同的元件，藉由新興國中黃嘉郁老師的介紹，學員們對於這項工具大開眼界、馬上就有人想要應用在自己所設計的氣象研究活動上面。然而為了讓學員們更加熟悉這項秘密武器，老師們設計了不同的實驗關卡，讓學員藉由轉台方式來共同體驗與操作。以下就為大家介紹一下這次活動所規劃的四個關卡。 圖4. 老師介紹Morsenor的使用方法 第一個關卡是「二氧化碳濃度的測定」。我們在密閉容器之中放入乾冰、燃燒之中的線香等，然後將二氧化碳感測器放入，結果發現二氧化碳的數值明顯比外界高出許多，且隨著操作過程，二氧化碳的濃度變化呈現規則的趨勢，整個過程讓學員們都覺得十分新奇。 圖5. 二氧化碳濃度測量關卡 第二關是「大氣壓力數值的測量」。因為實驗地點在教室之中，大氣壓力並無法有顯著地變化，因此氣象推動小組的老師運用家裡常見用來保存食物的真空罐來進行這項實驗。在真空罐中放進了密閉的針筒與密封的小氣球，然後讓學員自己進行抽氣；整個過程「抽氣」過程，學員除看到小氣球開始膨脹、針筒內的空間也出現了顯著的變化，也看到MorSensor所測得的氣壓數據也越來越低。果真透過動手操作的實驗有更深刻的了解！ 圖6. 大氣壓力關卡解說與實測 第三關是「紫外線指數的測量」。氣象推動小組的老師讓學生比較不同顏色玻璃紙隔絕紫外線的效果如何，並且比較陽傘、SPF30與SPF50防曬油(SPF係數即Sun Protection Factor，是針對使肌膚曬傷/紅的紫外線UVB所制定的防護指標)等等的不同防曬用品是否真的能夠隔絕紫外線效果。玻璃紙部分，學員將紅色、黃色、藍色等玻璃紙包在MorSensor外面，記錄所測的紫外線是否存在差異；防曬油的實驗方面，學員將不同防曬係數的防曬油塗在載玻片，然後使用MorSensor進行紫外線指數測量。其實整個實驗之後，學員們驚訝地發現，防曬效果最好的居然是最不起眼的陽傘了，這真是打破了平常對於防曬概念的迷思，大家在體驗這個關卡之後都笑稱說，以後真的不用買防曬乳了，想要防曬，還是撐個陽傘比較實在啊！ 圖7. 紫外線指數關卡解說與實測 第四關是「溫濕度的比較」。氣象推動小組的老師找了不同的環境，包含密不通風的教室、開放的走廊空間、開了冷氣的教室等，先帶領學員們觀察每個場域的環境，之後再用利用MorSensor進行溫濕度等數值的測量。也許是大家在前一天天氣體驗活動之後，對環境的觀察技巧也越來越進步了，測試出來的結果也發現，不同地點的溫溼度的確有著明顯的不同，相信孩子們對於自身體驗與檢測數值有更進一步的連結了！ 圖8. 環境溫濕度的測量關卡 在不同關卡的體驗之下，氣象推動小組為學員們搭起了學習的鷹架，學員們對於自己的實驗計畫也激發出更多不同的火花，許多學員在闖關過程便開始討論如何運用剛剛體驗的經驗，融入MorSensor這項資訊工具來完成自己的探究實驗。闖關結束回到教室後，氣象推動小組的老師發現從前一天各組自己天馬行空的想法，學員開始逐步將研究過程思考得更為縝密，操作變因、控制變因也逐步縮小範圍，讓原本不太可能實現的實驗計畫也慢慢地具有規模與樣貌了！ 綻放－運用資訊科技進行環境探究 在經過前兩天的學習後，最後一天的課程便是讓各組的探究計畫實驗付諸實現。各組運用MorSensor進行測量，所得到的數值運用PAD進行分析與圖表繪製，之後各組將成果報告與圖表投射到新興國中各個教室已完成建置的大尺寸觸控螢幕上進行報告與分享。 開始實驗的時候，看到許多組別都跑去不同的環境場域一次又一次地測量，也看到不少學員從家裡帶來各式各樣的實驗器材。大家的實驗發想都很有創意，也因為前兩天的激盪後，有了很多不同的可能，像是大氣壓力對不同飲品沸點的影響、不同樓層對氣壓的影響、餅乾在不同氣壓下何時會爆開？不同物質對紫外線指數的改變等。運用MorSensor測量所得的各項數值，未必能做出如同預測般理想，但是每次探究過程都是一種收穫與學習。 圖9. 各組完成探究實驗的過程 圖10. 大氣壓力對不同飲品的沸點影響(上)、二氧化碳對溫度的影響實驗(下) 實驗完畢後的報告與分享是這次營隊的重頭戲，藉由大尺寸觸控螢幕的使用，學員上台清楚地表達他們的實驗目的、實驗過程、實驗結果，最後氣象推動小組的老師引導台下的學員針對報告組別的實驗，反思後提出優點與建議，這樣一來一往的激盪下，學員發言十分踴躍，老師們也發現學員真的比我們想像中厲害很多，不僅懂得發現問題，而且還能尋求解決問題的方法。台下的學員提出疑問、台上的學員努力回答，在一問一答之中有了多元的激盪，邊反思邊學習，這是另一種學習的快樂。 圖11. 學員以圖表說明實驗結果(上)並上台報告毫不怯場(下) 未來展望 在這次的氣象探究研習營，氣象網推動小組的老師們深刻發現，在現今這資訊爆炸迅速的時代，學生們的知識吸收與學習已經不同於以往，他們在學習上面，一般講述式的教學已難以滿足他們。然而老師只要能夠架構好學習鷹架，運用多元的教學策略，設計一些動手做的引導方式，來激發學生的學習動機與熱情，大多數的學生都能藉由這樣的方式學習到比想像還要多。 藉由這樣的營隊活動，學員們接觸到許多數位科技、不同的數位感測器、開啟多元的學習視野，老師們在自身的教學也獲得許多的啟發。這次營隊十分感謝中央氣象局與國立臺灣科學教育館科普傳播中心在技術支援與課程規劃上給予最大的支援，期盼未來這樣有意義的數位應用與科學探究的活動能夠繼續下去，讓更多的學生能夠參與，激盪學生對於數位科技與自然探究更多的可能性。 最後，感謝科教館「巴斯無敵」節目也到場採訪錄製，本次營隊的活動歷程可詳見「科教館GO好玩」臉書：「巴斯無敵」氣象探究營--數位科技愛地球。 圖12. 學員全體大合照 協同教學講師/臺北市校園數位氣象網種子教師 楊玉蘭 臺北市立新生國小教師兼組長 黃嘉郁 臺北市立新興國中教師 蘇萬生博士 國立臺灣科學教育館推廣組

熱浪洶湧的夏天

文/盧孟明 五年前我在本刊第54卷第5期〈氣候變遷調適的挑戰與瓶頸〉曾引用聯合國世界氣象組織(World Meteorological Organization, WMO)在2011年發表的報告，稱2001～2010年為「氣候極端的十年」(A Decade of Climate Extremes)[1]，全球平均氣溫在這十年是1850年以來最溫暖的十年並以2010年最熱。2003年歐洲發生長達一個月(7月20日~8月20日) 破紀錄熱浪事件，死亡人數超過35,000人，十年間還發生了許多前所未見的重大風災、水災、旱災和火災等災難事件，和氣候極端不無關係。 全球暖化速度未減 今(2019)年3月WMO發布〈WMO 2018年全球氣候狀況聲明〉(WMO Statement on the State of the Global Climate 2018) [2]，列出下列五項重點： 1. 2015～2018年是有紀錄以來最溫暖的四年，2018年是第四最暖年份 2. 海洋熱含量創歷史新高，全球平均海平面繼續上升 3. 北極和南極海冰範圍遠低於歷史平均值 4. 極端天氣在各大洲發生對居民生活和永續發展都有影響 5. 全球平均溫度已比工業革命前增高了1°Ｃ，我們沒有在朝向達到氣候變遷目標的軌道上前進也沒有控制暖化 聲明報告發布不久，歐洲即遭熱浪侵襲(6月24日~7月2日)，奧地利、德國和匈牙利等國都有測站刷新高溫紀錄，造成15人死亡。七月下旬(7月21~28日)熱浪再次來襲，奪走5人性命。歐洲展期天氣預測中心( European Centre for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF) 先後在7月2日和8月5日發布消息[3][4]，指出2019年的6月是有紀錄以來全球平均氣溫最熱的6月，2019年7月全球平均氣溫與歷史最熱的2016年7月不相上下。 越來越熱的歐洲 〈WMO 2018年全球氣候狀況聲明〉(簡稱〈2018氣候聲明〉)指出2018年5至7月的氣候極為異常，北歐斯堪地那維亞的中部和南部以及芬蘭都出現破紀錄高溫，瑞典南部5~7月累積雨量跌破1748年以來的最低紀錄，總雨量甚至不到最低的一半。丹麥、挪威也都創了最熱最乾新紀錄，北極圈內也不能倖免。乾旱現象造成嚴重的農業損失，其中以德國最嚴重，4~9月是德國有紀錄以來第二乾的時期，瑞士東部出現有紀錄以來最乾的4~11月，捷克出現有紀錄以來最乾的1~8月。總之，2018年的春夏歐洲經歷到範圍甚大影響甚廣的高溫和乾旱。 2018年7月底和8月初的法國熱浪持續時間與2003年相似但強度較弱，造成1,500多人死亡。破紀錄的乾熱天氣也引發了破紀錄的野火，瑞典、拉脫維亞、挪威、德國、英國和愛爾蘭等地都遭野火肆虐。乾熱天氣導致中歐河流的流量大減，嚴重影響航運，萊茵河2018年運送貨物重量與2017年相比少了20~25%。歐洲夏季越來越熱似乎已成定局(圖1)，如何因應趨於頻繁的熱浪減少高溫對社會和經濟的影響？但願文明的歐洲人能為世界找到出路。 圖 1. 北半球夏季半年(5~10月)歐洲平均氣溫長期變化曲線，資料長度為1850~2018年，顯示的數值是每年溫度與1951~1980年平均值差距(或稱溫度距平/temperature anomaly) 資料來源： http://berkeleyearth.org/2018-temperatures/ 歐洲外的熱浪 今(2019)年3月WMO發布〈WMO 2018 2018年不僅歐洲受到熱浪侵襲，非洲和北美也不平靜。加拿大東部遭受多年來時間最長、強度最大的高溫事件，與熱有關的死亡人數約180人。東亞以侵襲日本的熱浪特別兇猛，7月23日熊谷縣觀測到41.1°Ｃ，創下日本觀測資料最高溫紀錄，這一年也是日本東部有史以來最熱的夏天，死於酷暑的人數有1,032人[5]。 日本氣象廳東京氣候中心將造成日本2018 年7月中下旬至8月初熱浪的天氣與氣候主要影響因素總結在圖2 [6]，指出2018年7月日本熱浪是受異常強大的南亞和西北太平洋副熱帶高壓的雙重影響，加上偏弱的副熱帶高空噴射氣流，以致於中緯度大氣波動振幅偏大，再加上全球異常偏暖的背景條件，蘊釀出7月底至8月初的極端高溫。青藏高原高壓的異常東伸和西北太平洋副熱帶高壓的異常西伸，都是歸因於南海、菲律賓海和西北太平洋附近熱帶對流活動特別活躍的影響，增強了南北方向的大氣環流，而活躍的熱帶對流活動則歸因於海表面溫度異常的影響，2018年夏季大洋海表面氣溫在北半球偏暖南半球偏冷。 圖 2. 造成日本2018 年7月中下旬至8月初熱浪天氣的主要影響因素，靠右邊界的紅色陰影和曲線顯示地表平均氣溫沿緯圈平均的距平值隨緯度的變化，25°N以北的中高緯度區域溫度偏高程度明顯高於25°N以南的熱帶區域（註：陸地佔緯度圈的比例在中高緯區域高於熱帶；最右邊的文字欄是對照圖裡英文說明的中譯) 資料來源：https://ds.data.jma.go.jp/tcc/tcc/index.html 熱浪的發生情境經常有持續10~20天甚至更久的滯留性高壓籠罩。高壓區域的大氣垂直運動以下沉氣流為主，空氣穩定乾燥，不利對流雲和降雨系統發展，為地表吸收日照輻射能量提供有利條件，能有效加熱近地面空氣形成高溫天氣。 圖3顯示造成2018年7月中下旬至8月初北半球高溫天氣的主要環流因素，有副熱帶高壓偏強以及副熱帶和極區的高空噴流偏弱等重要現象，當高空噴流偏弱時伴隨噴流的波動往往異於平常的活躍。對照圖3和圖4（2018年7月極端天氣）一起來看能看到北半球的極端溫暖和少雨的區域與高空高氣壓區域有很好的對應關係，可見副熱帶和極區噴射氣流的位置北移強度偏弱是激發熱浪的重要因素。雖然噴流北移與偏弱以及歐洲上空高壓偏強等現象在以往也不罕見，是氣象專家相當熟悉歐洲乾熱天氣環流型態，但之所以引發熱浪是因為2018年在低緯度區域也是偏暖，使從副熱帶往北傳至西、中歐與北歐的空氣更加濕熱，加劇了熱浪的幅度。換言之，若不是有偏暖的背景氣候，歐洲與東亞的熱浪威力必定大大減弱。 圖 3. 造成2018 年7月中下旬至8月初北半球高溫天氣的主要環流因素(圖右方的紅色陰影區和說明規範同圖2) 資料來源：https://ds.data.jma.go.jp/tcc/tcc/index.html 圖 4. 2018 年7月極端天氣事件發生區域。極端天氣事件包括氣溫異常偏高(紅色)、氣溫異常偏低(藍色)、雨量異常偏多(綠色)、雨量異常偏少(黃色)。極端天氣事件是根據每週平均溫度或雨量判斷，用監測目標為中心，若為判斷異常溫度則資料前後加12天構成的31天時段資料計算30年（1980~2010）週氣溫資料的標準差，若為判斷異常雨量資料則資料前後加11天構成的29天時段資料計算30年週雨量資料的標準差，若監測目標的距平值高於3倍標準差則判斷為極端高溫或多雨事件，若監測目標的距平值低於3倍標準差則判斷為極端低溫或少雨事件 資料來源：https://ds.data.jma.go.jp/tcc/tcc/index.html 及 https://ds.data.jma.go.jp/tcc/tcc/products/climate/weekly/index.html 氣候行動新篇章 一些有遠見的科學家在上世紀70年代初就注意到全球氣候變化的嚴重性，呼籲人類要團結一致控制溫室氣體排放量以減緩暖化速度。將近半個世紀過去，科學家不斷提出的數據與努力已經引起全球重視，2015年通過的《巴黎協定》是一個重要的里程碑，標示出全球領導人在《聯合國氣候變遷綱要公約》(United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC)框架下達成協定，截至2018年11月已有184個國家及歐盟加入該項協定，該協定將以前所未有的速度迅速生效。《巴黎協定》將取代《京都議定書》藉政治力量引導世界將全球平均氣溫控制在比前工業化時代高2°Ｃ以內且爭取控制在1.5°Ｃ以內。 為支持《巴黎協定》的實施，聯合國秘書長安東尼歐·古特瑞斯(António Manuel de Oliveira Guterres)在今年9月23日召開氣候行動峰會(United Nations Climate Action Summit)，邀請來自政府、金融界、商界和民間團體等世界領導人齊聚一堂，聽取各方在2020年前為減少溫室氣體排放量增加採取的行動，為今年底在智利舉行的UNFCCC第25次締約國大會(COP-25)熱身。 WMO是聯合國體系的氣象專責組織，在因應氣候變遷行動扮有重要角色。為了讓各界決策者和地球村民了解氣候現況，WMO將所屬全球氣候觀測系統(GCOS)持續監測的55個基本氣候變量綜整成容易理解的四大類別七種全球氣候指標(圖5)，清楚呈現地球氣候系統大氣圈(atmosphere)、水圈(hydrosphere)、冰圈(cryosphere)、岩石圈(lithosphere)和、生物圈(biosphere)五大體系[7]中觀測資料比較齊全證據確實的指標性氣候變化量，有地表溫度、海洋熱量、大氣二氧化碳濃度、海洋酸度、海平面、冰河變化、北極和南極海冰範圍等，每年將鑑測變量的變化特徵公布在《氣候聲明》。2018年是發布《氣候聲明》的25週年紀念，標誌著WMO為UNFCCC提供權威科學數據，氣候學者持續致力於報導、分析和了解地球氣候系統變化的決心。本文只簡單討論了《2018氣候聲明》中的熱浪部分，其他指標留待未來另外撰文介紹。 圖 5. 世界氣象組織監測全球氣候變化的氣候指標，包括地表溫度、海洋熱含量、大氣二氧化碳濃度、海洋酸度、海平面、冰河、北極和南極海冰範圍 資料來源: 《WMO 2018年全球氣候狀況聲明》[2] 及 https://gcos.wmo.int/en/global-climate-indicators 參考資料 [1] The Global Climate 2001-2010, A Decade of Climate Extremes. https://library.wmo.int/pmb_ged/wmo_1103_en.pdf [2] WMO Statement on the State of the Global Climate 2018 https://library.wmo.int/doc_num.php?explnum_id=5789 [3] Record-breaking temperatures for June. https://climate.copernicus.eu/index.php/record-breaking-temperatures-june [4] Another exceptional month for global average temperatures. https://climate.copernicus.eu/another-exceptional-month-global-average-temperatures [5] Imada, Y. et al. (2019) The July 2018 high temperature event in Japan could not have happened without human-induced global warming, Scientific Online Letters on the Atmosphere, doi:10.2151/sola.15A-002. https://www.jstage.jst.go.jp/article/sola/15A/0/15A_15A-002/_article [6] Primary Factors behind the Heavy Rain Event of July 2018 and the Subsequent Heatwave in Japan from Mid-July Onward. Tokyo Climate Center, Japan Meteorological Agency. https://ds.data.jma.go.jp/tcc/tcc/index.html [7] 地球氣候系統，中央氣象局數位科普網． https://pweb.cwb.gov.tw/PopularScience/index.php/weather/273-%E5%9C%B0%E7%90%83%E6%B0%A3%E5%80%99%E7%B3%BB%E7%B5%B1 盧孟明 臺灣大學大氣科學系教授

我們對「颱風假」應有的認知和省思

文/陳正改 前言 今(2019)年8月8~9日「利奇馬」強烈颱風直撲臺灣時，北臺灣的8縣市宣布9日停班停課；但當天風雨並沒有預期的大，民眾及學生直呼「撿到一天颱風假」，臺北市長柯文哲也坦言「颱風假多放了」，讓外界質疑氣象局預報不凖。 此乃因太平洋高氣壓偏弱以及颱風本身「擺線運動」作用(如圖1所示及說明)，而使「利奇馬」颱風中心於8日午夜至9日凌晨之間稍朝東北方向偏移(圖2)，導致颱風的實際路徑比預測路徑偏東約50公里之誤差。這情境與去(2018)年7月11日「瑪麗亞」颱風侵臺時相當類似(詳見本文結語的說明)。 圖1. 颱風的擺線運動（資料來源：鄭明典2011.9.25臉書） 鄭明典(2011)對圖1的解說如下： 颱風常在一個大低壓環流(季風槽/monsoon trough)中發展；但颱風（紅色圓圈）中心和大低壓環流（黑色圓圈）中心可能不在同一點。小黑色圓圈是大低壓對颱風的導引方向。如果整個大低壓往左移動(黑色箭頭)，颱風相對於大低壓則沿黑色內圈運動。此時，颱風中心相對於地面的軌跡近似下方的曲線，對地面觀察者來說，颱風的移動速度有時快有時慢，有時向西有時向北；呈現擺線運動狀態。 圖2. 利奇馬強烈颱風的中心於今(2019)年8月8日午夜至9日凌晨之間偏北又偏東，致使9日當天北臺灣的風雨沒有預期的嚴重（圖取自：天氣風險WeatherRisk臉書） 每當颱風警報發布後，社會大眾期待放假的預期心理，加上媒體報導效應，原本各縣市政府「災害應變中心」開設後所要關注的各項緊急應變工作，都變成不重要，民眾和學生只關心「颱風假」（是否停班及停課）的訊息。 事實上「颱風假」這議題並非現階段才出現，早在1980年代就已存在，而且也一直困擾著中央主管公務人員差勤的人事行政局（現在的「行政院人事行政總處」），和負責颱風預警發布的中央氣象局。當時筆者於中央氣象局預報中心服務，主要業務之一就是負責與人事行政局等各機關聯繫，提供各地區的風雨預報資訊，再由人事行政局決定及統一對外宣布是否停班停課。 本文擬針對當年有關「颱風假」之決策及發布過程先簡單回顧，再對現今「颱風假」給我們帶來的困惑，以及我們應有的認知和省思加以闡述，提供各位讀者參考。 「颱風假」的依據和緣起 一、依據 颱風天放假與否，是各縣市政府依據《天然災害停止上班及上課作業辦法》，並參照中央氣象局對各縣市地區所發布的預測風力(基準為颱風暴風半徑於四小時內可能經過之地區，其平均風力達7級以上，或最大陣風達10級以上)、預測或觀測的雨量(各縣市參考的基準略有不同，一般山區為24小時累積雨量達200毫米以上，平地則為350毫米以上)來決定。若有交通、電力輸送的困難，或土石流發生之虞時，亦有可能放假；各鄉鎮市區機關、學校也可以依實際情形自行決定。 至於《天然災害停止上班及上課作業辦法》的相關規定，早在1974年7月就已有規範，稱為《天然災害發生時停止辦公及上課作業要點》；當時的條文較少、規範也較簡略，一直施行至2000年7月。在實施期間，其條文和規範曾經過八次或多或少的修訂。 隨後，因應環境變遷及社會需求，於2000年7月12日更名為《處理辦法》，實施期間又歷經八次的增修，並於2013年1月22日將名稱再度修正為《天然災害停止上班及上課作業辦法》，條文也相對增加，高達19條，規範也更趨明確。最近一次，則在2015年6月29日對部分條文再加以修正。 至於颱風侵襲期間，勞工出勤的相關規定，則由勞動部於2009年6月19日另行頒訂。 二、緣起 早在1974年7月，當時的行政院人事行政局就已訂頒《天然災害發生時停止辦公及上課作業要點》，以供各縣市政府遵行。那時候，軍公教人員和勞工朋友都沒有特別注意及關心；在記憶中，好像也沒有所謂放「颱風假」的經驗。或許因此時正值臺灣經濟起飛，全國上下均全力參與推動十大建設；且全球氣候變遷、地球溫暖化、災害型態及劇烈天氣也不像現今如此繁雜和嚴峻。另，筆者因身為氣象預報從業人員，颱風預警的發布本就是我們的職責，在面對颱風來襲這麼重要的時刻，氣象局所有的工作人員當然更要堅守崗位。 直到1980年代之後，或許是民意高漲，且民眾的防災意識也逐漸增進，對天氣預報及颱風警報資訊的需求也相對提升。此時筆者擔任氣象預報中心課長，除了「氣象預報」本職之外，還承擔與各政府機關的協調及聯繫業務。所以每當颱風有侵襲臺灣之虞時，筆者必須與人事行政局第三處（負責全國公務人員差勤管理）保持密切聯繫。在關鍵時刻，當時人事行政局第三處的長官，都會親自到氣象局了解最新的颱風動態，以及未來的走勢和對臺灣的影響程度。有時候，人事行政局的長官亦會參與我們內部的颱風分析及預報討論會；返回人事行政局之後，再依據氣象局所提供的預報資訊作通盤的綜合研判，才對外發布是否停班停課的訊息。 當時，我們的《氣象預報警報統一發布辦法》是以大區域為主，一旦發布陸上颱風警報就是涵蓋整個臺灣地區；不像現在是依據颱風影響各縣市的時間，而分別列入警戒區域；所以當年颱風警報作業流程相當冗長。於是人事行政局最後統一通報是否停班停課的時間，常拖延到晚上十點之後，也就是在「老三台」（台視、中視、華視）播報夜間新聞（收播新聞）時才能得知，造成民眾及學生相當大的困擾和反彈，甚至輿論時有反映。 記得有一次，人事行政局的長官即曾向當時的氣象局吳宗堯局長和預報中心謝信良主任徵詢及建議：颱風侵襲期間是否停班停課，能否委請氣象局負責決定並直接對外發布？吳局長答覆：依據各機關的業務職掌，氣象局只是氣象資訊的提供者、諮詢者。有關公務員的差勤，以及學生是否放假，還是由主管機關全權負責。 當時每遇大型的國家考試，例如：考試院所舉辦的高普考試、以及教育部所舉行的大專院校聯合招生考試等，因都在暑假期間，正值颱風侵襲的旺季，所以考試院考選部以及教育部都會事先與氣象局取得協調，並建立對口單位及聯絡負責人，以資應變。 另，記得陳定南先生擔任宜蘭縣長期間(1981~1989年)，曾多次向中央政府拋出要求落實地方自治的各項權利及責任，包括颱風侵襲期間是否停班停課，亦堅持由宜蘭縣政府自行決定及宣布；並引起各縣市首長的熱烈迴響，紛紛要求比照辦理。 為回應地方政府的堅持，人事行政局乃在1994年修正《天然災害發生時停止辦公及上課作業要點》的規範；將通報的權責機關改由各縣市負責，之後再將結果陳報人事行政局備查。 我們對「颱風假」應有的認知和省思 依據長期的氣象資料顯示，每年侵襲臺灣的颱風平均有3~4個；但2016年和2017年都高達5個之多，且每個颱風均直撲臺灣而來，造成各縣市政府究竟應如何及何時宣布「停班停課（放颱風假）」之困擾？有的縣市政府因只放半天假而惹民怨。於是「颱風假」相關議題，竟然成為當年民意代表問政質詢、新聞媒體報導和政論節目討論的主要話題。 由於颱風所伴隨的風雨相當難測，是不該苛責；但上午出門上班及上課，下午且冒著強風暴雨返家，確實造成民眾和學童的不便和安全疑慮。筆者完全認同各縣市政府的首長，在關鍵時刻要做出面面俱到和最妥適的決策，真的相當困難且煎熬。然最重要的原則必須要有「整體的風險評估」，不僅要因地制宜，而且要具彈性和同理心，並以民眾和學童的安全為首要考量。 面對「颱風假」這話題，我們應如何看待？應抱持何種態度？才不致失焦，這是值得全民共同省思的課題。 一、「颱風假」究竟應由誰承擔？ 記得2016年9月27日梅姬颱風侵襲臺灣時(詳見圖3及圖4所示)，南部5縣市根據氣象局所提供的風雨預報資料，宣布僅放半天颱風假而引發民怨；還有阿嬤冒著大風雨接送孫子上學，讓許多民眾心疼。當時的高雄市長和臺南市長只好出面道歉，以平息眾怒。 圖3. 梅姬颱風（2016.9.25~9.28）路徑圖及累積雨量圖(資料來源：中央氣象局) 左：颱風登陸(2016.9.27.14) 右：颱風出海(2016.9.27.21) 圖4. 梅姬颱風侵臺時的氣象雷達回波圖(資料來源：中央氣象局) 於是就有多位立法委員在國會殿堂質詢並砲轟中央氣象局，認為該道歉的不是縣市首長，而是氣象局局長。甚至提議：「氣象局應該一肩扛起『颱風假』的責任」。 事實上，各縣市政府的「災害應變中心」在討論是否放「颱風假」時，不僅會參考氣象局所提供的風雨預測資訊，而且也聘請民間的氣象顧問公司、以及各大學防災研究中心的專業人員，來協助解讀和研判颱風的最新資訊和對該縣市地區的影響程度，並提供縣市首長決策參考。除這些科學數據之外，縣市首長也應同時考慮當地實際的「風土民情」，包括民眾的通勤、與鄰近縣市共同生活圈的互動、當地的人口結構，甚至那些地區（鄉鎮區鄰里）易有致災的潛在危險性…等各種風險評估。縣市首長必須綜合上述情資的研判之後，才能得到「因地制宜」的最佳決策。 二、氣象瞬息萬變，絕非預測不準 颱風侵臺期間，氣象局提供各地區的風雨預報，會隨颱風動態的改變而及時修正，於是每一次報告都會有些許不同。這不是氣象局預測不準，而是大自然不斷改變所致。 至於各縣市政府的首長要宣布隔天是否要放颱風假，究竟要依氣象局那一報的風雨資訊為主？筆者以曾是氣象預報從業人員的經驗，慎重建議：可依據氣象局晚間10點鐘所發布的颱風警報為主；必要時（例如：颱風動態不明確，或風雨預報處於停班停課的臨界邊緣）則可再參考隔天清晨4點鐘所發布的最新警報資訊，做最後的修正和確認。 三、天氣預報具有不確定性 由於影響颱風行徑，以及其所伴隨的風雨狀況的內外在因素相當的多，依目前的大氣科學技術和能力是無法立即解決，所以我們在解讀和使用氣象資訊時，應該要了解及體認「氣象預報是有其不確定性」。所以在研擬「行動方案」或「防災決策」時，必須要預留各種「備案」，以資應變。 為了因應「氣象預報的不確定性」，所以在海上（陸上）颱風警報發布期間，氣象局就會每3小時（1小時）更新一次資訊，提供各界決策和應變的參考。至於其準確性，則是以颱風距離我們最近時最為準確。若只以一次預報資訊就來進行評估及做決策，當然就無法準確的掌握最新的颱風動態（包括路徑及風雨預報）。 四、「颱風假」應正名為「防災假」 首先要澄清的是，「颱風假」並不是我們一般所謂的「假期」，而是政府衡量災害風險，籲請民眾事先採取「防災準備」和「疏散避難」的處置作為（不要在外逗留，包括前往工作或上課）；其目的是為了防範颱風對民眾的生命和財產造成任何危害。所以筆者認為應該將其正名為「防災假」。 由於「防災準備」是著重在「風險發生的可能」，我們不能認為現在無風無雨，或是「預測四小時內風雨不大」，就斷定下一個時間點「沒有風險發生的可能」；因為這是「預測」，可能發生，也可能不發生。所謂「災害管理」，著重的就是：當最壞的狀況發生時，我們該怎麼辦？當然是「料敵從寬，禦敵從嚴」。 結語及感想 「颱風假」到底該如何放？是每年颱風季時各縣市政府首長最苦惱的決策之一。例如2016年和2017年，臺灣接連各遭受5個颱風的侵襲，但因氣象預報單位無法準確的掌握颱風動態和風雨情況，致使中南部縣市只能放「半天的颱風假」；另，2018年7月「瑪莉亞」颱風來襲（詳見圖5、圖6及圖7所示和說明），北北基三市的「颱風假」竟脫鉤不同調，引發北部地區跨生活圈的上班族和學生們之困惑，進而掀起各界熱烈的討論。 圖5. 瑪麗亞颱風（2018.7.9~11）路徑圖及累積雨量圖(資料來源：中央氣象局) 左下：(2018.7.11.02) 右下：(2018.7.11.05) 圖6. 瑪麗亞颱風侵臺時的氣象雷達回波圖(資料來源：中央氣象局) 圖7. 瑪麗亞颱風通過臺灣北部海面時，實際路徑比預測路徑「北漂」約20公里，對大臺北地區的衝擊得以減緩（圖片來源：天氣風險管理公司氣象總監賈新興臉書） 事實上，如果以科學數據為基礎的氣象預報，真的可以準確到十拿九穩，相信沒有人會願意失準。由於「氣象變化」具有高度的「不確定性」，所以每當「天災」發生時，若用政治語言或是用陰謀論來沾惹，總是特別讓人反感。 許多國內外的氣象學者都直言，「降雨量」是所有的氣象預測中最困難的一環，特別是像變化多端的颱風環流以及其所引進的西南氣流，在如此龐大與複雜的大氣環流體系中，它確實很難準確地在「某個地方」、「某個時間點」，被預測會出現「大豪雨」（24小時累積雨量達350毫米）或「超大豪雨」（24小時累積雨量達500毫米）。所以在一半靠知識，一半靠運氣的狀況下，任誰都很難精準地做到大家皆滿意的決策。因為不管如何，在整個決策過程中就是具有「不確定性」。 綜合上述的說明，個人有三點淺見，提供大家一起省思，並就教各位先進： （一） 氣象局只能預報颱風未來的動態，但因觀測資料不足，預報結果就會有所誤差。縣市首長使用「有誤差的預報資料」來做決策，自然也就會出現「偏差」的判定。 （二） 通常第二天清晨的氣象預報資料會比前一晚的來得準確，所以我們不應該要求縣市首長在前一晚就做出最後的決策，這樣只會增加錯誤的機率。 （三）「颱風假」是為了維護民眾的生命和財產安全，避免民眾受到傷害的權宜作為，所以應該採事後認定；若實際風雨未達停班、停課之標準，事後可考慮擇日補足上班及上課時數。這樣不但可以減少縣市首長的決策壓力，避免誤差的資料導致「誤放」的遺憾。 參考文獻 中央氣象局：新雨量分級Q&A (https://www.cwb.gov.tw/V8/C/K/CommonFaq/index.html#)。 行政院人事行政總處(2015.6.29修正)：《天然災害停止上班及上課作業辦法》。 行政院勞動部(2009.6.19訂定)：《天然災害發生事業單位勞工出勤管理及工資給付要點》。 陳中致著，蕭嬋指導(2014.10)：現代青天-陳定南，國立交通大學管理科學系。 陳正改(1992.8)：颱風的運動，氣象預報與分析，第132期。 陳正改(1994.6)：西北太平洋海域異常路徑颱風氣候特徵之分析，台北師院學報，第七期。 陳正改(1996.6)：颱風運動研究之探討，台北師院學報，第九期。 莊琦銘（台中市政府人事處科長）（2012.5）：天然災害停止辦公及上課作業辦法講習簡報檔。 陳正改 中央氣象局退休組長

臺灣地震測報的發展

文/蕭乃祺 回顧 1999年9月21日凌晨1點47分，臺灣中部地區發生規模7.3的921集集大地震，地震後102秒，中央氣象局的地震速報系統在大規模停電的情形下，順利計算出地震的位置與規模(圖1)，並透過電子郵件與呼叫器通報地震的資訊(Wu et al., 2000)。當時速報的表現是全世界地震測報重要的里程碑，備受國際重視與肯定，這也是1989年氣象局成立地震測報中心，專責我國地震測報業務以後，10年努力後所繳出的第一個成績單。 圖1. 、氣象局地震速報系統在集集地震發生後102秒自動產製的地震報告圖(資料來源：中央氣象局) 集集地震後，20年來氣象局持續精進我國地震測報的能力。首先在2000年時參與國科會推動的5年期「地震及活斷層研究」跨部會整合科技計畫，期間建置了高品質的寬頻地震儀觀測站，同時為推動地震前兆的研究，建置了全球衛星定位系統(Continuous Global Positioning System, CGPS)連續觀測站與地震地下水觀測站。2006年開始全面進行觀測網的升級計畫，建置新一代的地震觀測網，除提升原觀測站速度型短週期地震儀與加速度型強震儀的解析度至24位元，並增建高品質的地震觀測站，包括井下地震儀觀測站與東部海域海底地震儀觀測站，全面強化地震儀紀錄的品質，並擴展地震的監測範圍。 災害地震是威脅臺灣最嚴重的天然災害之一，為快速提供救災單位與一般民眾有感地震的資訊，包括震源的參數與震度的級數，我國自1995年開始發展地震速報系統(Wu et al., 1997)。該系統利用即時的強地動紀錄，藉由自動地震定位的技術，有效縮短有感地震的偵測與通報時間，並在集集大地震時發揮重要的速報成果。2007年配合地震觀測網的升級，氣象局研發新一代的地震預警技術與系統(Chen et al., 2015)，利用地震初達P波的訊號進一步縮短資料處理時間，並發展強震即時警報作業，將地震測報運用於可行的預警防災上，建立臺灣完整的地震測報作業。 2013年在教育部、各縣市教育局處與氣象局跨單位合作下，推動「強化地震速報作業系統之應用」計畫，開始將強震即時警報的應用納入我國防災工作的重點(蕭乃祺等，2014)。該計畫先以全國3,500所中小學為推動對象，全面於校園內安裝地震資訊接收軟體，透過網際網路即時接收氣象局發布的警報，提供校園師生緊急地震防護，並將應用對象逐步擴展至高中與其他救災、交通單位。由於大地震存在預警應變的時間非常有限，通常僅有短短的數秒至十數秒，因此如何在第一時間同時對全國民眾推播訊息，為其防災應用最大的挑戰。氣象局2016年配合國家建置災防告警細胞廣播系統(Public Warning System, PWS)計畫，開發地震速報細胞廣播服務，透過手機讓民眾可以迅速收到地震訊息。另外氣象局於同年，與民間電視台合作，隨時蓋台插播強震訊息，提醒民眾注意。 雖然地震預測距離到實際作業化的階段，到目前為止仍是一個不可能的任務。不過由於地震對於民眾的生命與財產安全，無時無刻皆可能帶來重大的威脅，因此地震前兆相關的蒐集資料與分析研究，並最終以建立可運作之前兆研判與預警機制為目標，亦是我們需要重視並投入心力的方向。集集地震後，氣象局與學術界密切合作，開始發展地震前兆的觀測與研究，包括多元前兆觀測現象的使用，以及多種數值分析與統計方法的研發，至目前已經開始踏出第一步，並獲得相當的進展。 本文將介紹臺灣在集集地震後，20年來在地震測報工作的進展，主要包括全面現代化的地震觀測設備，以及建立完整的地震測報作業。 基礎 我國在地震測報上已經擁有非常良好的基礎，包括建置了進步的地震觀測網，以及蒐集了完整的地震背景參數資料庫。 地震觀測網 臺灣目前建置了全世界測站密度最高的地震觀測網，平均不到10公里就設有1個地震觀測站。運作中的地震觀測網主要有3個（圖2），包括中央氣象局地震觀測網（Central Weather Bureau Seismographic Network, CWBSN）、臺灣強地動觀測網（Taiwan Strong Motion Instrumentation Program network, TSMIP）、臺灣地球物理觀測網（Taiwan Geophysical Network for Seismology, TGNS）。 圖2. 氣象局3個主要地震觀測網的測站類型與分布圖(資料來源：中央氣象局) CWBSN是1個即時地震觀測網，地震儀每秒100點訊號，可以24小時連續傳回氣象局中心站進行即時的分析，對於臺灣地區地震目錄的建置、有感地震的速報預警、地體構造與地震相關研究等，提供非常重要的資料來源。目前觀測站的數目超過170個，安裝的地震儀包含寬頻地震儀、短週期地震儀與強震儀。寬頻地震儀與短週期地震儀皆是速度型的地震儀，可以記錄非常微弱的地動訊號，加上寬頻地震儀具有記錄地震長週期訊號的功能，因此也可以偵測震央距離超過1,000公里以上的遠震。強震儀是加速度型地震儀，顧名思義主要是記錄大地震的地動訊號，對於強烈的振動不會有失真飽和的情形。由於CWBSN安裝了這3種地震儀，所以可以詳盡地的記錄臺灣地區的地震活動。地震站設置的位置除了原有的地表站外，近年來為了避免人為雜訊的干擾，提升地震儀紀錄的訊號雜訊比，建置了62個井下地震儀觀測站(圖3)，將地震儀安裝在平均深度300公尺的井內。另外為了擴大地震監測範圍，強化地震定位的準確性與時效性，在東部海域亦建 置了3個海底地震儀觀測站(圖3)。 圖3.、 井下地震儀觀測站場址與地震儀照片(上圖)，以及海底地震儀觀測站海纜鋪設與地震儀照片(下圖) (資料來源：中央氣象局) 為了完整蒐集臺灣各都會區地盤及結構物之強震資料，提供學術界地震科學研究與工程界耐震設計規範，氣象局在1990年代初期在臺灣各地建置高密度的強地動觀測網TSMIP(辛在勤，1993)。觀測網目前總共建置了737個自由場強震站與45座結構物陣列，採用力平衡式加速度計FBA (Force Balance Accelerometer)感應器，可以完整記錄大地震劇烈的振動資料。解析度亦從早期的16位元全部升級成24位元(圖4)，對於地動震幅的解析能力提升了200倍左右。 圖4. 、TSMIP從早期使用16位元強震儀演進至現今24位元強震儀的照片圖(資料來源：中央氣象局) 為了推動地震前兆的研究，氣象局在集集地震發生後開始建置臺灣地球物理觀測網TGNS。除了大規模全面建置高精度的連續GPS觀測站，以及地震地下水觀測站外，並與國立中央大學合作，技術轉移接手維護地球磁場觀測站與大地電場觀測站(圖5)。2012年起GPS測站儀器陸續升級成全球導航衛星系統GNSS儀器，可以進行多星系統的觀測，截至目前，整個TGNS觀測網總共包含了163個GNSS觀測站、6個地下水位觀測站、12個地球磁場觀測站以及20個大地電場觀測站。 圖5. 、TGNS中不同類型的地球物理觀測站照片圖(資料來源：中央氣象局) 背景參數資料庫 在觀測網持續營運與資料處理例行作業下，建立了臺灣地區3個重要地震相關的背景參數資料庫，為我國的災害監測、科學研究與工程應用提供非常重要的基礎資料。第1個背景參數資料庫是臺灣地區地震目錄，由於觀測儀器解析度與站房環境品質的提升，每年平均偵測的地震由原本2萬個，從2012年大幅增加至4萬個，可以完整記錄臺灣地區規模1.5以上的地震。目前目錄中總共累積的地震數量已經超過67萬筆(圖6)，完整的資料除了使用於地震活動分析外，對於臺灣區域範圍的速度構造、孕震構造與震源機制等相關研究，提供豐富的基礎資料。 圖6. 、臺灣地震目錄所記錄的地震分布圖，圖中符號大小、顏色分別表示地震的規模大小與震源深度(資料來源：中央氣象局) 第2個重要的資料是自由場強地動紀錄，過去30 年總共蒐集了超過2萬8,000個強震、數量超過22萬筆的紀錄。這些紀錄不僅有效應用於我國強地動觀測研究、耐震設計規範以及地震工程應用，對於全世界強震相關的研究亦是彌足珍貴。例如在集集地震發生前，全世界非常缺乏近斷層的強震紀錄，而當集集地震時收錄了數十筆車籠埔斷層錯動的強地動紀錄(圖7)，讓近斷層帶的強震紀錄一舉增加數倍，對於全世界近斷層地震動特徵的研究影響深遠。 圖7. 、集集地震石岡國小強震站所收錄的3分量強地動紀錄圖(資料來源：中央氣象局) 第3個完整的背景參數資料庫是地表位移時間序列，氣象局連續GNSS觀測站的數量超過160個站，平均分布於臺灣各地。透過每月例行測站座標、包含經緯度與高程資訊的解析，可以獲得每個測站位置，水平動與垂直動位移隨著時間變化的情形(圖8)。測站座標解析是使用美國麻省理工學院與加州大學聖地牙哥分校斯克里普斯海洋研究所共同發展的GAMIT/GLOBK資料處理軟體，解析後獲得地表位移的時間序列，可以用來推算臺灣各地速度場與應變場的變化，進行地殼形變相關研究，同時亦是地震前兆、同震位移、火山活動、地層下陷、地層滑動等監測重要的參考資料。 圖8. 、2004年迄今花蓮GNSS測站的3分量地表位移時間序列圖(資料來源：中央氣象局) 作業 氣象局目前穩定運作與持續發展的地震測報作業主要有2個，包括有感地震資訊速報作業，以及地震前兆觀測作業。 有感地震資訊速報作業 我國已經建置完整的地震速報作業流程，當臺灣島內或近海發生顯著有感地震時，平均地震後15秒左右即會發布強震即時警報，民眾可以透過網際網路推播、手機細胞廣播與電視台蓋台插播等方式，第一時間獲得強震訊息而採取緊急應變。約5分鐘以後則會對外發布正式的地震報告，內容包括震源資訊與觀測震度，對於防救災與公共設施單位提供地震應變調度重要的參考資訊，並可適時降低民眾的恐慌。近年來為提升地震應變效能與提高災損評估準確性，全國各縣市每個行政區至少建置1座即時強地動觀測站，透過校園網路與部分專線傳送地動加速度紀錄，進一步提供以鄉鎮市區為尺度的細緻化震度資訊。 以2018年2月6日規模6.2花蓮災害地震為例（圖9），地震預警系統在地震後約17秒對外發布地震訊息，通報單位包括學校、防救災、公共運輸與防災產業等單位，對於距離震央約60公里以外的地區可以提供預警的時間，另外一般民眾則在地震後20秒時透過手機與電視，得到訊息立即採取緊急應變。5分鐘後氣象局發布正式地震報告，並在7分鐘後進一步提供以鄉鎮市區為尺度的細緻化震度資訊。防救災單位在獲得地震相關資訊後，10分鐘內即可迅速成立災害應變中心，召集相關單位投入地震救災的工作。 圖9. 、2018年2月6日花蓮地震氣象局地震速報資訊時效圖(資料來源：中央氣象局) 地震前兆觀測作業 地震發生主要成因為地殼受板塊作用擠壓下，不斷累積能量後快速釋放所造成。過程中因應力應變長時期積累的關係，一般認知地表會持續產生微量的變形，而當應力強度增加到接近岩石破裂強度時，則岩石可能會先產生微小裂隙而導致地震活動改變或是體積變形。因此透過長期地震活動度與地表形變的觀測，有機會在大地震發生前可以發現徵兆。另外臨震前，岩石微小振動或隙縫破裂亦有可能引起區域其他環境參數的變化，例如地下水位、地球磁場、大地電場等。 氣象局依據可能出現地震前兆的時間，分為中長期與短期2種前兆觀測。中長期觀測主要預估前兆出現的時間約在大地震發生前半年，觀測的項目目前主要為地震活動的時空變化與地殼形變。短期前兆則是設定地震發生前數小時至10天左右可能會發生，觀測的項目包括電離層電子含量變化、地下水位變化、地球磁場與大地電場異常等。 以2016年2月6日美濃地震為例，臺灣中南部山區在地震發生前6個月，與長時間的地震活動狀況比較(圖10)，呈現低地震個數(圖中藍色區塊)，以及低地震能量釋放的情形(圖中大間隔虛線範圍)，其統計數值皆在長期背景值的1/4位數以下。同樣的情形也出現在臺南歸仁與仁德GNSS測站間的基線變化(圖11)，這2個測站間的基線在一般狀況下，呈現逐漸縮短的情形，幅度每年平均在1公分左右。在美濃地震發生的半年前，其基線出現顯著的轉折，反而呈現出測站間相對運動似乎鎖住(lock)的情形，而當半年後地震發生後，測站基線變化的模式也逐步恢復成原先的情形。 圖10. 、2016年2月6日美濃地震前半年，臺灣地區地震個數與釋放能量在空間上，與長期地震活動狀況比較的分布圖(資料來源：中央氣象局) 圖11. 、2010年至2017年1月臺南歸仁與仁德GNSS測站間的基線變化(資料來源：中央氣象局) 氣象局地震前兆觀測作業在與學術界密切的合作下，已經逐步進行制度化的資料蒐集與研究分析。不過截至現在實際分析的成果，真正成功的案例其實還是非常有限，尤其對於短期前兆的觀測，可視為成功發現前兆的比例似乎都在2成以下，氣象局將會持續努力進行相關的研究。 展望 展望地震測報未來發展的方向，將會在現有的觀測基礎與測報作業下，逐步擴大地震測報工作的服務能量與防災價值，主要目標包括： 1. 持續提升強震測報能力，強化警報資訊於地震防災之應用。 2. 大幅開放地震資料服務，擴展資料於學術研究與工程應用之價值。 3. 合作交流地震前兆研究，建立可運作之前兆研判與預警機制。 參考文獻 辛在勤，1993：臺灣地區強地動觀測計畫。臺灣地區強地動觀測計畫研討會論文摘要集，1-10頁。 蕭乃祺、蕭文啟、江嘉豪，2014：中央氣象局強震即時警報作業介紹。中央氣象局通訊，103年8月號，1-6頁。 Chen, D. Y., N. C. Hsiao, and Y. M. Wu (2015). The Earthworm Based Earthquake Alarm Reporting System in Taiwan, Bull. Seism. Soc. Amer., 105, No. 2A, 568–579. Wu, Y. M., C. C. Chen, T. C. Shin, Y. B. Tsai, W. H. K. Lee, and T. L. Teng (1997). Taiwan Rapid Earthquake Information Release System, Seism. Res. Lett., 68, 931-943. Wu, Y. M., W. H. K. Lee, C. C. Chen, T. C. Shin, T. L. Teng, and Y. B. Tsai (2000). Performance of the Taiwan Rapid Earthquake Information Release System (RTD) during the 1999 Chi-Chi (Taiwan) earthquake. Seismo. Res. Let., 71, 338-343. 蕭乃祺 中央氣象局地震測報中心副主任

臺灣海岸變遷的重要因素及氣候變遷影響與對策

文/許民陽 前言 臺灣四周環海，海岸線長達1,139公里，雖僅為36,000平方公里土地總面積的3%，但因內陸約2/3土地為丘陵及山地，可供利用的台地及平原不多，因此海岸地區成為主要的開發與利用對象。然而近年受到全球氣候暖化的影響，海平面不斷上升，海岸地帶直接受到衝擊，成為全球氣候變遷必須因應及調適的八大議題之一。 尤其是海岸地區位處陸地與海洋的交界地帶，其環境涉及陸上岩石圈、海洋的水圈及大氣圈三者交互作用的影響，為各種外營力地形變遷最複雜多變的一種。例如：它同時涉及建設性與破壞性地質作用，大量漂沙堆積或地殼抬升等建設性地質作用固然可增加新的土地，但強大的波浪或暴潮帶來的破壞性地質作用卻同時可能將這些土地侵蝕而無法復原，花東海岸即為實例。因此，不管用工程防護或非工程措施因應海岸變遷，尤其是海岸侵蝕後退問題，先了解海岸變遷因素都是首要的步驟，讓解決對策有脈絡可尋。 綜合眾多學者及專家的研究，影響海岸變遷的主要因素有氣候、海岸外營力作用、沈積物收支、海平面升降、人類活動等(見圖1)，若再細分可分為自然及人文兩大類。 圖1. 台灣玉山機器人協會為中科2019FRC台灣練習賽之執行單位 一、海岸變遷的自然因素 （一）地質構造 岩石種類不同產生對波浪抗蝕力和抗壓強度的差異而產生不同的後退形態和速率。而抗蝕力的強弱除岩性外(如圖2)，又受裂面，如層理或節理、斷層等，及層態，如水平或傾斜（順向坡或逆向坡）的影響，這些都決定海岸後退的速度及形態。 圖2. 鬆軟的岩層(上圖，砂礫堆積層)和較堅硬的火山堆積岩層(下圖)易受侵蝕而後退 （二）波浪作用與暴潮 根據一系列實驗室的水工研究，指出波浪對崖腳的侵蝕是造成海崖持續後退的主因，且強調偶發性事件，如颱風帶來的風暴激浪為造成海崖急速猛烈後退的動能，同時對海灘及沙丘也造成嚴重侵蝕，造成海岸後退(如圖3)。且波浪對崖腳的侵蝕有其季節性，隨季節的差異帶來的水位高度，風暴激浪強度及海濱寬度差異均影響受蝕速率的快慢。 圖3.1990年歐菲莉颱風的暴浪侵蝕花蓮海岸，並使花蓮港內的船隻斷纜擱淺在南濱海岸 （三）地殼升降或海準變動 地殼上升或海準下降固可增加海岸土地(圖如4)，但也經常增加海岸坡降或影響海崖高度，進而影響海岸後退。地殼沉降更會使海水加深，增強波浪能量而加速後退。 圖4. 恆春半島地殼上升，隆起珊瑚礁成為海岸階地 （四）海岸輸沙收支平衡 陸源沉積物的供應，也就是沉積物的收支是否平衡，如果河流帶出來的沉積物多於海水帶走的量，海岸自然向外伸展，反之則後退。以臺灣西海岸為例，在没有人為干擾的年代，西海岸各大河川如大甲、大肚、濁水、曾文溪等大河每年大量輸沙至海岸沈積，海埔地不斷向外伸展，許多清朝時臨海的港口，如鹿港等現今已位於內陸，可為例證。 但如今有多段海岸持續後退，加以分析可發現西海岸大部海底平淺，侵蝕性磯波近岸邊時能量已衰減，之所以呈現侵蝕後退，推其主因之一為陸地上各種攔河工程（如水壩）及採砂石，使河川輸沙驟減，使海岸沉積物的收支失衡所致。以淡水河流域為例，石門及翡翠水庫及上游攔沙壩修建後，加上河床的採砂，使輸沙大減，使河口南岸的八里海岸後退(如圖5)。 圖5. 淡水河口南岸的八里挖子尾海岸後退，數個碉堡掉落海中 （五）海床坡度 海床坡度平緩，河川帶出的淤沙容易堆積，海岸乃得以成長；相反地，若海底坡度陡峻，平台上的沉積物受海流侵蝕，不易保留堆積，或遭急速搬運入深海。海床坡度也影響波浪能量，若坡度平緩，海浪在外海即逐漸破碎，能量已衰減大半(如圖6)。若海床坡度大，深水區接近陸地，波浪行進底部未受阻礙，乃得以長驅直入，以高能量侵蝕海岸(如圖7)。 圖6. 海床坡度緩，磯波靠近海岸時，能量已衰減 圖7. 花東海岸海床坡度大，波浪靠近陸地以高能量侵蝕海岸 二、海岸變遷的人為因素 （一）海岸結構物的影響 海岸結構物，如突堤、離岸堤會改變波浪及沿岸流運動的情形，進而引起漂沙方向及量的改變，造成在海岸結構物上游側堆積，下游側侵蝕的現象，稱為突堤效應(如圖8)。當海岸結構物伸入海中的長度愈長，其所造成的影響也就愈明顯，在臺灣各處海岸此種個案造成的後退現象越來越多。如： 1.花東海岸：鹽寮船澳造成其北側漂砂堆積(如圖9)。南側海岸後退(如圖10)。 2.宜蘭海岸：烏石港突堤造成南側頭城海水浴場漂沙消失(如圖11)，海岸後退，而在烏石港北側形成大量漂沙堆積。 3.西北海岸：觀音鄉大潭火力發電廠修建突堤後，造成其南側新屋溪口北岸海岸後退60餘公尺。大園鄉竹圍漁港修建遊艇港突堤後，其南側造成20-40公尺左右的後退。 圖8. 突堤效應過程 圖9. 花東海岸鹽寮船澳修建造成突堤效應，北側漂沙堆積 圖10. 鹽寮船澳南側海岸後退 圖11. 烏石港建港造成突堤效應，使頭城海水浴場海岸漂沙流失 全球氣候變遷加速海岸變遷 除了上述影響海岸變遷的主要因素外，近幾十年全球氣候變遷產生的極端劇烈氣候正不斷衝擊海岸的環境。以臺灣最常見的颱風為例，大氣暖化及海溫上升造成的颱風威力加強，降雨強度及累積雨量增加，造成高山地區不穩的坡面崩壞及土石流，隨之而來的逕流將這些崩壞的物質携帶入海，固然增加堆積於海岸或河口的漂沙，提高海岸的穩定性，但這些被逕流搬運帶入的崩壞物質，大部份沈積在河床上，携入海的僅占一部份。以莫拉克颱風為例，在高屏山區降下超過3,000公厘的雨量，造成重大的災損，但崩壞的土石大部份堆積在高屏溪流域的河床上，甚至達10-20公尺的高度，高屏溪口向外堆積延伸並不顯著。 此外颱風帶來的海水面上升，引發的暴潮，常沖毁海岸工事及造成沿海地區海水倒灌，因地勢低漥難以消退，甚至長期積水，造成鹽化的濕地，無法回復成可耕種的良田。雲林縣口湖鄉的下湖口因地勢偏低，超抽地下水而致地盤下陷，本易積水，又加上1986年韋恩、艾貝颱風及1996年賀伯颱風，引發的暴潮造成海水倒灌，現今已形成一廢耕的「成龍溼地」即為一例(如圖12)。颱風強大風力產生滔天巨浪，在臺灣東海岸的紀錄可達20.5公尺（1990年歐菲莉颱風，花蓮港波高紀錄）常越過防波堤或消坡塊，造成急劇的侵蝕、崩壞與後退(如圖13)，花東海岸的侵蝕後退大部份為此因素所造成。 圖12. 風暴潮使海水倒灌積水不退形成的「成龍溼地」 圖13. 花東海岸遭颱風強浪侵蝕，都蘭海崖不斷崩毁後退 全球暖化造成的高緯度冰帽(如圖14)及冰川(如圖15)快速溶解，例如南極的冰層一直在崩解，自1992年以來的冰層已融解13.3兆噸，全球海面上升0.63公分。加上海水變暖產生的熱膨脹效應造成的海平面上升，逐漸淹没海岸低地，也增加了海水侵蝕的能量，並造成土地及地下水鹽化，更是全球海岸都無法逃避的變遷趨勢。且臺灣目前海面上升的速率年達2.51公厘，已高於世界海面上升每年平均的2公厘平均速率。 未來海平面上升的高度也有加快的趨勢，例如聯合國跨政府間氣候變遷委員會(IPCC) 1955年的第二次報告指出至2100年，全世界海平面將可能上升約50公分，但2007年的第四次報告已修正為59公分，去(2019)年9月27日公布的第五次報告已提高到82公分，更使海岸低地區的地形變遷更加嚴峻。據估計若海平面上升1公尺，臺灣西部可能會有1/5的土地會淹没，尤其在地盤持續嚴重下陷的地區。世界上許多海拔地勢低的國家如馬爾地夫、吐瓦魯將慢慢沈淪而消失。 圖14. 全球暖化使南極的冰層快速崩解 圖15. 美國阿拉斯加地區冰河因暖化而崩解 臺灣的海岸變遷現況及問題 近幾十年來影響臺灣地區海岸地區地形變遷的另一因素為人為開發與利用，如水庫及攔沙壩的修建，各類漁港、工商港、濱海工業區、電廠（含附屬港口）(如圖16)、廢棄物處理廠等已林立於海岸上。沿海養殖漁業的超抽地下水及農業灌溉的大量取用地下水，引起的地盤下陷等也是臺灣地區海岸變遷的主因，尤其是西部及西南部海岸尤為嚴重。 圖16. 桃園市觀音區大潭火力電廠興建突堤(照片上端)造成南側岸後退，藻礁出露 在上述影響海岸變遷的自然與人為因素開發的雙重影響下，根據近年來的調查，臺灣地區的海岸線除了北部及東北部的岩岸，南端的珊瑚礁海岸，以及修築海堤及消波塊保護的海岸段外，其他地區的海岸線，如西北、西部、西南及東部海岸均呈逐年後退的情況，沿海地區的海灘、農田、家園不斷流失淹没，海崖不斷崩退，沿海公路也因為海岸後退、維修費用過高而放棄，路線陸續內移，如花東海岸公路由日據期至今某些路段已第三次改道。 海岸變遷除了衍生國土流失，經濟受損的實質損失外，也衍生一些難以想像的社會問題。近五十年來海岸後退最嚴重的花東海岸就出現兩種案例：其一為一位長濱鄉的農民位於海岸的田地被侵蝕流失後，建了一艘排筏出海捕魚，因未申請漁民證而被海防取締，很無奈地抗議道：「我的田地已在大海裡，為什麼不能在我家的田裡捕魚！」。 其二為花東地區的銀行都有銀行空有抵押品的案例，因為東海岸若干居民把土地拿到銀行辦理抵押貸款，幾年後無力償還，銀行向法院聲請執行拍賣抵押品，銀行人員帶著法院執行人員查封，卻找不到土地在那裡，問貸款人土地位置，貸款人指著海邊說：「在那邊，土地已被海浪侵蝕掉，已變海啦！」這不是笑話，已退休的周姓行員說，在他手裡及某銀行的同業，都遇到好幾十件相同的情形，銀行成為空有抵押品的「他項權利證明書」的受害者，貸款地主也是空持「土地所有權狀」被害人，這就是東海岸居民傳奇的真實故事。 海岸變遷的調適與因應對策 一般而言，海岸變遷的調適與因應方法有非工程措施與工程防護兩類方法。非工程措施包括加強海岸海象包括波浪、潮汐、海流的監測調查與建立資料庫，藉此建立潛勢災害地區的預警系統，繪製防災地圖及規劃避災措施。 另一種作法為調整土地利用形態或設置緩衝區，如臺灣花東海岸將成功鎮以南嘉平海岸，容易被侵蝕的路段向內陸遷移至高位海階。英國於2005 年起開始推動「還地於海」的計畫，把原本圍墾於海岸地帶的海堤拆除，回復成為潮間帶、溼地及潟湖，海鳥及其他生物也回歸棲地，重新恢復為海岸自然的生態系。不但可成為自然與海岸人為開發地帶間的緩衝區，對減緩溫室效應，間接減少海岸變遷的衝擊也做出了貢獻。但這種作法大概在地廣人稀，海岸土地利用不密集的地區才較為可行。澳洲即為一例，在該國地廣人稀、風急浪大的南部海岸，幾乎不予干涉地讓海水的力量發威，造就出有多樣化的海崖、海蝕柱之美不勝收的大洋路侵蝕後退海岸(如圖17)。 圖17. 澳洲南部大洋路海岸有自然侵蝕後退造成多樣化的海崖與海蝕柱 工程防護的因應方法則大部份以硬體的建設為主，最常見的為： 1.構築砂場可緩衝波浪侵蝕(如圖18)，最常見但成本最高的是建造海堤加上消波塊，阻擋海浪並消弱波浪能量(如圖19)。 2.興建離岸堤、削弱海浪的力量，並在離岸堤與海堤或沙灘間增加沈積物的堆積。 3. 興建突堤則可調整海岸與波浪的侵入角度，降低波浪及沿岸流的能量降低侵蝕，並攔截漂沙(如圖20)。 4. 海灘及沙丘也可以設計編籬定沙或種植耐鹽的海岸植物穩定風吹沙及活動沙丘，減緩侵蝕與移動(如圖21)。 上述的硬體防護工程短期內雖可抵擋波浪的侵蝕，但堤趾會因波浪的反射，造成海堤前方的沖刷，常使前方的海灘消失。因此，在未來須長期面對氣候變遷威脅的海岸管理方式，最好是先評估非工程措施與工程防護兩者孰輕孰重，或讓海岸回歸自然平衡，才是今後解決海岸變遷問題的良方。 圖18. 桃園草漯沙丘海岸曾嘗試用砂場來減緩海岸侵蝕 圖19. 海岸後退常用硬體工法來處理，最常見的是海堤及消波塊(觀新藻礁海岸) 圖20. 宜蘭海岸後退，修建突堤來減緩 圖21. 桃園草漯沙丘海岸竹籬定沙，穩定風吹沙及活動沙丘，減緩侵蝕與移動 許民陽 臺北市立大學地球環境暨生物資源學系名譽教授

臺灣清領時期的降雪紀錄

文/林明聖 2016年1月下旬，霸王級（或稱帝王級）寒流席捲北半球，造成台灣多處地區降雪或霰，包括桃園市楊梅區，新北市新店區，苗栗縣南庄鄉……都有積雪的情形，當地的居民甚至表示「活到八十幾歲，從來沒看過下雪」，而陽明山鞍部甚至創下攝氏-3.7度的歷史低溫紀錄。 其實，台灣在歷史時期也是有降雪紀錄的，這些資料都詳實的留在史冊中。本文所要探討的臺灣清領時期，也有學者稱為清治時期或是清據時期，指的是自1683年大清康熙皇帝派遣施琅攻滅南明勢力東寧王國起，至1895年4月大清與日本簽訂《馬關條約》，臺灣本島與澎湖群島割讓予日本為止，共計212年。這一段時期的地方史記錄著曾經發生的降雪紀錄，而這些降雪紀錄和全球氣候變遷有密切的關係，本文將降雪紀錄分為早、中、晚三個時期，分別以詩作、地方史的交叉對比來說明。 清領初期的明清小冰期 《靖海紀事》中福建水師提督施琅在康熙22年（1683年）12月22日上奏的《為恭陳臺灣棄留之利害事》提到「其防守總兵、副、參、遊等官，定以三年或二年轉陞內地，無致久任，永為成例」。意思是說，為防止臺灣的官員擁兵自重，都是由清朝直接派遣短期來台，而這些來台的將領就將其所見所聞記錄在史冊之中，第一件讓他們驚奇的事情就是《雞籠積雪》。 《雞籠積雪》首次出現在高拱乾1694年所編纂的《臺灣府志》中，以下就來看看這些來台官員眼中的基隆積雪。 王璋《雞籠積雪》詩中提到：「雪壓重關冷，江天儼一新。乍疑冰世界，頓改玉精神。瘠壤皆生色，空山不染塵。寒光如可借，書幌歷冬春」。王璋字昂伯、顒伯，惠北仙塘鋪沙格人，康熙22年（1683年）遷居入籍臺灣府台南縣鳳山。康熙34年（1695年），高拱乾力薦王璋為《臺灣府志》的主撰人，此詩收集於《臺灣府志》。 王善宗《雞籠積雪》詩中提到：「雞籠一派海汪洋，寒氣相侵曠野涼。冬至絮飄深谷裏，玉龍戰退耐風霜」。王善宗是山東諸城人，康熙29年（1690年）來臺，擔任臺灣水師協左營守備之職，此詩收集於《臺灣府志》。 齊體物《雞籠積雪》詩中提到：「蠻島亦飛雪，玲玲徹玉壺。經年寒不已，見月影俱無。積素疑瑤圃，高空似畫圖。惟於炎海外，方覺此山孤」。齊體物，號誠菴，滿州人，漢軍正黃旗，康熙30年（1691年）由漳州海防同知調任臺灣府海防捕盜同知，此詩收集於《臺灣府志》。 林慶旺《雞籠積雪》詩中提到：「冰壺九曲通，粉隊市郊同。雞聲聞社北，籠影照牆東。藕絲垂地上，玉屑落天中。柳絮隨風起，清肌賞太空」。林慶旺1695年上任臺灣府儒學教授，隸屬於臺灣道臺灣府，此詩收集於1694年高拱乾編的《臺灣府志》。 這五首《雞籠積雪》詩都出自臺灣最早的地方志《臺灣府志》，應該都是他們親身的所見所聞。 究竟這段時間有沒有降雪紀錄呢？根據陳壽祺的《福建通志臺灣府》有「癸亥（1683年），11月，雨雪，是夜冰堅厚寸餘，冰雪臺灣從來未有」；蔣毓英的《臺灣府志》：「冬十一月，雨雪。是夜冰堅厚寸餘。從來臺灣無雪無冰，此異事也」；高拱乾的《臺灣府志》「冬，始雨雪，冰堅厚寸餘」；周鍾瑄的《諸羅縣志》「冬十一月，始雨雪，冰堅厚寸餘（諸羅有霜無雪）」；陳文達的《臺灣縣志》「癸亥，冬，雨雪！」；尹士俍的《臺灣志略》「惟康熙癸亥歲，鄭氏歸誠，是冬十一月，臺郡大雪，冰厚寸許。載筆者謂：此地舊無冰雪，今忽見之，乃地氣自北而南，瑞雪應運而降」……，這些在在都說明著施琅攻滅南明的1683年，正降著大雪，這也是後來所有史冊記錄的《雞籠積雪》。 這一次的降雪範圍遍及大陸湖南、山西、福建、廣東，甚至海南各地，降雪相當的廣泛，學者稱為明清小冰期（Little Ice Age, LIA），對比於全球氣候變遷，則可對應到蒙德爾太陽活動極小期（Maundar Minimum, 1645-1715）。 清領中期的無夏之年 接下來看看清領中期的詩作。章甫的《半崧集》中收錄《雞籠積雪》詩，詩中寫到：「積素江城望眼賒，天然瓊島水之涯。誰云海外三冬景，卻少雲中六出花。遜白梅魂塵不染，斷靑山色玉無瑕。朝霜夜月渾留影，一片寒光萬里遐」。 章甫（1760-1816），字文明，號半崧，本身是臺灣縣人。嘉慶四年（1799）歲貢，三次渡海赴試，皆不中，於是設教於里中，在1816年出版《半崧集》。假設這是他親眼所見，年代必然在1816年之前。 接著看看楊桂森的《獨坐》：「旅舘寂無事，冬寒晝亦長。地偏雪嫌入，境俗梅收香。冷避甌茶淡，愁難魯酒忘。書中三味有，開卷且評商」。 楊桂森，原名汝達，字蓉初，雲南石屏州人。嘉慶15年（1810年）正月任職彰化知縣。嘉慶17年（1812年）二月，兼署任臺灣府北路理番鹿仔港海防捕盜同知，同年以終養離任。此詩收錄於1832年出版的《彰化縣志》，也就是說，如果這場雪是他的親身經歷，必然發生在1810年之後。 這段時間發生了什麼事呢？根據《淡水廳志稿》、《淡水廳志》、《苗栗縣志》都記載著1815年「冬十二月雨雪，冰堅寸餘」；而《彰化縣志》則記載著「二十一年冬十二月，有冰」。嘉慶21年為1816年，可見得此時臺灣極有可能降雪。 因為受到1815年印尼坦博拉（Tambora）火山爆發的影響，北半球天氣出現的嚴重反常。歐洲、北美洲及亞洲都出現災情，夏天出現罕見低溫；全球農業生產受到嚴重的影響，因此將1816年稱為無夏之年（The Year without Summer），再加上這段期間剛好可以對應到道爾頓太陽活動極小期（Dalton Minimum 1795-1825），全球寒冷，雪上加霜。 清領末期的世紀寒潮 最後來看看清領末期的詩作。林占梅的《衝寒由小徑入霄裏》寫道：「官道纔過小徑連，嚴冬無雨亦森然；新晴雲腳如拖帛，積雪山頭若蓋氈。風逆寒鴉難到樹，途長羸馬忍加鞭！輿中鎮日垂簾臥，悶極看書又幾篇」。這裡的霄裡指的是桃園市八德區的霄裡和竹圍。 林占梅，字雪村，號鶴山，生於1821年，竹塹城，同治四年（1865年）死去。這首詩收錄於他的詩集《潛園琴餘草》。 再來看看劉明燈最知名的「金字碑」，碑上刻著：「雙旌遙向淡蘭來，此日登臨眼界開。大小基隆明積雪，高低雉堞挾奔雷。穿雲十里連稠隴，夾道千章蔭古槐。海上鯨鯢今息浪，勤修武備拔良才」；劉明燈（1838-1895），字照遠，號簡青，湖南大庸人，同治五年（1866年）任臺灣總兵。1868年任甘南提督。同治六年（1867年）題詩於三貂嶺岩壁，令匠師刻字並貼金箔於上，稱為金字碑。 楊浚的《雞嶼晴雪》則寫著：「三千銀界望嵯峨，如此災方奈冷何。天為重關消瘴癘，我從殘碣一摩挲。鑿壞安得山能語，漏網真愁水不波。曾說聞雞先見日，更無人借魯陽戈」。楊浚，福建晉江人，1869年來臺，為板橋林本源家庭教師，同知陳培桂聘纂《淡水廳志》，1870廳志甫成，因家遭祝融，匆匆歸里。此詩收錄於《淡水廳志》。 林逢原的《屯山積雪》寫道：「絕頂斜煙淡夕曛，飛來玉屑竟紛紛。不圖四序原多雨，誰信連朝欲釀雲。古木噤鴉棲墨堞，空山踏鹿認冰紋。少陵西嶺千秋句，移贈山靈總莫分」。這首詩同樣收錄於《淡水廳志》。 馬清樞的《台陽雜興》提到「仙桃高對佛桑紅，花信難憑二十四風。百合奇香收鹿港，千年積雪望雞籠。禦冬蓄旨腌番蒜，佔歲豐穰驗刺桐。生性渾渾偏嗜飲，竹筒釀酒學郫筒」。馬清樞（子翊）福建侯官人，光緒元年（1875年）任臺灣府學教諭，這首詩收錄在光緒七年（1881年）的《臺灣雜詠合刻》中。 這些詩都說明著清領末期，臺灣還有一波冷期，而地方史記載又是如何呢？ 陳培桂的《淡水廳志》提到：「（1857年）春正月，大雪，屯山積幾尺」；沈茂蔭《苗栗縣志》提到1857年「春正月，大雪」。 不但如此，這段時間還有夏日下雪的「六月雪」記載。《台陽見聞錄》提到：「六月廿八、廿九日〔西曆1875年7月30、31日〕，〔八通關〕嚴霜兩夜，次日，雨雪交霏」，雖說是八通關地區地勢偏高，但六月雪畢竟還是少見。更有《雲林採訪冊》和《嘉義管內採訪冊》都提到：「光緒六年六月初三日〔西曆1880年7月9日〕，大雨雪」的紀錄，可見當時氣候的寒冷。 這段時間最冷的記載則是1892年冬天，《樹杞林志》（竹北）記載著：「光緒十八年冬，大雪連下三日，平地高丈餘，深山中尤甚。樹梢堆積，斷者無算」；《苗栗縣志》記載著：「冬十一月，大雪。十二月朔，復大雪」；《雲林縣採訪冊》的布嶼西堡（雲林崙背）：「光緒十八年十二月大雪，五穀、豬、羊多凍死」；《嘉義館內採訪冊》的打貓西堡（今嘉義新港）：「光緒十八年……。十二月，雪下數寸，六畜凍死」。 《金門縣誌》記載著：「光緒十八年至二十四年間〔1892-1898年〕，浯島〔金門〕連年風霜雨雪」，「光緒十八年，十二月初旬，雨雪三日，為年少者所未見」。 《澎湖廳志》記載：「光緒十八年十一月，天大寒，內地金門、廈門大雪盈尺，為百年來所未見，澎雖無雪，奇寒略相等」；《澎湖廳志稿本》寫著：「十一月杪，天氣苦寒異常，街市皆閉戶，幾絕買賣。是月二十八、九日，內地金門、廈門下大雪盈尺，為百年來所未經見者。澎雖無雪，而奇寒則相等云」。 《恆春縣志》更是寫著：「光緒壬辰冬十月丙子初更，始而微風細雨，繼聞有錯落之聲，視之則雪子也。……。設縣幾二十年，始得一見」。 《鳳山縣采訪冊》也是清楚地寫著：「首先阿猴矣，次及萬丹；繼而東港矣，終及港裏〔今阿里港四處……〕。麻衣被體，剛逢雨雪霏霏〔是冬嚴寒，下雨如雪，逃難貧民有以麻布袋為衣者〕」。 連濁水溪以南平原地區的崙背和新港，甚至屏東萬丹、東港都冷成這種程度，說是臺灣史上最冷的一天，也不為過。尤其在北部的桃、竹、苗一帶更是連降三天暴雪，山區林木遭到冰雪重壓枯折，新竹市區街道大雪難行，鐵路在桃園市龜山區的龜崙嶺段更因積雪過深而中斷。這一波的東亞寒潮，更被學術界稱為「世紀寒潮」。 介於副熱帶與熱帶之間的台灣，仍然受到全球變遷的影響而降雪；無論是太陽活動，或是火山噴發，都會改變台灣的氣候。由地方史與詩作中詳細比對，不管是清領之初的明清小冰期，清領中期的無夏之年，還是清領末期的世紀寒潮都一一顯現出來，為全球變遷的紀錄添上一筆證據。有興趣的讀者，不妨以「明清小冰期」、「無夏之年」、「世紀寒潮」、「霸王級寒流」為關鍵字，你將會對台灣的降雪紀錄有更深一層的了解。 圖片來源 封面圖片來源：臺灣總督府,上海申報 林明聖 臺北市立大學地球環境暨生物資源學系副教授 Department of Earth and Life Science, University of Taipei