海面升降與 海岸地帶的命運

1. 海面升降與海岸地帶的命運

2. 敏感的海岸地帶人類的棲地 • 自文明初始以來，人類群居於海岸地帶。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。科技發達的今日，全世界仍有50％的人口，居住在距海濱50公里內的海岸地區

3. 敏感的海岸地帶:生物生產力最高的生態系 • 海岸平原及近海地區棲息著豐富的動植物，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。海濱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。 • 臨岸的海域盛產魚、蝦、蟹、貝，漁獲量佔全球90％。

4. 人類對海岸地帶的開發及人為干擾 • 海岸污染、濫捕、過漁（overfishing），溼地破壞、漂砂、淤積、侵蝕、海岸遷移等 • 海岸的各種物理、化學、生物及地質作用彼此相關，環環相扣，遷涉到陸地、淡水、海水、大氣乃至水底各部份。 • 海岸地帶有其先天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的改變，地下水的抽取，海濱植物相的變遷，底棲生物的演替都能改變海岸線的位置與地景，而改變其屏障風浪，抵擋海水入侵的功能。

5. 上升的海面與沉陷的海岸 • 數據顯示過去100年來，海水面以平均每年1～2mm速率緩緩上升 • 2100年，海水面可能比現在高58cm • 人為的作用使海岸地區持別容易成為受害地區 • 抽用地下水、石油而使地層下陷 • 河川上游建水庫，採砂石使河川輸砂量減少，使海岸線倒退。 • 過去四十年，全球建超過15000座的大型水壩，調節了陸上15％的逕流，同時也阻礙了河川輸送砂石的自然平衡。據統計，美國的密西西比河的輸砂入海的量，一世紀來己經減少了85％，致使河口三角洲每年以2cm的速率沉陷。

6. 美國八個海港的長期潮測記錄

7. 影響海水面升降的因素 • 長時間尺度 • 地殼板塊運動 • 短時間尺度 • 潮汐現象

8. 均衝作用 • 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向其他位置流開；當冰層溶化後，地函物質則回復流入，形成補償作用 • 北半球中高緯度地帶的冰原大規模融化，向後撤退，原本陸地上數千公尺的冰層一旦撤除，受壓地區呈現一種緩慢回彈的現象

9. 全球海水面的變化

10. 以近十數萬年來看，全球海水面變化的幅度超過一百二十公尺 • 自6000年前迄今，海水面上升速率平緩，每千年約上升一公尺，每百年近似於十公分

11. 全球海面上升的原因 • Baltuck, et al 、Nydick et al認為近百年溫室氣體的排放無關，自中世紀以來，上升的速度恆定，近百年並沒有特別加速的現象 • 近數萬年而言，冰川的增長或減縮是導致使海水面升降起伏的重要原因，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 • 格陵蘭與南極的冰原全部融解，全球絕對海水面將升高60公尺 • 西部南極冰川非常穩定，不會在短時間內融化崩解，造成海水面上升。而過去百年來，南極及格陵蘭冰川融化的水所造成的海平面上升之幅度為0～18公分

12. 長期海水面變遷對海岸的影響 • 近兩萬年來的海水面上升120公尺，其對海岸地帶的衝擊十分巨大 • 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，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。

13. 長期海水面變遷對海岸的影響 • 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，海浪花打在古堡邊；三百年後的今年，海岸線已在5公里之外。 • 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；而現今特洛伊已是一個離海6公里的「內地」城市了。

14. 海水面會繼續上升嗎？ • 過去一百年來，全球平均海水面上升約十四公分。同時期中，平均氣溫上升了0.6℃，大氣中CO2濃度及CH4濃度也都上升了。這三者是否相關連呢？溫室氣體增加是否已造成全球暖化，造成冰川融化，導致海水面上升呢？

15. 歐洲及冰島的谷地冰川（valley glaciers）的後撤歷程

16. 全球暖化也使得海水變暖

17. 其他作用 • 人為干擾水循環所產生的影響 • 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 • 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。 • 學者估算，過去100年來，人為用水使海面上升約12公分(Sahagian et al., 1994)

18. 未來海面變化的預測

19. 實際造成海面上升的原因? • 全球暖化似乎會造成南極洲及格陵蘭地區冰川融化，而導致海水面上升，這是很自然的直覺的想法，然而，實情是如此嗎？ • 溫度上升可能反而使兩極的冰原增長，使海水面下降? • 南極冰岩心的研究顯示，在過去15萬年中，極區上空的氣溫越高，降雪量越大

20. 溫度上升可能反而使兩極的冰原增長，使海水面下降?溫度上升可能反而使兩極的冰原增長，使海水面下降? • 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。 • 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谷地冰川的融化，海水水溫上升的熱脹效果及人類抽取的地下水而排放入海所致。

21. 未來海水面上升對海岸地帶的衝擊 • 海水面上升的直接衝擊 • 海水面上升20公分，中國大陸沿海將有110萬公頃 • 50公分的海水面上升，則將淹沒孟加拉10萬公頃的土地 • 1/3的海水面上升量已不可避免（到2100年約上漲20公分），而其餘的2/3上漲幅度（40公分），則可由減少溫室氣體排放等措施而避免

22. 台灣海岸地帶的命運-1 • 台灣多山與丘陵，海岸及平原地帶是人口密集、產業發達的經濟命脈所在。 • 台灣西部海岸為人口最密集、人為衝擊最大的地區，自1904至1975年近七十年的變遷主要為 • 靠近潟湖的內側海岸因堆積而向西前進 • 離島沙洲因沙供給量減少，沙洲向陸移動，面積亦逐漸減少 • 1980年代以後，台灣西南及宜蘭之蘭陽平原海岸皆因抽取地下水而有明顯地層下陷的情況，1950年代以來主要河川遍築水庫，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。

23. 台灣海岸地帶的命運-2 • 台灣地區海平面的上升幅度將與世界平均值相同，但是，台灣的低窪地區，如西部沖積平原和宜蘭平原尚有超抽地下水而導致地層下陷的問題，兩者綜合起來的效果，60年後相對海平面即可上升1公尺 • 台灣西部之潮埔地平均之近岸坡度1/1000 ，海水面每上升1公分，海岸線將後退10公尺，簡單的估算，到2050年時，台灣西部海岸線向陸上退卻達1公里。

24. 台灣海岸地帶的命運-3 • 抬高波浪，影響潮汐系統，增加暴潮高度，從而影響到海岸侵蝕的速度與位置 • 海岸侵蝕（erosion）、洪氾（flooding）、鹽水入侵 • 波浪摩擦海底損失的能量較原先為少，「淺化效應」減低，波浪的能量將直接衝擊自然海灘及海堤，增加侵蝕的能量 • 根據模式估算，海水面增高1公尺，波高及暴潮增加的幅度均各增加5公分。由於侵蝕的能量與波高的平方成正比，因此海岸的防波成本將隨之成倍增加。

25. 波高及暴潮增加 • 「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 • 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

26. 鹽水（海水）入侵河流及海岸地帶地下水體 • 地下水鹽度增加，土壤鹽化。海水面上升後河口地區的進潮錐體（tidal prism）增大，海水與河岸土壤接觸面積增加，海水面相對於地下水面的高度增加，距離縮短，則海水入滲到地下水體變得更容易。 • 海水面上升1公尺，將使荷蘭海岸地區海水滲透量增加10％。 • 台灣西南海岸因長期大量抽取地下水，導致層下陷，亦增加海水向地下水體滲透的壓力梯度，事實上某些地區已有地下水鹽化的現象。

27. 因應對策? • 台灣地區因平原地區有限，市鎮土地成本高漲，開發海埔新生地及興建海濱和離島工業區成為經濟誘因下不得不然的政策走向，然而，海平面上升的趨勢似乎已難以避免，海岸防護工程雖能一時解決短期之海岸災害問題，但就更長期的維修成本、社會成本及預期效益的增損，亟需更長期的監測研究及更宏觀的評估、檢討。

28. 海岸地區海陸交互作用計劃 • 海陸之間物質與能量的交換 • 碳通量及微量氣體的排放 • 海平面升降的影響 • 海岸地帶變遷的人文面向