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研究生:田維婷
研究生(外文):Waiting Tien
論文名稱:氣候變遷對台灣地區地表水文量之影響
論文名稱(外文):The effect of climate change on the land hydrologic cycles in Taiwan
指導教授:李明旭李明旭引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:水文所
學門:自然科學學門
學類:地球科學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2003
畢業學年度:91
語文別:中文
論文頁數:105
中文關鍵詞:平衡試驗情境漸變試驗情境溫室效應氣候變遷極端化地表水文量
外文關鍵詞:climate changeglobal warmingland hydrologyscenarios
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I
摘要
因為溫室效應的關係,全球氣溫正逐漸上升中,溫度升高會造成氣候
系統的變異,進而對水文循環造成影響,如降雨的改變、蒸發散加強、逕
流和土壤水分減少等,甚至極端的天氣事件如乾旱、洪水的發生頻率加大,
如此一來,全球勢將面臨極嚴苛的水資源及環境問題,身處其中的台灣亦
不例外。
因此為了更加了解氣候變遷對於台灣地區的地表水文量的影響,本研
究先建立一水收支平衡模式,根據經濟部水利署之水資源分區,計算各分
區內之降雨、逕流、蒸發散與地下水入滲等主要水文分量,配合不同氣候
變遷預設情境的輸出值,模擬未來受氣候變遷影響下台灣地區之降雨量、
逕流量、蒸發散量和入滲量之可能變化。透過考量數種不同的氣候變遷預
設情境,主要是為了使結果能互相比較並提供未來的水文研究進一步之參
考價值。
本研究分析結果如下,目前台灣本島平均年降雨量約為928 億噸,蒸
發散量為314 億噸,地表逕流量為414 億噸,地下水入滲量為200 億噸。
本研究在受氣候變遷衝擊部分顯示,雖然不同模式間預測值有差異,然大
部分案例顯示降雨與逕流有極端化之現象。台灣地區之地下水入滲量以長
時間來看有漸減的趨勢。
Due to greenhouse effect, the gradual increase of temperature has been
found to be an important factor changing the global climate. The possible
outcomes of climate change will be the increase of precipitation, surface runoff,
and evapotranspiration, the decrease of soil moisture, and the high frequency of
extreme weather events, such as floods and droughts. However, the results at a
global scale may not reflect the outcome in regional scale, or in an even smaller
scale like the island of Taiwan. Therefore, it is worthwhile studying the effect
of climate change on the hydrologic cycle in Taiwan.
In order to effectively estimate the impact of climate change on land
hydrology in Taiwan, a simple water balance model is developed to account for
precipitation, evapotranspiration, surface runoff, and groundwater infiltration of
the land hydrologic cycle. Under different climate change scenarios, it is
applied to access the impacts of climate change on these land hydrologic
processes. Daily temperature and precipitation are major input data required
for this study, while landuse conditions is used to account for land surface
roughness. A total of nine climate change scenarios is applied to project
possible climate variations in the future.
Under current climate condition, the mean annual precipitation is around
928 billion tons, evapotranspiration is 314 billion tons, surface runoff is 414
billion tons, and groundwater infiltration is 200 billion tons in Taiwan. The
simulation results indicate that: Although predictions by different GCMs or
region climate model are different, the trend of more extreme precipitation and
surface runoff can be seen in most cases. Since groundwater infiltration is
closely related to evapotranspiration, surface runoff, and rainfall, the amount of
groundwater infiltration in Taiwan has a great possibility to gradually decrease
under the impact of climate change.
摘要.................................................................................................................... I
Abstract .............................................................................................................II
目錄................................................................................................................. III
圖目錄.............................................................................................................. V
表目錄.......................................................................................................... VIII
第一章序論................................................................................................... 1
1.1 研究動機..................................................................................................... 1
1.2 研究目的..................................................................................................... 2
1.3 研究流程..................................................................................................... 4
第二章文獻回顧........................................................................................... 5
2.1 氣候變遷預設情境..................................................................................... 5
2.2 台灣地區水文特性..................................................................................... 6
2.2.1 降雨量.............................................................................................. 6
2.2.2 逕流量.............................................................................................. 6
2.2.3 蒸發散量.......................................................................................... 6
2.2.4 地下水入滲量.................................................................................. 7
2.3 水資源量之衝擊......................................................................................... 7
2.4 水文量之估算............................................................................................. 9
第三章研究方法......................................................................................... 10
3.1 預設情境之設立與應用........................................................................... 10
3.1.1 平衡試驗情境................................................................................ 11
3.1.2 RSM 預設情境.............................................................................. 12
3.1.3 SRES 預設情境............................................................................. 13
3.1.4 氣象資料合成模式........................................................................ 16
3.2 水文模式................................................................................................... 18
3.2.1 水平衡模式.................................................................................... 18
3.2.2 降雨分析........................................................................................ 20
3.2.3 逕流推估........................................................................................ 25
3.2.4 蒸發散量........................................................................................ 26
第四章模擬結果......................................................................................... 28
4.1 歷史資料................................................................................................... 28
4.2 現況氣候條件........................................................................................... 41
4.3 各項水文分量受氣候變遷之影響.......................................................... 48
4.4 模擬結果比較........................................................................................... 58
4.5 分析方法與估算結果準確性之檢討...................................................... 61
第五章結論與建議..................................................................................... 85
參考文獻......................................................................................................... 88
附錄A 氣候變遷情境相關資料................................................................... 90
附錄B 水文模式相關資料......................................................................... 101
圖目錄
圖1-1 水文循環示意圖................................................................................... 2
圖1-2 1860~2000 年(過去140 年),全球平均溫度的年平均變異............. 3
圖1-3 北半球西元1000~1999 年(過去1000 年)之溫度分析資料.............. 3
圖1-4 研究流程............................................................................................... 4
圖3-1 氣候變遷影響研究流程..................................................................... 10
圖3-2 RSM0/RSM1/RSM2 區域氣候模式系統的模擬的區域和網格...... 12
圖3-3 SRES 四個情境族............................................................................... 15
圖3-4 各種SRES 情境與IS92 情境之不同溫室氣體排放........................ 16
圖3-5 全省水源資分區圖............................................................................. 19
圖3-6 全省選用雨量站分佈圖..................................................................... 23
圖3-7 全省選用雨量站分佈及其徐昇氏面積圖......................................... 24
圖3-8 臨前五天降雨量對應曲線CN 值圖.................................................. 25
圖4-1 台灣降雨量分佈(1980~1998) ............................................................ 34
圖4-2 全省北、中、南、東、四區降雨量................................................. 35
圖4-3 全省北、中、南、東、四區逕流量................................................. 35
圖4-4 全省北、中、南、東、四區蒸發散量............................................. 36
圖4-5 全省北、中、南、東、四區地下水入滲量..................................... 36
圖4-6 台灣地區豐枯水期降雨量百分比圖................................................. 37
圖4-7 台灣地區豐枯水期逕流量百分比圖................................................. 37
圖4-8 台灣地區豐枯水期蒸發散量百分比圖............................................. 38
圖4-9 台灣地區豐枯水期地下水入滲量百分比圖..................................... 38
圖4-10 全省四區豐水期各水文量值佔降雨量百分比............................... 40
圖4-11 全省四區枯水期各水文量值佔降雨量百分比............................... 40
圖4-12 現況模擬降雨量分佈圖................................................................... 44
圖4-13 現況模擬逕流量分佈圖................................................................... 44
圖4-14 現況模擬之蒸發散量分佈圖........................................................... 45
圖4-15 現況模擬地下水入滲量分佈圖....................................................... 45
圖4-16 台灣地區現況模擬降雨量於豐枯水期的百分比圖....................... 46
圖4-17 台灣地區現況模擬逕流量於豐枯水期的百分比圖....................... 46
圖4-18 台灣地區現況模擬蒸發散量於豐枯水期的百分比圖................... 47
圖4-19 台灣地區現況模擬地下水入滲量於豐枯水期的百分比圖........... 47
圖4-20 平衡試驗情境降雨量比較圖........................................................... 63
圖4-21 SRES-A2 預設情境降雨量比較圖.................................................. 63
圖4-22 SRES-B2 預設情境降雨量比較圖................................................... 64
圖4-23 平衡試驗情境逕流量比較圖........................................................... 64
圖4-24 SRES-A2 預設情境逕流量比較圖.................................................. 65
圖4-25 SRES-B2 預設情境逕流量比較圖................................................... 65
圖4-26 平衡試驗情境蒸發散量比較圖....................................................... 66
圖4-27 SRES-A2 預設情境蒸發散量比較圖.............................................. 66
圖4-28 SRES-B2 預設情境蒸發散量比較圖............................................... 67
圖4-29 平衡試驗情境地下水入滲量比較圖............................................... 67
圖4-30 SRES-A2 預設情境地下水入滲量比較圖...................................... 68
圖4-31 SRES-B2 預設情境地下水入滲量比較圖...................................... 68
圖4-32 GCM 平衡試驗情境下豐水期之水文分量增減百分比................. 79
圖4-33 GCM 平衡試驗情境下枯水期之水文分量增減百分比................. 79
圖4-34 RSM 平衡試驗情境下豐水期之水文分量增減百分比................. 80
圖4-35 RSM 平衡試驗情境下枯水期之水文分量增減百分比................. 80
圖4-36 SRES-A2 試驗情境下豐水期之水文分量增減百分比.................. 81
圖4-37 SRES-A2 試驗情境下枯水期之水文分量增減百分比.................. 81
圖4-38 SRES-B2 試驗情境下豐水期之水文分量增減百分比.................. 82
圖4-39 SRES-B2 試驗情境下枯水期之水文分量增減百分比.................. 82
圖4-40 氣候變遷預設情境下各分區之降雨量衝擊................................... 83
圖4-41 氣候變遷預設情境下各分區之逕流量衝擊................................... 83
圖4-42 氣候變遷預設情境下各分區之蒸發散量衝擊............................... 84
圖4-43 氣候變遷預設情境下各分區之地下水入滲量衝擊....................... 84
表目錄
表3-1 台灣四大水資源分區......................................................................... 19
表3-2 各區雨量站權重................................................................................. 20
表3-3 選用雨量站站況表(取用年限:1980~1998)............................... 21
表3-4 生長期、休耕期之AM1 與AM2 值................................................ 25
表4-1 全省四分區歷年平均水文估算總量................................................. 28
表4-2 水利署降雨量估算結果比較............................................................. 29
表4-3 全省四區各月份平均降雨量............................................................. 32
表4-4 全省四區各月份平均逕流量............................................................. 32
表4-5 全省四區各月份平均蒸發散量......................................................... 33
表4-6 全省四區各月份平均地下水入滲量................................................. 33
表4-7 全省四區各項水文量值佔降雨量百分比......................................... 39
表4-8 全省四區在豐水期各項水文量值佔降雨量百分比......................... 39
表4-9 全省四區在枯水期各項水文量值佔降雨量百分比......................... 39
表4-10 全省四區現況模擬各月份平均雨量............................................... 42
表4-11 全省四區現況模擬各月份平均逕流量........................................... 42
表4-12 全省四區現況模擬各月份平均蒸發散量....................................... 43
表4-13 全省四區現況模擬各月份平均地下水入滲量............................... 43
表4-14 現況模擬全省四分區估算結果....................................................... 48
表4-15 CCCM 模式全省四分區估算結果................................................... 48
表4-16 GFDL 模式全省四分區估算結果.................................................... 49
表4-17 GISS 模式全省四分區估算結果..................................................... 49
表4-18 97V-RSM0 模式全省四分區估算結果............................................ 49
表4-19 97V-RSM1 模式全省四分區估算結果............................................ 50
表4-20 97V-RSM2 模式全省四分區估算結果............................................ 50
表4-21 長期A2-CGCM 模式全省四分區估算結果................................... 50
表4-22 中期A2-CGCM 模式全省四分區估算結果................................... 51
表4-23 短期A2-CGCM 模式全省四分區估算結果................................... 51
表4-24 長期A2-HADCM3 模式全省四分區估算結果.............................. 51
表4-25 中期A2-HADCM3 模式全省四分區估算結果.............................. 52
表4-26 短期A2-HADCM3 模式全省四分區估算結果.............................. 52
表4-27 長期A2-CSIRO 模式全省四分區估算結果................................... 52
表4-28 中期A2-CSIRO 模式全省四分區估算結果................................... 53
表4-29 短期A2-CSIRO 模式全省四分區估算結果................................... 53
表4-30 長期B2-CGCM 模式全省四分區估算結果................................... 53
表4-31 中期B2-CGCM 模式全省四分區估算結果................................... 54
表4-32 短期B2-CGCM 模式全省四分區估算結果................................... 54
表4-33 長期B2-HADCM3 模式全省四分區估算結果.............................. 54
表4-34 中期B2-HADCM3 模式全省四分區估算結果.............................. 55
表4-35 短期B2-HADCM3 模式全省四分區估算結果.............................. 55
表4-36 長期B2-CSIRO 模式全省四分區估算結果................................... 55
表4-37 中期B2-CSIRO 模式全省四分區估算結果................................... 56
表4-38 短期B2-CSIRO 模式全省四分區估算結果................................... 56
表4-39 各項水文分量改變情形................................................................... 69
表4-40 二十四種氣候變遷模式各水文分量變化趨勢............................... 70
表4-41 各分區降雨量佔豐枯水期百分比................................................... 71
表4-42 各分區逕流量佔豐枯水期百分比................................................... 73
表4-43 各分區蒸發散量佔豐枯水期百分比............................................... 75
表4-44 各分區地下水入滲量佔豐枯水期百分比....................................... 77
附表A-1 各氣象站對應各GCMs 輸出之格點........................................... 90
附表A-2 CCCM 格點情境............................................................................ 91
附表A-3 GFDL 格點情境............................................................................. 91
附表A-4 GISS 格點情境............................................................................... 92
附表A-5 RSM0-97V 之預設情境................................................................. 92
附表A-6 RSM1-97V 之預設情境................................................................. 93
附表A-7 RSM2-97V 之預設情境................................................................. 94
附表A-8 A2-CGCM1 模式輸出之短期、中期、長期預設情境(降雨比值)
......................................................................................................................... 95
附表A-9 A2-CGCM1 模式輸出之短期、中期、長期預設情境(溫度差值)
......................................................................................................................... 95
附表A-10 A2-HADCM3 模式輸出之短期、中期、長期預設情境(降雨比值)
......................................................................................................................... 96
附表A-11 A2-HADCM3 模式輸出之短期、中期、長期預設情境(溫度差值)
......................................................................................................................... 96
附表A-12 A2-CSIRO-Mk2 模式輸出之短期、中期、長期預設情境(降雨比
值) ................................................................................................................... 97
附表A-13 A2-CSIRO-Mk2 模式輸出之短期、中期、長期預設情境(溫度差
值) ................................................................................................................... 97
附表A-14 B2-CGCM1 模式輸出之短期、中期、長期預設情境(降雨比值)
......................................................................................................................... 98
附表A-15 B2-CGCM1 模式輸出之短期、中期、長期預設情境(溫度差值)
......................................................................................................................... 98
附表A-16 B2-HADCM3 模式輸出之短期、中期、長期預設情境(降雨比值)
......................................................................................................................... 99
附表A-17 B2-HADCM3 模式輸出之短期、中期、長期預設情境(溫度差值)
......................................................................................................................... 99
附表A-18 B2-CSIRO-Mk2 模式輸出之短期、中期、長期預設情境(降雨比
值) ................................................................................................................. 100
附表A-19 B2-CSIRO-Mk2 模式輸出之短期、中期、長期預設情境(溫度差
值) ................................................................................................................. 100
附表B-1 各土地利用類型在不同土壤類別下之CN2 值........................ 101
附表B-2 各土地利用型態在全省四大分區百分比................................. 101
附表B-3 台灣每月平均日照時數(hr) ....................................................... 101
附表B-4 台灣每月平均日溫(℃)............................................................... 102
附表B-5 常年作物之蒸散係數表............................................................. 102
附表B-6 稻米之月對應蒸散係數表......................................................... 103
附表B-7 主要農作物之各月份蒸發散係數............................................. 103
附表B-8 五大農作物在各水資源區面積百分比..................................... 104
附表B-9 農業用地在各水資源區各月份之蒸散係數值......................... 104
附表B-10 各水資源分區土地利用型態面積百分比表............................ 105
附表B-11 各水資源區各月份蒸散係數值................................................. 105
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