氣候變遷的沖擊:氣候變遷對生態的沖擊

工業革命以來,人類的活動大量增加了溫室氣體的排放,土地利用型態改變,大氣組成明顯變化,使溫室效應逐漸嚴重,全球暖化日益明顯。而氣溫升高,降雨模式產生變化,水災、乾旱、風災等異常氣候發生的強度與頻率改變,海平面的上升,涌昇流與洋流模式的改變等氣候變遷現象,化已直接或間接地影響到自然生態系統。

生態系是一個具有階層性的複雜系統,各個層級內、層級與層級之間都具有錯綜複雜的交互作用關係。這種開放性的系統,會與外在環境和氣候連結,并互相影響。因此,氣候暖化對生態系的沖擊,會藉由這些交互作用造成影響。最后,這些生態系統的改變也會反向回饋,影響大氣的組成與氣候的狀況。

生態系提供許多資源與服務,如食物、纖維、燃料、清潔的水與空氣等資源,以及水土保持、防洪、維持生物多樣性、休閑娛樂等服務。這些資源與服務都是人類生存發展所必需,也難以用其他人工方法或系統取代。在氣候變遷的沖擊下,生態系功能的喪失、資源與服務的減少,都會直接影響到人類的永續發展。

中國臺灣是個小島,生態上極為脆弱,容易受到擾動,在國土維護或復育上,比大陸型的相似區域困難許多。而且許多生態環境、生物多樣性與自然資源,一旦遭受破壞,就很難復原。在氣候變遷的壓力下,島嶼生態系受到的沖擊將更為顯著,能採取的因應對策,也因為腹地受限,將更危險、更困難。

雖然中國臺灣面積小,但地形變化複雜,高山林立,生態系多樣性高,動、植物種類繁多,特有種生物也多。由于氣候上包含熱、暖、溫、寒,研究者認為中國臺灣擁有的生態環境正是北半球生態系的縮影。在整個地球上,中國臺灣是一個很值得保育的區域。

已發現的改變

氣候變遷已對氣候與環境因子產生影響,這些變化有逐漸加速與漸趨嚴重的態勢。在 20 世紀,全球平均氣溫上升攝氏 0.6±0.2 度,地表受冰、雪覆蓋的區域減少,1960 年代后期以來,全球受覆蓋的面積減少了約 10%。在降雨方面,20 世紀中,北半球中高緯度和赤道地區,分別以每 10 年 0.5 ~ 1% 和 0.2 ~ 0.3% 的速率增加,但在亞熱帶地區則普遍減少,速率約每 10 年減少 0.3%。在溫度與降雨的作用下,海平面上升成為嚴重的威脅,在過去的百年里,全球平均海平面升高 0.1 到 0.25 公尺。

氣候變遷造成生態系統改變的環境因子,主要是來自溫度上升、降雨型態與分布的改變、海平面上升、紫外線增加、二氧化碳濃度增加、水質改變、極端氣候頻率與嚴重性的增加等。環境因子的改變,更造成生態系統的變遷,國外的統計顯示,超過80%的物種,從軟體動物到哺乳動物、禾草到樹木,都有一些明顯的改變,顯示氣候變遷對生態系統產生影響,且範圍廣大。

以下從陸域、淡水和沿岸生態系,說明已觀察到的變化。

陸域生態系

陸域生態系包含豐富多樣的類型,在氣候變遷下,生物可能因而消失或改變其分布,在族群數量上也會有明顯的改變。這種改變直接造成生物群聚內物種組成的改變,或者造成生態系中成員間相互關係的調整,進而造成生態系統的功能與類型上的改變,甚至造成整個系統的瓦解。這種沖擊對于稀有性生物的影響會更顯著,因為這些生物的生理適應範圍較狹窄,一旦環境有所變動,勢必影響有限棲地的品質,進而影響整體族群的存活。

在影響植物開花時序的「物候」改變方面,在過去的 50 年內,已發現 694 種物種的物候方面有提早的現象。以植物而言,溫度的上升,伴隨著生殖季的延長、開花期的提前等現象。英國的長期研究發現,全球溫度升高攝氏1度,導致許多種類的樹木提早 5 到 7 天發葉芽。

在動物方面也有類似的情形,氣候變遷會造成動物孵化或產卵的時間提早。有研究發現青蛙的產卵時間提早 2 到 3 周,針對海龜的研究也發現,產卵的時間提早約 10 天,某些鳥類的生殖季也有提早的情形。生殖季時間的改變,對于生殖成功率造成影響,也會影響到整個生態系中的其他物種。

有關氣候變遷對生物分布的影響,研究資料相當多,整體的結論是物種分布會向南、北極或高海拔的地區移動,同時也會促使許多地區外來種的突然增加,造成物種間相互關係的改變,生態系內食物網的結構也會因而調整。在北半球高緯度地區森林界線的研究,已發現有向極區移動的情形,高山草原的分布也有往高海拔地區移動的現象。動物方面也有類似的現象,在歐洲與北美已經發現,在溫度上升的影響下,蝴蝶的分布範圍有向兩極和高海拔移動的情形。在鳥類的分布研究上,也發現相同的情

上述物種分布的改變,是一種自發性的調適,可以減輕氣候變遷對物種生存的沖擊,但在某些受限的狀況下,或是氣候改變的程度過大、速率過快時,這種自發性的調適最終將造成族群的滅絕。例如某些原本僅生存在高山的物種,因為已無退路,將有滅絕的可能。

當生物物種的物候、族群與分布因氣候變遷而改變時,由于各物種對氣候變遷的反應程度有差異,會造成群聚組成的改變,并影響群聚內物種間的相互關係。研究顯示在美國阿拉斯加的保護區中,近 30 年內植物群聚的組成已發生改變。另有研究也發現寄主植物與昆蟲間關係的改變。

許多物種的生理狀況與溫度有明顯的相關性,例如有一種海龜在較暖年生長得較大,較早達到性成熟。這種情形對于那些行為或生理受溫度調控的物種來說,影響尤為嚴重,例如由溫度決定性別的爬蟲類動物,在未孵化前,生理受到溫度的影響而改變,最后會造成族群性別比的改變。埃及蛙生殖期的鳴叫比例與溫度有相關性,溫度上升后,將對繁殖造成影響。

有些蚜蟲在二氧化碳濃度較高的環境中,對于捕食者的逃脫能力會下降,未來這種捕食者與被捕食者之間的平衡關係將會改變,也影響到食物網的狀況。動物的遷移時間也會受到影響,某些區域候鳥的遷移時間,在春天會提前到達,秋天則會延后起飛。

淡水生態系

在氣候變遷對淡水生態系造成影響的研究中,已發現溪流與湖泊會提早融冰和延后凍結。在整個北半球,內陸溪流、湖泊冰封的時間已有縮短的趨勢,100 年來,結冰的時間平均延后 8.7 天,融化的時間卻提早 9.8 天。這樣的改變也直接影響到生物的分布與物種組成,同時造成淡水魚分布的邊界向極地方向推進,喜好冷水域的魚類數量減少,喜好溫暖水域的魚類數量則會增加。

氣候變遷也會造成水質的改變,間接影響到水域環境中的物種。在美國威斯康辛州,因為過多的降雨導致多量的營養鹽流入湖中,造成較高的浮游植物族群量,減少了水的清澈度。在東非的塔甘伊卡湖,由于氣溫上升,造成湖水水溫與湖水密度垂直梯度的增加,改變了湖水垂直混合的能力、氧氣的穿透深度、營養鹽的混合程度,因而降低了浮游植物的數量,造成生物量和生產力的下降。

沿岸生態系

沿岸環境分隔陸地與海洋,是地球上最具動態的交界帶,雖然面積不大,總生產量卻相當于所有陸地與大洋的總和。沿岸生態系同時受到來自陸地與海洋的影響,又因人口聚集,人為破壞嚴重,受到氣候變遷的沖擊程度更加劇烈。全球約有 23% 的人口生活在鄰近沿岸的地區,人口密度是全球平均的 3 倍,人口增加速率遠比其他地區快。因此,沿岸生態系的改變,對于人類的生存與生活都會有重大的影響。

過去 100 年來,海平面以平均每年 1 到 2 公釐的速率上升,未來有逐漸增快的趨勢。全球大約 70% 的沙岸已經發生退縮的現象,20 到 30% 的沙岸維持穩定,只有不到 10% 有擴增的情形。如今更發現快速的海岸退縮、波浪高度增加、海水入侵等現象,這些環境的改變也造成沿岸生態系的變化,例如泰國在過去的 35 年內,已有 50% 的紅樹林消失。在過去數十年間,全球的沿岸濕地面積,平均每年減少 0.5 至 1.5%。

珊瑚白化也是一個課題,許多學者認為珊瑚白化的增加可能是全球暖化的結果。過去珊瑚礁遭遇的威脅,主要來自工業發展與污染、旅游活動與都市化、農業活動、污水污染、沉積物增加、過度漁撈、珊瑚開採、土地再造、捕食與疾病、暴風等地區性的因素。但目前已證實水溫的升高與珊瑚白化現象有關,當海水表面溫度上升超過季節最高溫攝氏 1 度以上時,會造成珊瑚白化現象,偶發的水溫升高也會促成某些珊瑚種類白化。

珊瑚的白化會減少活珊瑚覆蓋的面積,導致生物多樣性下降,對傳染疾病等其他威脅將更為敏感,也使礁區的生物群聚回復到演替早期的情況,最終可能造成整個生態系的崩解。

中國臺灣

相較于國外的研究,中國臺灣缺少長期的監測與資料整合,僅有一些國科會零星的研究。

關于蝴蝶分布的研究顯示,原屬于菲律賓與東南亞地區的熱帶蝴蝶,在中國臺灣有增加的趨勢,而且這些蝶種在中國臺灣定居的案例也逐漸增加。相對地,中國臺灣本土的蝶類分布有向北部和中、高海拔擴散的現象。

比較 1992 年與 2006 年在玉山國家公園內 3,100 公尺以上山區的鳥類監測調查,海拔 3,500 公尺以上的鳥類,增加了 2 ~ 3 種。在這些鳥類中,有 6 種的海拔分布向更高海拔延伸,這 6 種鳥分別是白眉林鴝、灰鷽、煤山雀、火冠戴菊鳥、深山鶯和褐頭花翼畫眉,顯示中國臺灣鳥類的海拔分布上限朝更高海拔移動的現象。

在臺南四草的鳥類監測中,黑腹濱鷸是本區的優勢鳥類。黑腹濱鷸的度冬族群主要于每年 10 至 11 月間到達,并在翌年 2 至 3 月離開。2000 年至 2005 年間,其中在 2000 年與 2003 年時,黑腹濱鷸主群于 10 月到達,其余年分最慢至 11 月抵達,但到了 2006 年,主群卻在 12 月以后才出現,推測 2006 年的暖秋是造成這種現象的主因。

未來的沖擊

除了前述已觀察到的改變持續惡化外,也可能產生更多新的問題。有關氣候變遷在未來可能造成的生態沖擊研究方面,大多採用模式分析的方式,并以對未來環境的預測情境為基礎,再利用生態系統各層面與環境間的關係,預測未來的可能改變趨勢和結果。

這些預測模式的分析,多半顯示未來人類面臨問題的嚴重性。根據預估,現存 25% 的哺乳動物(約 1,125 種)與 12% 的鳥類(約 1,150 種),面臨嚴重的滅絕危機。自 1994 年以來,約4百種鳥類被認為有滅絕的危機,預估另有 600 到 900 種會被列入瀕危物種的名單。

以下以 3 種研究結果,說明氣候變遷對中國臺灣未來生態的可能沖擊。

利用中國臺灣 150 種繁殖鳥類與 20 種兩生類的 2 × 2 公里網格系統分布資料,配合環境因子資料,運用生物分布預測模式建立各物種的分布現況,并計算全臺物種多樣性的分布情形。再用模擬氣候的因子,分析未來二氧化碳濃度倍增后,種類多樣性的預測分布變化。

模擬的結果顯示,繁殖鳥類多樣性分布熱點完全消失。物種最多的網格由現今的 80 種,下降為 50 種,平均各網格減少 15 種。檢視各鳥種的分布,減少的趨勢是往高海拔遷徙,上升海拔超過 2,000 公尺,現今中海拔以上的鳥類將大量消失。而兩生類的多樣性平均每個網格減少 9 種,種類多樣性的空間分布呈現原地退縮,部分熱點地區被分割碎化。

在中國臺灣的自然保護區系統上,國家公園因為面積較大,所以雨量和溫度改變都在整體平均之中,小型的保護區受到的影響則較大。例如無尾港野生動物保護區以水鳥為保護對象,溫度升高的影響可能無法直接看出,但海平面上升的沖擊就變得相對重要。中國臺灣一葉蘭自然保留區是小型的保護區,受到高溫和多雨的影響,一葉蘭棲地會有明顯的改變。

綜合而言,面積小、沿海與高海拔的保護區受到的沖擊最大,例如黑面琵鷺出現在臺南縣七股,該區也是全世界目前已知最多黑面琵鷺聚集的區域,未來氣候變遷后將對黑面琵鷺造成負面的影響。

在沿岸生態系上,利用數位高程(digital elevation model)模擬長期海平面上升的情境,整體而言,以西南沿海、北部淡水河口和東部蘭陽溪口附近的淹沒面積較多。主要受到沖擊的重要濕地,包括臺北附近的挖子尾、淡水河紅樹林與關渡自然保留區、野雁保護區、彰化大城濕地、嘉義布袋與鰲鼓濕地、臺南北門、青鯤身、七股與四草、宜蘭竹安、蘭陽溪口和利澤簡,隨著海平面高度的增加,被淹沒的面積勢將更多。一旦這些地區減少或消失,將造成生物族群數量、養殖漁業與人們生活空間的改變。

當然,前述的 3 種預測也可以在全世界的研究中找到類似的案例。目前公認的生態沖擊預測包括:物種滅絕,生物多樣性下降;稀有性、局部分布的物種受到比較大的沖擊;外來種的問題更加嚴重;水質的維持不易與污染更加嚴重;對養殖漁業造成額外的經濟負擔,增加疾病的發生機率。

此外,海水溫度的上升,以及波浪、風暴、潮汐的型態改變,造成低地淹沒、濕地喪失;海岸線的侵蝕,洪水更嚴重,鹹水入侵河口與淡水的地下蓄水層;河流與海灣潮差的改變,沉積型態的改變;透入海水底層的光線減少,使得初級生產過程受到抑制;珊瑚礁的破壞與生產力的下降;海洋酸化,漁業產量減少,也會對鳥類與海洋哺乳類造成影響。這些沖擊的層面深遠,最終將不利人類社會的發展。

結論

「變」是生態中的常態,過去人類的影響力小,這種「變」可說是處在近似于平衡的狀態。但是當人類的各種行為大量改變自然環境時,生態上有了明顯的變化。過去一百多年來的變遷,終于在 21 世紀的初期吸引了大眾的關注,影片《不愿面對的真相》的成功,代表人類終于愿意面對這個課題。

現在想要停止地球暖化,為時已晚,僅能採行一些策略來減輕可能的沖擊。不過,目前能做的各項措施,都需長期持之以恆,絕不是幾年內可以完成的。在中國臺灣,條件更為嚴苛,所需的努力也更多。這些減輕措施分散在政府、企業、個人等層面,尤其是在個人的部分,更需身體力行。雖然個人的力量有限,但是因為人數眾多,如果每一個人能夠力行各種減輕措施,對大自然的影響絕對是正面的!

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簡介 曾被喻為「中國臺灣的最后一塊凈土」的花蓮,
一張賞心悅目的彩色照片或大型廣告,都可以算是一項藝術品,也是先進科學與工程技術的結晶。傳統的彩色照相市場在這5年來大幅萎縮,記得筆者80年代在美國紐約州羅徹斯特柯達公司(Eastmon