研究背景與動機

第一章 緒論

由於地球氣候變遷、人類經濟快速成長等因素，所導致自然災害及人為災害 頻傳已成為不爭的事實，在經濟發展、營利優先的時代中，許多決策往往與環境 造成衝突，忽略自然生態的重要性。近年來的地震、海嘯及颱風等大自然的反撲，

帶給人類的災害嚴重性逐漸上升，這無疑是大自然給予人類的警訊。臺灣地理位 置特殊，位於海洋板塊和陸地板塊的交界帶上，以及西太平洋颱風帶上，因此天 然災害發生機會頻繁，面對環境變遷與災害風險提高之嚴峻挑戰，防災工作必需 有嶄新的思維與明確的行動積極面對，因此本研究應用適應性模糊類神經推論系 統( adaptive network based fuzzy inference system，簡稱 ANFIS )模擬氣候條件對河 川水質影響，作為後續風險決策的參考。

本章分為四節，首先說明本研究的背景與動機，其次說明研究目的，再者對 研究名詞作界定，最後說明本研究範圍及限制。

第一節 研究背景與動機

聯合國環境規劃署( United Nations Environment Program )和世界氣象組織 ( WorldMeteorological Organization )在 1988 年時組成跨政府氣候變化專門委員會 ( Intergovernmental Panel onClimate Change，IPCC )，整合各國各領域科學家評估 當今氣候改變的狀況進行系統性地整理與評估，分別在 1990、1995、2001、2007 發表四次科學評估報告，第五次評估報告也預計於 2013-2014 年完成，其建構並 更完整地傳遞氣候變遷的知識體系，使氣候變遷的議題逐漸成為顯學。

第一份評估報告在 1992 年聯合國里約地球高峰會( Rio Earth Summit )中，

扮演重要的角色，並受氣候變化綱要公約( Framework Convention on Climate Change ) 所 採 用 。 IPCC 在 2001 年 2 月 發 表 第 三 次 氣 候 評 估 報 告 指 出 在 1901-2000 年間，全球暖化趨勢約上升 0.6±0.2℃( IPCC，2001 )，深信近年的氣候 變化，已明顯衝擊物理及生物系統。而 2007 年公佈的第四次評估報告指出，

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1956-2005 年全球暖化趨勢上升了 0.74℃( IPCC，2007 )，同時揭示地球過去 100 年的氣候變遷現象及在暖化效應下未來 100 年所將受到的各種衝擊，異常天候導 致災害的加劇，頻率提高、強度的增強，且在氣候變遷影響下，未來極端事件發 生的機率偏高( 66%~90% )。世界銀行考量了全球經濟發展與人口成長趨勢，預估 未來災害次數、受影響人口與災害損失將會大幅增加。

圖 1-1 全球平均溫度與變化趨勢圖

資料來源：IPCC（2007）

全球氣候變遷不可能只是自然變化的結果，但要由複雜的環境因素中釐清自 然氣候變化中區分人類活動的影響卻極為困難，IPCC 報告指出引起全球溫度上 升的主要原因，90％的可能性是各種人為活動排放溫室氣體所造成，二氧化碳的 濃度從工業革命前的 280ppm 快速增加到目前的 380ppm，比工業革命之前高出了

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35％(IPCC，2007 )。二氧化碳、甲烷和氮氧化物等溫室氣體的增加，改變大氣的 化學組成成份。無疑的，地球正在變暖，且不斷湧現氣候變遷的證據 ( 白子易，

2008 )，臺灣也必須面對及調適暖化所帶來的各種變化。

許晃雄、吳宜昭、周佳、陳正達、陳永明、盧孟明(2011)年提出「臺灣氣候 變遷科學報告」提到臺灣氣候變遷與 IPCC 第四次評估報告結論一致，且臺灣所 在的東亞沿岸( 自日本、韓國至南海一帶 )是全球增溫較快速的數個區域之一，

較全球平均值高；雨量方面，臺灣降雨日數普遍呈現減少趨勢，且降雨強度增加，

即雨季愈濕，乾季愈乾；海平面高度上升速率有隨時間加快之跡象；颱風在 1980 年後強颱比例明顯增高。國家災害防救科技中心以臺灣極端發生降雨颱風之頻率 統計分析( 圖 1-2 )，2000 年以前臺灣發生極端強降雨颱風的頻率約 3~4 年一次；

2000 年以後發生極端強降雨颱風的頻率增加為 1 年至少發生一次。由於全球氣 候異常，極端災變天氣發生頻率增加，又臺灣屬於高災害風險區域，加上人為性 的環境變遷所衍生的複合性災難，災變發生時造成人命、經濟損失規模也不斷擴 大，多種災害不斷交互改變，這些複合性的災害更提醒我們，加強現有減災規劃、

工程設施及國土環境政策，因應與調適能力必需有嶄新的思維與明確的行動積極 面對。

圖 1-2 1970~2009 年級端強降雨颱風發生頻率統計

資料來源：許晃雄等（2011）

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由上述眾多的氣候變遷資料可以發現，2000 年之後有全球暖化導致極端氣 候的趨勢越來越明顯。在臺灣，2009 年的莫拉克颱風是臺灣氣象史上傷亡最慘重 的侵台颱風，所造成的農業損失亦僅次於賀伯颱風，死亡人數達 600 多人，使臺 灣中南部受到重創，倘若極端氣候持續增強，將會導致河川水質的改變，對於河 川生態及人類用水品質將產生許多負面的影響，因此本研究將研究討論氣候條件 影響水質之預測模型，以期望當極端氣候來臨，可以透過氣候條件來預測水質，

及早做好準備。

臺灣受地形氣候等因素影響，研究水土資源利用管理甚為多元，因為河川系 統中的化學、物理、生物反應相當複雜，除可實地檢驗之外，也可進行模廠實驗，

但無論實地檢驗或模廠實驗，皆需花費大量時間與成本，近代為了瞭解河川系統 因子間的相互關係，使用數學模式模擬是快速且節省成本的方法 ( 白子易，

2001 )，例如降雨-逕流模式 HEC-HMS、河川水質模式 Q2K 及 RWQM1 (River Water Quality Model NO.1)等模式模擬。然而，上述模式對於極端氣候因素預測之 準確性仍須修正才能提高效能，因此本研究報告特以柔性計算具有即時性、簡便 性等之優點，選擇採用適應性模糊推論系統 ( adaptive network based fuzzy inference system，ANFIS )之柔性計算方法，建立系統輸入和輸出參數間之關係模 型，探討氣候條件對水質之影響，進而提供管理機構決策者進行考量。

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