1.1 前言
量化及評估全球碳循環過程是永續發展的重要基礎。溶解態有機碳
（Dissolved Organic Carbon）是水體中溶解有機物質的總和，與水體中浮游 植物行光合作用、生物代謝及細菌活動息息相關，除為表現水體中有機物含 量與生物活動的重要參數外，更是研究水體中碳循環重要的一項指標。近年 來，因為大氣中二氧化碳增加造成全球暖化問題，碳循環在學術上也逐漸受 到重視。
碳是構成生命的重要元素，亦是所有有機物質的基本成分，碳元素透過 河川的連接在大氣圈、水圈、岩石圈及生物圈之間不斷交換。科學家分析冰 芯內古大氣成分後發現，工業革命發生前的一萬年內，大氣中存在的二氧化 碳濃度一直維持在在260-280ppm 之間；工業革命後，由於全球人類活動交 通、建設等各項活動頻繁，自然生態受到影響，大氣中的二氧化碳濃度更是 在短短數百年間上升至400ppm，嚴重改變地球大氣循環、水循環與碳循環 之過程。除了人為降低二氧化碳排放量及各種長期封存措施之外，科學家也 開始關注自然界透過陸地有機生物體活動，將大氣中的碳素經由生物、土壤，
最終封存於海洋的過程。
過去的研究發現，河川與湖泊不僅是大氣主要的碳源之一（Raymond et al., 2013），全球河川每年更從陸地輸送九百萬噸的碳至海洋，其中40%為有 機碳，另外60%為無機碳。Worrall 等人在 2004 年於 Biogeochemistry 期刊 上指出，過去有許多研究發現在英國的河川與湖泊中，溶解態有機碳都有增 加之趨勢；Bao 等人於 2015 年發表在 Scientific Report 發表之文章中，則注
意到位於大洋洲及其附近的小型高山溪流 （SMRs） 每年輸出高達 37 Tg
（百萬噸）的碳，約占全球生物碳年輸出通量的20%，然而，這些小河川的 集水區總面積僅占地球陸域面積的1.8%。該團隊研究更利用「木質素
（Lignin）」作為示蹤劑，追蹤台灣高山小河川在颱風期間的生物源有機碳。
研究成果顯示，颱風對於台灣河川物質輸送有很大的貢獻，提高了海洋碳埋 藏的效率，同時也揭示了高山小河川對於全球有機碳輸出的重要性。近年來，
隨著氣候變遷情況加劇，有必要評估氣候變遷情境下，台灣高山小河川溶解 態有機碳輸出的變化，以了解其影響與衝擊。
1.2 研究背景與目的
過去台灣有機碳研究主要集中海洋內顆粒態有機碳與有機碳循環上，直 至近兩年，方有相關研究針對溶解態有機碳在氣候變遷下所受之影響進行相 關分析。氣候變遷情境下，溶解態有機碳輸出與整體碳循環，海洋、陸地等 碳庫息息相關，而了解台灣島內輸出情況、氣候變遷情況下輸出量的變化與 水體內碳循環改變情況對生態及人類生活之影響為當務之急，故本研究欲以 坪林集水區內溶解態有機碳輸出作為樣區，模擬氣候變遷情況下集水區內流 量之變化並探討氣候變遷情境下各季節溶解態有機碳輸出之差異性。
1.3
氣候變遷之影響
自工業革命以來，人類大量製造如二氧化碳、氧化亞氮、甲烷與氟氯碳 化物等氣體，人類對自然的影響開始不僅限於地表，快速擴張至大氣與海洋 中，並透過河川連結大氣圈、水圈與生物圈。1980 年代以來，全球氣溫迅 速上升，不尋常的氣候與天氣現象發生頻率提高，衝擊各地降雨與氣溫。
伴隨氣候變遷所造成之各地降雨型態改變，河川洪枯變化受到重大影響，
亦改變了河川所輸出之汙染物之型態，過去研究顯示，極端氣候造成台灣山
地集水區水文作用循環之改變，致使降雨逕流過程的改變（Huang et el., 2014）
與隨之而來的土砂輸出量之改變（Lee et al., 2015），故，可知河水流量與其 所輸出之土砂、汙染物等有顯著相關，故，評估氣候變遷情境下，台灣島內 溶解態有機碳輸出量的變化，可做為未來環境政策擬定時之參考。
1.4 研究方法與步驟
為了評估氣候變遷下對水體內溶解態有機碳之影響，本研究分為三個部 分。第一部分為利用由美國地質調查局（United States Geological Survey，
USGS）開發之 Loadest 模式，以研究區採樣之溶解態有機碳濃度與流量建 立負載物或污染物之回歸方程式，藉由觀測值與連續流量監測值評估當前溶 解態有機碳在水體內濃度之趨勢變化；第二部分則利用台灣大學生物環境工 程學系永續發展研究室所開發之氣候變遷風險評估所需之氣候情境及氣象 合成模式TaiWAP 模擬氣候變遷下之短期、中長期與長期之氣候資料，再以 美國農業局農業研究服務（United States Department of Agriculture
Agricultural Research Service, USDA ARS）的 Jeff Arnold 博士所開發之 Soil and Water Assessment Tool（以下簡稱 SWAT） 模式模擬氣候變遷情境下短 期、中長期與長期流量變化與趨勢；第三部分則以前述建立之模式與模擬流 量針對氣候變遷下水庫上游集水區在各個氣候變遷推估期間內溶解態有機 碳之總體輸出。
在溶解態有機碳輸出量方面，是利用長期流量資料與連續觀測之濃度採 樣值，透過數值方法建立迴歸關係式，因溶解態有機碳主要受流量影響
（Winterdahl et al., 2014），故，為趨避多元迴歸分析中自變項之間產生之多 元共線性，故以平減化 （Centered）方式（Echambadi and Hess., 2007） 處 理資料，利用自變數、調節變數與中心值之差距進行計算以降低多元共線性
對整體回歸式之影響。
在氣候變遷情境資料方面，本研究參考科技部台灣氣候調適科技服務
（Taiwan Climate Adaptation Technology Service, TaiCATS）網頁所載聯合國 氣候組織（Intergovernmental Pnael on Climate Change, IPCC）提供 RCP 情境 中適合台灣的大氣環流模式（GCM）之資料，並根據 IPCC 最新報告《氣候 變遷中的海洋與永凍圈特別報告》中預測氣候變遷情況將持續惡化的情況，
故本研究以氣候變遷已達最嚴重之RCP8.5 情境作為預測基準，並探討該情 境下，短期、中長期與長期下，溶解態有機碳受氣候變遷之影響。