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臺灣地區年際異常氣象狀況對農業生產之影響Occurrence of Annual Abnormal Meteorological Conditions and Its Effect on Agricultural Production in Taiwan

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Academic year: 2021

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(1)專題論述. 臺灣地區年際異常氣象狀況對農業生產之影響. 307. 臺灣地區年際異常氣象狀況對農業生產之影響 陳守泓. 1* 、李炳和 2 、姚銘輝 1 、申雍 3. 1 行政院農委會農業試驗所農業工程組 2 交通部中央氣象局嘉義氣象站 3 國立中興大學土壤環境科學系. 摘要 本研究依據環繞臺灣地區的 10 個中央氣 象局平地氣象站,自 1949-2003 年的觀測資 料,整理各地區每年低溫(≤10℃)與高溫(≥30 ℃)的日數、日絕對最低與最高氣溫、年累積 降雨量與降雨(≥1.0mm)日數、日最大降雨強 度等項目,以及 1959-2003 年的侵臺颱風數 目,以瞭解屬於全面性之異常氣象狀況的發 生情形。再以十年為週期統計分析各災害性 天氣狀況的發生趨勢,並與農業氣象災害損 失程度進行關聯性分析。分析結果指出,近 年來侵臺颱風數目和日降雨強度均有增加的 趨勢,雖然受害面積將因農地釋出而不至於 大幅增加,但受損金額預期仍將持續增加。 由於作物雨害與降雨日數的異常增多有較密 切的關係,但降雨日數並未呈現明顯偏多的 異常趨勢,因此預期未來雨害受害面積和受 損金額仍將持續目前的下降趨勢。旱害與年 降雨量和降雨日數的異常偏低(少),以及日絕 對最高溫和≥30℃日數的異常偏高(多)有關, 雖然降雨日數並未呈現明顯偏少的趨勢,高 溫異常偏高的趨勢也不明顯,但年降雨量異 常偏少的可能性增加,因此預期未來旱害的 受害面積和受損金額仍將持續目前的上升趨 勢。寒害與≤10℃的日數和日絕對最低氣溫的 通 信 作 者 , chensh@wufeng.tari.gov.tw 投 稿 日 期: 2006 年 7 月 12 日 接 受 日 期: 2006 年 10 月 6 日 作 物 、 環境 與生 物 資 訊 3:307-316 (2006) Crop, Environment & Bioinformatics 3:307-316 (2006) 189 Chung-Cheng Rd., Wufeng, Taichung Hsien 41301, Taiwan ROC. 異常偏多(低)有關,受氣候暖化之影響,平地 農作物大面積遭受寒害的機率已很低,但山 坡地上經濟果樹仍有局部受害的可能,受損 金額也不容忽視。因此臺灣地區因異常氣象 狀況所導致的嚴重農業氣象災害仍將持續發 生,且受損金額有逐年擴大的趨勢。 關鍵詞︰農業氣象災害、颱風、雨害、旱害、 寒害。. Occurrence of Annual Abnormal Meteorological Conditions and Its Effect on Agricultural Production in Taiwan Shou-Hung Chen 1 *, Ping-Ho Lee 2 , Ming-Hwi Yao 1 and Yuan Shen 3 1. 2. 3. Agricultural Engineering Division, Agricultural Research Institute, COA, Wufeng, Taichung Hsien 41301, Taiwan ROC. Chiayi Meteorological Observatory, CWB, MOTC, Seiko, Chiayi Hsien 61359, Taiwan ROC Department of Soil and Environmental Sciences, National Chung Hsing University, Taichung 40227, Taiwan ROC. ABSTRACT In this study, yearly data, including number of days ≤10℃ (D10) and ≥30℃ (D30), the lowest (Tmin) and the highest (Tmax) temperatures, accumulated precipitation (Pacc), number of days with precipitation ≥1.0 mm (D1.0mm), and maximum daily rainfall intensity (Irain), from 1949-2003 of 10 Central Weather Bureau (CWB) weather stations distributed around the island and number of typhoon that may invade Taiwan during 1959-2003 were collected. Occurrence of.

(2) 308. Crop, Environment & Bioinformatics, Vol. 3, December 2006. island-wide abnormal meteorological conditions were first identified and followed by 10 year moving average to study the trend. Correlation among severe agrometeorological disasters and those abnormal meteorological conditions were also analyzed. Results indicated that the numbers of typhoon and Irain were increasing recently. Though the acreage of damaged agricultural land was not increased, the economical loss showed a steady increasing trend. The D1.0mm, without significant abnormal changing trend, showed positive correlation with heavy rainfall damage to agriculture production. It is expected that the acreage and economical losses of agricultural production due to heavy rainfall will both follow the current decreasing trend. Drought damages showed negative relationship with Pacc and D1.0 mm, and positive relationship with D30 and Tmax. There was neither significant decreasing trend of D1.0 mm nor increasing trend of Tmax, but Pacc showed significant variation between abnormally high and low. It is expected that the acreage and economical losses of agricultural production due to drought will both follow the current increasing trend. Cold damages showed positive relationships with D10 and Tmin. There was significant warming trend in current years. It is expected that chances of having extensive cold damages over flat land will be rare. However, fruit trees grown on hills suffering significant economical losses due to cold damages may still occurring locally. Thus, severe agrometeorological disasters due to abnormal meteorological conditions will continue to occur and the losses are expected to be expanding. Key words: Agrometeorological disaster, Typhoon, Rainfall damage, Drought damage, Cold damage.. 前言 Hsu and Chen (2002)指出,過去百年來 臺灣地區氣溫上升速率在 1.0-1.4℃/百年之 間,增溫趨勢夏季(1.37℃/百年)比冬季明顯 (0.83℃ /百 年 ), 因 此 年 溫 差 呈 現 上 升 的 趨 勢。北部及東部的測站(新竹、花蓮、淡水) 呈現雨量漸增的趨勢,幅度在 3-4 mm year-1 之間;南部的的測站(恆春)則呈現雨量漸減的 趨勢,幅度為-3.99 mm year-1,略有北增南. 減的趨勢。由於各測站雨量的增減多發生於 雨量最多的季節,因此乾季與雨季間的雨量 差,在北部呈現增加的趨勢,在南部則反之。 年降雨日數方面,臺北、臺中、恆春測站呈 現減少的趨勢,幅度在-26 日/百年到-36 日/ 百年之間;新竹、臺南、臺東測站則呈現增 加的趨勢,幅度在 22 日/百年到 57 日/百年 之間。中央氣象局(1994)分析近三十年之降雨 資料指出,全年降水在東部和北部約增加 5%,西南部地區約減少 10~20%。Wu (1992) 指出,在降水量的季節變化方面,秋、冬季 時東部和北部增加,中南部略減;春、夏季 時各地區都減少;梅雨季早期減少但後期增 加。這些有關臺灣地區氣候變化的研究,多 著重於月、季或年之氣溫和雨量的變化,較 少探討異常天氣發生頻率的年際變化。 臺灣地區氣候資源非常豐富,各地區農 民所生產的作物和栽培管理方式也會依氣候 環境變化而調整。若氣候環境稍有變動,通 常對於作物生產影響不大,但若遇有異常的 災害性天氣狀況發生,則作物生產將會受到 嚴重傷害。臺灣地區農作常見的氣象災害可 概分為風害、雨害、旱害、及寒害等四大類 (Kuo 1980, Yang 1995)。農業氣象災害不僅 造成臺灣地區農民的損失也造成物價的波 動,對國計民生的影響甚為深遠。因此本研 究擬探討臺灣地區過去 50 年間,異常氣象狀 況發生頻率的變化趨勢,以及對於農業生產 的影響。. 資料與分析方法 中央氣象局位於島內之局屬站中觀測資 料超過 50 年者共有 15 站,除玉山站外,本 研究選擇平均分佈於全島四周的基隆 (466940)、淡水(466900)、新竹(467571)、臺 中(467490)、臺南(467410)、高雄(467440)、 恆春(467590)、臺東(467660)、花蓮(466990)、 宜蘭(467080)等 10 個平地氣象站進行分析, 分析項目有每年≤10℃和≥30℃的日數、絕對 最低與最高氣溫、累積降雨量、日最大降雨.

(3) 臺灣地區年際異常氣象狀況對農業生產之影響. 強度、降雨日數(≥1.0 mm day-1),以及侵臺 颱風數目。資料取自中央氣象局之地面氣候 觀測年報與颱風資料庫,氣候資料時間範圍 為 1949-2003 年 , 颱 風 資 料 時 間 範 圍 為 1959-2003 年。 由於受測站所處地理位置和地形的影 響,各測站同一分析項目數值的變化範圍並 不相同,不應僅用超過或低於某一通用數值 作為判斷是否異常的依據。因此先逐站將各 分析項目依數值大小進行排序,取 55 年資料 中的第 10 個最大值(Max10)與最小值(Min10) 作為判斷該站該分析項目是否異常的標準, 逐年依據分析項目數值給予 1、0、-1 的得分, 分別代表≥Max10、介於 Max10 與 Min10 之間、 ≤ Min10 三種狀況。再依各年份所選的測站 中,是否有超過半數(含以上)測站得分為-1 或 1,作為判定該年份臺灣地區曾發生廣泛性 偏少或偏多異常狀況的依據。進而以移動平 均法計算 10 年週期內發生異常狀況平均值, 以探討異常狀況發生頻率趨勢變化。 關於作物受害情形則依據農業統計年報 資料,統計各年度颱風害、雨害、旱害、寒 害等災別作物受損面積與受害金額。受害金 額並先依行政院主計處公佈之每年消費者物 價指數,以 2001 年為基準進行修正,以減少 年際間幣值變動的影響。再分別依受損面積 或受害金額是否超過設定標準作為判別該年 度是否曾產生嚴重災損的依據,並給予 1(有) 和 0(無)的得分。颱風害、雨害、旱害、寒害 所採用的受損面積判別標準分別為 15、3.5、 1、1 萬公頃,受害金額判別標準分別為 35、 9、2、2 億元;其中颱風害、雨害和寒害所用 之判別標準近似此 55 年間的平均值,旱害由 於近年之災害規模已不如早年嚴重,因此採 用與寒害相同的標準。進而以移動平均法計 算 10 年週期內農作物遭受嚴重傷害次數的平 均值,以探討嚴重農作災損發生頻率的趨勢 變化。 為瞭解颱風害、雨害、旱害、寒害等災 別分別受何類氣象異常狀況之影響較大,再. 309. 將上述所獲得之各年度氣象狀況和農作物受 損的資料,進行相關分析,以進一步探討各 氣象異常狀況與農作物遭受嚴重災損間的關 聯性。. 異常氣象狀況發生趨勢 在此 55 年期間,受氣候暖化效應影響, 低溫異常的變化最為明顯。1960 與 1970 年代 期間,一年中低溫(≤10℃)的日數和日絕對最 低氣溫經常呈現近乎全面性偏多(Fig. 1a)與 偏低(Fig. 1b)的現象,顯示此期間臺灣地區低 溫偏低的狀況較常發生;1990 年代迄今,臺 灣地區則經常呈現全面性低溫偏高的狀況。 10 年週期的移動平均顯示,一年中≤10℃的 日數偏少的異常狀況已由早年之每 10 年至多 僅有 2 年會發生,逐漸增加至近年每 10 年有 7 年會發生(Fig. 1c);日絕對最低氣溫偏高的 異常狀況已由早年之每 10 年至多僅有 1 年會 發生,逐漸增加至近年每 10 年有 6 年會發生 (Fig. 1d)。 在高溫方面,此 55 年間,一年中高溫(≥30 ℃)的日數和日絕對最高氣溫則呈現偏多/高 (Fig. 2a)與偏少/低(Fig. 2b)之異常交替發生 的現象。10 年週期的移動平均顯示,近年來 全年中≥30℃的日數偏多的異常狀況每 10 年 有 3 年會發生,與 1980 年代初期的高值相同 (Fig. 2c);日絕對最高氣溫偏高的異常狀況每 10 年也僅有 2 年會發生,較以往每 10 年至多 有 1 年發生略高(Fig. 2d)。因此氣候暖化對高 溫異常之影響,還未呈現如低溫異常一般的 明顯變化趨勢。 在降雨方面,1949 至 1960 期間,有多次 年雨量偏多的異常狀況;1960 至 1980 期間, 則出現多次年雨量偏少的異常狀況,僅 1974 年出現一次年雨量偏多的情形;1993 年迄 今,則年雨量偏多(1998、2001)和偏少(1993、 2002、2003)的異常狀況皆有發生(Fig. 3a)。 大雨日數呈現偏多與偏少之異常交替發生的 現象(Fig. 3b)。日降雨強度在近年則常有偏高 的狀況發生(Fig. 3c)。10 年週期的移動平均.

(4) 310. Crop, Environment & Bioinformatics, Vol. 3, December 2006. Fig. 1. The distributions in the scores of (a) days of temperature ≤10℃, (b) the absolute lowest temperature, and (c)(d) their 10-year moving averages respectively from 1949 to 2003.. Fig. 2. The distributions in the scores of (a) days of temperature ≥30℃, (b) the absolute highest temperature, and (c)(d) their 10-year moving averages respectively from 1949 to 2003..

(5) 臺灣地區年際異常氣象狀況對農業生產之影響. 311. Fig. 3. The distributions in the scores of (a) precipitation, (b) days of precipitation, (c) rainfall intensity, and (d) (e) (f) their 10-year moving averages respectively from 1949 to 2003.. 顯示,1960 以前每 10 年有 3 年年雨量偏多, 1970 年代期間曾出現 10 年有 4 年年雨量偏少 的狀況,近年來年降雨量異常偏多或偏少的 狀況,則約每 10 年有 2 年會發生(Fig. 3d)。 此 55 年期間,降雨日數偏多與偏少之異常狀 況的發生頻率每 10 年至多有 2 年(Fig. 3e)。 近年每 10 年有 2 年出現全面性的日降雨強度 增強的狀況(Fig. 3f),顯示降雨強度有增加的 趨勢。 在侵臺颱風數目方面,近 20 年間有 6 年 偏多,僅有 1 年偏少(Fig. 4),近年每 10 年有. 3 年侵臺的颱風數目≥7 個,2001 和 2003 曾 達到 9 個,遠超過 1958-2004 之 47 年間的平 均數 4.8 個,因此侵臺颱風數目呈現增加的趨 勢。. 農業氣象災害損失趨勢 臺灣地區從 1949 至 2003 的 55 年間,因 農業氣象災害所引起的損失總共約 1,584 億 元,因颱風造成的損失約 1,099 億元,雨害損 失約 251 億元,乾旱損失約 60 億元,寒害損 失約 46 億元。若依 2001 年的幣值為基準,.

(6) 312. Crop, Environment & Bioinformatics, Vol. 3, December 2006. 此 55 年間農業氣象災害損失最少的一年也有 3.5 億元,損失最多的一年曾達到 232 億元, 平均每年損失約 53.6 億元;颱風、雨害、乾 旱、寒害四類災害損失分別約佔全部農業氣 象災害損失的 66%、17%、7%和 4%。 由於 1970 年代侵臺颱風數目有偏少趨. 勢,且耕地面積自 1977 年以後逐年快速減 少,颱風被害面積的十年移動平均值由早年 的 20-25 萬公頃/年下降至近年的約 10 萬公 頃/年(Fig. 5);但受損金額卻由早年的 10 億/年逐年攀升,近年已達到約 50 億/年的 規模。近年來,每年發生颱風被害面積. Fig. 4. The distributions in the scores of (a) number of typhoons and (b) their 10-year moving average from 1959 to 2003.. Fig. 5. The distributions of (a) damaged areas and estimated loss value and (b) damaged years were the 10-year moving average caused by typhoon from 1949 to 2003..

(7) 臺灣地區年際異常氣象狀況對農業生產之影響. 超過 15 萬公頃規模 的機率已降 至 25%以 下,但受損金額達到 35 億以上規模的機率 則有 50%。 早年隨著耕地面積增加,雨害被害面積 的十年移動平均值呈現增加的趨勢,在 1970 年代中期曾達到 6 萬公頃/年的高峰,其後也 因耕地面積逐年減少而下降,近年已降至 1-2 萬公頃/年(Fig. 6);受損金額則由早年的 2 億/年逐年攀升,在 1990 年代初期達到 17 億 /年的高峰,其後呈現逐漸下降的趨勢,近年 已降至約 5 億/年的規模。近年來,每年發生 雨害被害面積超過 3.5 萬公頃規模的機率已 降至 25%以下,但受損金額達到 9 億以上規 模的機率有 50%。 旱害被害面積的十年移動平均值早年約 有 6 萬公頃/年的規模,由於石門、曾文等水 庫分別在 1973 年和 1974 年興建完成,受害 面積逐年減少而下降,在 1980 年代期間幾無. 313. 旱害發生,近年來則因民生和工業用水需求 量快速增加,旱害受害面積又呈現增加的趨 勢(Fig. 7);受損金額早年有 10 億/年的規 模,在 1980 年代期間有少於 1 億/年的狀況, 近年則增加至約 1-3 億/年的規模。近年來, 每年發生旱害被害面積超過 1 萬公頃規模的 機率已降至 10%以下,但受損金額達到 2 億 以上規模的機率約有 20%。 受 1960 和 1970 年代間低溫盛行的影 響,寒害被害面積的十年移動平均值在此期 間曾達到 3-4 萬公頃/年的規模;近年受氣候 暖化影響,發生大面積寒害的情況已非常少 見(Fig. 8);受損金額早年有 6 億/年的規模, 近年則仍有約 1-2 億/年的規模。近年來,雖 然每年發生寒害被害面積超過 1 萬公頃規模 的機率已降至 0%,但由於受害作物多為經濟 價值高的果樹,因此受損金額達到 2 億以上 規模的機率則有 30%。. Fig. 6. The distributions of (a) damaged areas and estimated loss value and (b) damaged years were the 10-year moving average caused by flood from 1949 to 2003..

(8) 314. Crop, Environment & Bioinformatics, Vol. 3, December 2006. Fig. 7. The distributions of (a) damaged areas and estimated loss value and (b) damaged years were the 10-year moving average caused by drought from 1949 to 2003.. Fig. 8. The distributions of (a) damaged areas and estimated loss value and (b) damaged years were the 10-year moving average caused by cold temperature from 1949 to 2003..

(9) 315. 臺灣地區年際異常氣象狀況對農業生產之影響. 異常氣象狀況與農業氣象災損之關聯. 因此每日絕對最低溫狀況和≤10℃日數異常 偏低或增多時,作物寒害受損規模也隨之增 加。 全面性異常氣象狀況發生時,作物罹害 面積與損失金額理應隨之增加,惟受栽培作 物種類、生長階段、地形及地理位置不同, 各地農作物是否罹害、以及罹害的程度並不 相同,除具有顯著的地域性及季節性差異 外,也與是否採行人為避險措施,以及避險 措施效能差異等多項因素有關。臺灣地區農 作發生寒霜害的機率不高,基於經濟效益之 考量,農民雖然認知有此項危險,但通常不 會採取積極的防護措施,因此農作物遭受嚴 重寒害與發生全面性低溫偏低的異常狀況的 相關性很高。反之,雨害常藉由改善地面排 水設施,旱害則藉由興建儲水設施、抽取地 下水灌溉、以及實施休耕等措施而獲得舒 緩,因此作物損失與異常狀況間的相關性較 差。. Table 1 列出異常氣象狀況與嚴重農業 氣象災損間的相關分析。由於颱風的破壞力 強,因此農作物是否發生嚴重的颱風災損, 與侵臺颱風總數或強烈颱風數目是否異常增 多間的關係較不密切,反而與是否導致異常 強烈之日降雨強度有較高的相關性。嚴重雨 害災損與大雨日數異常增多的關係較密切, 除可能因地面排水宣洩不及造成傷害外,雨 日增多導致土壤長期處於水分飽和狀態,作 物因根系缺氧受害也是一個重要致災因素 (Chen et al. 2004)。旱害與水分供應不足有 關,因此與年降水量與大雨日數間呈現負相 關,尤其在石門與曾文水庫建設完成前,其 負相關性更強;高溫除會直接對作物產生傷 害外,也會導致蒸發散量的增加而引發旱 害,因此每日絕對最高溫和≥30℃日數異常增 高或增多時,作物旱害受損規模也隨之增 加。作物寒害與低溫強度與持續時間有關,. Table 1. The correlation coefficients between abnormal meteorological conditions and agrometeorological disasters. Estimated loss value Item. Typhoon. Rainfall damage. Drought damage. Actual damaged areas Cold damage. Typhoon. Rainfall damage. Drought damage. Cold damage. Total of typhoon Daily rainfall intensity Annual precipitation. -a. -. -. -. -. -. -. -. 0.24. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. -. 0.22. Rainy days. -. 0.27. -. -. 0.46. Days ≥30℃ The highest temperature. -. -. -. -. -. -0.20 (-0.32) -0.25 (-0.43) -(0.21). -. -. -. -. -. -. Days ≤10℃. -. -. -. -. -. -. The lowest temperature. -. -. -. -. -. -. -0.28 (-0.30)b -0.21 (-0.25) - 0.30 (0.25). 0.24 (0.34) -0.43 (-0.57). a: The absolute value of correlation coefficient was smaller than 0.20. b: The values in parentheses were the correlation coefficients from 1949 to 1972.. - - - - 0.53 (0.49) -0.61 (-0.58).

(10) 316. Crop, Environment & Bioinformatics, Vol. 3, December 2006. 結語 颱風是造成臺灣地區農業氣象災害的首 要因素,近年來侵臺颱風數目和日降雨強度 均有增加的趨勢,雖然受害面積將因農地釋 出而不會大幅增加,但受損金額預期仍將會 繼續增加。由於雨害與降雨日數的異常增多 有較密切的關係,但降雨日數並未呈現明顯 偏多的異常趨勢,因此預期未來雨害受害面 積和受損金額仍將持續目前的下降趨勢。旱 害與年降雨量和降雨日數的異常偏低(少),以 及日絕對最高溫和≥30℃日數的異常偏高(多) 有關,雖然降雨日數並未呈現明顯偏少的趨 勢,高溫異常偏高的趨勢也不明顯,但年降 雨量異常偏少的可能性增加,因此預期未來 旱害的受害面積和受損金額仍將持續目前的 上升趨勢。寒害與≤10℃的日數和日絕對最低 氣溫的異常偏多(低)有關,受氣候暖化之影 響,平地農作物大面積遭受寒害的機率已很 低,但山坡地上經濟果樹仍有局部受害的可 能,受損金額也不容忽視。 以上結果顯示,臺灣地區因異常氣象狀 況所導致的農業氣象災害仍將持續發生,且 受損金額有逐年擴大的趨勢。農業氣象災害 不僅造成臺灣地區農民的損失也造成物價的 波動,對國計民生的影響甚為深遠。對於臺 灣地區常見的四大農業氣象災害而言,除旱. -編輯:楊純明. 害因長期降雨預報準確度仍有待改進外,目 前的天氣預報技術已多能充份掌握其餘三項 的動態,因此如何針對臺灣地區小農制度的 特性,開發或引進經濟有效的防護方法,將 是農業氣象相關研究的重要工作。. 引用文獻 Central Weather Bureau (1994) Analysis and assessment of climatic change of Taiwan. (in Chinese) The report No. 1 wrote for Energy Committee, Ministry of Economic Affairs. Central Weather Bureau, Taipei. Chen SH, SW Chang Chien, Y Shen (2004) Vegetable production at Shilo as influenced by rainfall characteristics and strategies in response. J. Agri. Assoc. China 5(3): 218-233。 Hsu HH, CT Chen (2002) Observed and projected climate change in Taiwan. (in Chinese) Meteorol. Atmos. Physics 79:87-194. Kuo WS (1980) Further Study on Agriculture Climate Division in Taiwan. Central Weather Bureau, Taipei. Wu MC (1992) Climate variation in Taiwan – temperature and precipitation. Atmos. Sci. 20: 295-318. Yang CM (1995) Agro-climatic disasters from 1945 to 1993 in Taiwan and the coupling research direction. (in Chinese) Chinese J. Agromet. 2(1): 31-35..

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