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水循環是什麼?氣候變遷如何導致水循環失衡?臺灣糧食也受影響?

作者: Greenpeace 綠色和平

地球 70% 面積是水,是孕育大量生命的泉源,相比其他星球格外特別。「水」對地球上的生命來說,扮演關鍵角色。它如何運作?如何移動?如何影響您我的生活?想回答這些問題,就必須認識「水循環」。

水循環是什麼?

水循環(hydrologic cycle)也稱「水文循環」,是地球上水分子自然移動的路徑,主要分為陸地、海洋與大氣。存在您我生活中與大自然的「水」,都是循環的一部分,包含雨水、海水、地下水、冰川和空氣中的濕氣。  

透過水循環,地球上的萬物得以獲取養分和滋長,在這過程中,水循環也影響了各地的氣候和地貌

水循環怎麼運作?主要過程有哪些?

水的形態有液態(如河川和雨)、固態(如冰川和雪)和氣態(如雲和霧),經由太陽輻射能量驅動循環,主要過程分為三個階段:蒸發(evaporation)、凝結(condensation)和降水(precipitation),彼此無限重複循環。

水循環示意圖

水的形態有液態(如河川和雨)、固態(如冰川和雪)和氣態(如雲和霧),經由太陽輻射能量驅動循環,主要過程分為三個階段:蒸發(evaporation)、凝結(condensation)和降水(percipitation),彼此無限重複循環。

蒸發(evaporation)

水從液態轉化成氣態的過程就是「蒸發」。以水循環來說,即是地球上的液態水,如海洋、湖泊、河川,在太陽溫度下蒸發至大氣,成為水蒸氣。每一年,全球海洋大約有 434,000 立方公里資料來源:水資源網路特展,小水滴的旅行~水循環的水蒸發至大氣層。

除了水源蒸發,植物也會透過水分運動,將植物中、植物表面和土壤中的水分,經由小氣孔蒸發至大氣,這個過程稱為「蒸散」(transpiration)。以亞馬遜雨林為例,亞馬遜河流域的樹木每天向大氣輸送約 200 億噸水分資料來源,綠色和平:【2021年亞馬遜森林實錄系列】(1)大火不止,巴西人民飽受致命煙霧威脅,是巴西農業區域的重要降水來源。

水蒸氣是我們呼吸空氣的重要成分,存在於您我周圍,影響空氣的濕度。水分子蒸發的多寡,會因為當地的風速、氣溫和水體的密度資料來源:National Geographic,Hydrologic Cycle而有所不同。例如,海洋上的水蒸氣較豐富,空氣中高達 4% 都是水;而在沙漠地帶,由於空氣乾燥、水分貧瘠,空氣中的水分可能不到 1%。

凝結(condensation)

水從氣態轉化成液態的過程即是「凝結」。以水循環來說,在大氣層中的水氣密度增加時,就會形成雲,密度越高雲越厚;而在地面的水氣密度增加時,就會形成霧。具體的例子如亞馬遜雨林,溫暖潮濕的環境使當地空氣中形成一條「空中河流」,也就是潮濕的氣流,可以載運水分穿越廣闊的大地

亞馬遜雨林的河流,充滿潮濕的水氣。
亞馬遜雨林的河流,充滿潮濕的水氣。 © Markus Mauthe / Greenpeace

降水(precipitation)

當水蒸發至大氣、凝結到飽和狀態後,會以液態水或固態水(雨、雪或冰雹)的形態降落至地面,此現象稱作「降水」,形成湖泊、河流、海水、雪原等,或滲入土壤變成地下水。這個過程是水從大氣循環到陸地或海洋的眾多方式之一,也是地球獲取淡水的主要途徑

太平洋上,厚重的雲層下起滂沱大雨。
太平洋上,厚重的雲層下起滂沱大雨。 太平洋上,厚重的雲層下起滂沱大雨。© Marten van Dijl / Greenpeace

其他水循環過程

陸地上的水累積到一定的量後產生「徑流」(runoff),於陸地上移動,成為溪流、水窪,甚至瀑布。「融雪」(snowmelt)即融化的雪或冰川,也是重要的徑流,將水運送至更廣的區域,最後終流向大海。

水循環不僅關乎一個地區的濕度,也影響氣溫。當水蒸發時,會吸收能量使當地降溫;當水氣凝結,會釋放能量使當地變暖,成為一種熱氣交換的作用。

全球水循環近年失衡,有兩大干擾因素

近年來,由於氣候變遷加劇和人類活動干擾,全球水循環出現失衡現象,直接衝擊您我生活,甚至帶來生命風險。

2023年8月,挪威遭暴雨侵襲導致河水暴漲,破壞當地建設和房屋。
2023年8月,挪威遭暴雨侵襲導致河水暴漲,破壞當地建設和房屋。 © Johanna Hanno / Greenpeace

1. 氣候變遷引發水患和乾旱

逐漸升高的氣溫,直接干擾了水循環。當大氣變得更暖,就能吸收更多濕氣,隨後的降水量大幅提高變成暴雨,進而引發致災型洪水。而另一種極端,則是暖化的大氣會從地表蒸發更多水氣,使土壤變得乾燥,造成更嚴重的乾旱。

根據聯合國水資源組織(UN Water)資料來源:聯合國,WMO: Global stocktake of water resources needed,目前全球有高達 36 億人無法獲得足夠的用水(一年至少發生一個月),估計到 2050 年,缺水人數可能會增加至超過 50 億人。

2021 至 2023 年,全球超過 50% 的集水區和水庫比平常更乾燥,例如歐洲在夏天經歷了更高的蒸散量(evapotranspiration)以及土壤濕度下降;多瑙河和萊茵河水位發出警報,幾乎乾涸,影響河道運輸;法國核電廠因缺少冷卻水被迫降低發電量。

2023年10月,巴西亞馬遜地區因全球暖化加上聖嬰現象,引發極端乾旱,亞馬遜河多條支流水位破歷史新低。
2023年9月,理應是氣候潮濕的亞馬遜河竟然因炎熱天氣出現水位下降、乾枯的現象。 © Marizilda Cruppe / Greenpeace

其他如美國、非洲之角地區、中東和南美洲拉普拉塔盆地,也遭受大規模乾旱衝擊。過度乾燥的空氣與高溫,使全球許多地區的森林發生大火,排放更多二氧化碳,形成惡性循環

而在亞洲,中國長江流域面臨嚴重乾旱,巴基斯坦的印度河流域則出現極端水患,導致至少 1,700 人罹難、近 800 萬人流離失所、約 3,300 萬人受影響。

此外,冰川與冰原加速融化也促使海平面逐漸上升,海島國家與沿岸社區首當其衝,被迫失去居住土地和農地。

2022年全球河川流量

人為因素破壞水循環

人為干擾也破壞了水循環,如濫砍森林、破壞濕地、過度開發都市化導致熱島效應碳排放過量等,都使人類面臨更嚴峻的水資源危機。

尤其森林是天然的水庫,含藏大量水分,有如一大塊吸水的海綿,可以吸收降雨並穩定土壤,為該地區維持一定的濕度。然而,當一大片森林被碎片化地破壞後,就好比將海綿撕裂成許多小碎塊,大幅度削弱儲水能力,使空氣中的水氣降低、土地變得乾燥,更容易引發森林大火。(延伸閱讀:什麼是濕地?為什麼濕地對維護生態、減緩氣候變遷很重要?

而破壞山體、淤積垃圾、都市化建設,則可能中斷「徑流」,排水不良加上極端暴雨,就更容易引發水患和土石流。(延伸閱讀:熱浪、野火、暴雨、洪災頻傳,2022年上半年全球極端天氣事件總整理

2022年全球水災、旱災事件

水循環失衡,全球糧食安全面臨挑戰

隨著氣候變遷影響,全球降雨模式越來越難以預測,乾旱更加頻繁。而乾旱地帶因無水灌溉農地、土地龜裂,影響作吸收物養分和農作收成,加劇飢荒危機

世界氣象組織強調,超過 70% 的用水與生產糧食有關,因此水資源穩不穩定與糧食安全有絕對的關係。(延伸閱讀:為什麼全球缺水、乾旱頻發?面對日趨嚴重的極端天氣,可以怎麼做?

2018年8月,位於丹麥的玉米田因乾旱和高溫,導致發育不良無法收成。
2018年8月,位於丹麥的玉米田因乾旱和高溫,導致發育不良無法收成。 © Bente Stachowske / Greenpeace

根據美國國家航空暨太空總署(NASA),2030 年全球的玉米產量估計將減少 24%,而到 2050 年,全球糧食產能將因氣候變遷下降 5% 至 30%資料來源:綠色和平,NASA最新研究指出,2030年全球主要糧食作物將因氣候變遷減產

光是 2021 年,因極端氣候和洪水衝擊,巴西咖啡、比利時馬鈴薯、加拿大黃豆等食品價格均大幅上漲。臺灣目前糧食自給率不到 40%,許多食品與原料更仰賴進口,全球糧食供應鏈環環相扣,若氣候變遷持續加劇、水循環仍嚴重失衡,糧價波動將影響國際經濟和政治局勢

如果這個問題依然沒有改善,人民未來可能必須面對飲水和灌溉用水互相爭奪的艱難考驗。

2019年,綠色和平赴摩洛哥綠洲,記錄當地受氣候變遷衝擊的真實狀況。在極端氣候之下的沙漠環境,水資源顯得特別珍貴,當地人需用水飼養牲畜和自己飲用。
2019年,綠色和平赴摩洛哥綠洲,記錄當地受氣候變遷衝擊的真實狀況。在極端氣候之下的沙漠環境,水資源顯得特別珍貴,當地人需用水飼養牲畜和自己飲用。 © Therese di Campo / Greenpeace

趁還來得及,阻止氣候變遷、挽救水循環

極端氣候是破壞水循環的原主因之一。全球政府必須從源頭減少碳排放、淘汰化石燃料、提高再生能源使用比率,並力促 2030 年減少 43% 排放量,如此才能控制全球平均升溫於攝氏 1.5 度內。要做到這些改變,除了政府,還需企業、組織和您我齊心投入。(延伸閱讀:《巴黎協定》將滿8週年,成效如何?聯合國「全球盤點」告訴您

身為海島又容易缺水的臺灣,必不能置身事外。 2030 年離我們越來越近,未來政府如何帶領臺灣克服危機?2024 總統大選在即,我們需要一位具前瞻性的氣候領袖,以實際行動積極守護人民與環境。綠色和平將持續檢視各候選人的政見,給予實際建議,邀請您一同關注。(延伸閱讀:「2024 氣候領袖」候選人氣候與能源政策檢核 (持續更新)

期待在您我的推動下,臺灣能為全球氣候付出積極貢獻,為未來世代留下一個安全、永續、生生不息的美好地球。

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