氣候變遷與水文量之量化 關係探討 中興大學水土保持學係 指導教授：謝平城 教授 學 生：邱建源

大綱 簡報 前言 前人研究 材料方法 結果與討論 結論 2

前言 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 二氧化碳等的溫室氣體、空氣污染物的排放，以及土地開發等減少樹林與綠地持續擴大，正衝擊著全球氣候。其次是聖嬰，或反聖嬰，南方震盪，或是北方震盪等全球氣候現象，充份的顯現各地氣象化，雨量分布不僅改變，且是整年雨量。氣候不確性大幅增加，專家一再跌破眼鏡，預測則已是僅供參考。而全球暖化導致氣候變遷加劇，亦伴隨著全球化浪潮吹到世界各地，原因是石化能源大量的使用、自然生態改變，導致全球氣候快速變遷的影響，使得氣溫、雨量之變化。台灣也無法避開這樣的趨勢。 由於分析水文事件的重現期距，常因採用樣本區間之不同而異。本研究利用年最大之三日暴雨，將1970-2009年每隔25年為一區間，以FREQ5程式計算，不同輸入區間最大之三日暴雨資料值重現期距之變化，將其結果與其各別區間內之平均相對溼度、氣壓之總平均值進行迴歸。本研究也將最大之三日暴雨，起初以25年為一區間，並逐漸擴大計算區間，而產生不同100年重現期距的變化，將其分成兩種方式處理，一種是將其作聚類分析分類，另一種則不分類。另以 Mann-Kendall趨勢檢定，篩選出平均相對濕度為氣候變遷之主要環境反映因子，以非線性迴歸，探討不同區間總平均相對溼度，與相對應之之關係。本研究企圖建議政府實施風災保險，以避免治水預算過高，且達不到防洪效果。 3

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 研究結果得知台灣北部總雨量增加20%，南部減少10%。 旺中和(2004) Kunkel et al.(1999) 根據日雨量資料統計延時為3日與7日的降雨事件分析了美加地區極端降的長期趨勢，然後以1931~1996年共66年的歷年最大值決定1年與5年重現期距的分級值並以此為極端氣候的判定標準 Liu等人(2009) 研究成果指出，氣候變遷對強降雨之發生率會造成嚴重之影響。 4

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 Zhai et al.(2005) 對中國740個測站作了總體降雨以及極端日降雨發生率的趨勢分析，所謂極端降雨是指在95%以上的日降量。 Chiang et al.(1989) 發現台灣地區溫度在夏季有增加的趨勢 Liu et al.(1996) 指出台灣地區降水強度愈來愈增強的趨勢 5

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 分析1897-1974年台灣地區年平均溫度，得到年平均溫度有上升趨勢以及兩年週期的結論 魏元恆(1976) 分析1897-1974年台灣地區年平均溫度，得到年平均溫度有上升趨勢以及兩年週期的結論 童慶斌(1999) 分析台灣德基水庫、翡翠水庫、曾文水庫、秀姑巒溪流域等四個集水區，發現集水區內之豐、枯水期極端化加大，受氣候變遷的影響 由聯合國環境規劃署與世界氣象組織於1988年共同成立的政府間氣候變遷小組 提出之氣候變遷評估資料中指出，人類溫室氣體排放與全球溫度變儘有緊密之關連性，而此報告中在2007年的報告(第四版)中，人類活動的影響已列為「非常可能」(very likely)。 6

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 分析1897-1974年台灣地區年平均溫度，得到年平均溫度有上升趨勢以及兩年週期的結論 魏元恆(1976) 分析1897-1974年台灣地區年平均溫度，得到年平均溫度有上升趨勢以及兩年週期的結論 童慶斌(1999) 分析台灣德基水庫、翡翠水庫、曾文水庫、秀姑巒溪流域等四個集水區，發現集水區內之豐、枯水期極端化加大，受氣候變遷的影響 由聯合國環境規劃署與世界氣象組織於1988年共同成立的政府間氣候變遷小組 提出之氣候變遷評估資料中指出，人類溫室氣體排放與全球溫度變儘有緊密之關連性，而此報告中在2007年的報告(第四版)中，人類活動的影響已列為「非常可能」(very likely)。 7

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 臺灣歷年平均年降雨量趨勢變化 8

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 月降雨型態 9

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 研究流程圖 10

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 迴歸模擬溼度、氣壓對重現期距雨量之影響 每年歷史時段序列重現期距雨量演算，是利用過去之年最大之三日暴雨，演算而得。最初將1970-2009年最初以25年為一時段，計算各時段序列隨時間增加，重現期距 之變化，例如1970-1995年最大三日暴雨產生之雨量重現期距，擴大到1970-2009年其雨量重現期距之變化。將結果與該歷史序列內之總平均溼度、總平均氣壓進行迴歸產生迴歸式。 13

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 迴歸模擬溼度、氣壓對重現期距雨量之影響 另外，將年最大三日暴雨以25年為一時段，採用移動時段序列而時段大小不變。而不同的時段經FREQ5程式演算後，將會產生不同的重現期距雨量。例如1970-1995與1971-1996的時段，遞移至1984-2009年而產生不同的 (mm)，本文將諸如此類重現期距雨量，定義為某頻率25年序列雨量推估值，例如 。本研究收集諸頻率25年序列雨量值 ，與其序列內年的氣壓與平均相對溼度之總平均值，加以迴歸，得到迴歸式。 14

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 本研究使用氣壓、溫度、平均相對溼度個別因子對月降 氣候個別因子對雨量、流量迴歸 本研究使用氣壓、溫度、平均相對溼度個別因子對月降 雨量及月平均日流量之迴歸情形。包括氣壓、溫度、平 均相對溼度個別因子對最大三日暴雨迴歸之情形。 15

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 時間序列分析 本研究時間序列，應用於徐昇氏多邊形法，演算月最小氣壓，對徐昇氏多邊形法，各月份之流域平均雨量模擬。本研究採用迴歸積分移動平均時序統計模式( ARIMA Model )，模式採用試誤法，並選擇模式擬合的程度最好的部份。同時，檢驗模式之殘差ACF及PACF都必需通過，t檢定及p檢定都通過，選擇較具有顯著相關水準之模式。 16

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 The Mann-Kendall的趨勢檢定法 張建雲等(2009)使用Mann-Kendall秩序相關檢驗法，與線性迴歸法，檢驗氣候因子對不同河川之影響。錢滄海等(2010)則使用Mann-Kendall的趨勢檢定法研究台北測站之年降雨趨勢，其檢驗的內容包括降雨日數、一日最大降雨量、年降雨量、年平均降雨強度及最大連續不降雨日數。本研究亦採用Mann-Kendall的趨勢檢定法，檢驗氣候因子與河川流量之間是否有上升抑或下降之趨勢(Mann,1945;Kendall,1975)。此法是一種廣泛應用於時間序列之趨勢檢定方法。Kendall(1975)闡明該S序列，在顯著水準 下，可藉由標準常態變量(standardized variable)T進行趨勢檢定，如通過檢定， T>0為趨勢漸增，反之T<0 則為趨勢漸減。 17

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 圖 4.3.1 月最大氣壓對月平均日流量之迴歸 18

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論

圖4.7.1 100年重現期距雨量值與總平均相對溼度之關係圖 摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 圖4.7.1 100年重現期距雨量值與總平均相對溼度之關係圖 20

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 100年頻率25序列雨量推估值(單位mm) 25時段序列平均相對溼度(%) 迴歸式結果 呈現 100年頻率25序列雨量推估值(單位mm) 25時段序列平均相對溼度(%) 25時段序列平均氣壓(帕) t檢定通過 21

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 100年頻率25序列量雨量推估值與氣壓之模擬情形 t檢定1%通過 22

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 100年頻率25序列量雨量 與25年平均相對溼度平方之關係 23 t檢定1%通過

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 100年頻率25序列量雨量 與25年平均相對溼度平方之關係 24 t檢定1%通過

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 迴歸殘差結果 呈現 25

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 迴歸殘差結果 呈現 26

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 迴歸殘差結果 呈現 27

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 t檢定5%通過 100年之雨量重現期距 (單位mm) 總平均相對溼度(%)， 迴歸式結果 呈現 100年之雨量重現期距 (單位mm) 總平均相對溼度(%)， 總平均氣壓 (%) t檢定5%通過 28

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 迴歸結果 呈現 29

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 迴歸結果 呈現 30

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 迴歸結果 呈現 31

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 迴歸殘差結果 呈現 32

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 迴歸殘差結果 呈現 33

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 迴歸殘差結果 呈現 34

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 月最小氣壓對雨量 時間序列模擬圖

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 Mann_kendall 月份/檢定事項 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 月平均雨量 否 漸增 月平均日流量 月平均日流量重現期距 月最小氣溫 月平均相對溼度 漸減 月最小氣壓 36

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 由於採用迴歸方法分析雨量增加量，經降雨-逕流演算，加上頻率因子分析探討其與重現期距之間關係，本文所建立之方式相當簡單，其具有較佳的實用性及方便性，而迴歸方法產生可直接使用經驗公式，因此不必重新演算。如下所示： 由於氣候變遷的影響下，且其短期內改變的速度不變的情況下，在烏溪流域平均相對溼度對重現期距雨量之非線性模擬結果產生方程式，其檢定通過。 37

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 建立時間序列25年平均相對溼度溼度與溫度之間的迴歸關係 本研究將1966年~2010年，每月之月平均相對溼度，以Mann-Kendall趨勢逐月檢定後，發現平均相對溼度會有5%的下降趨勢。 將每月之月降雨量，依照年份大小排列之後，再使用趨勢檢定Mann-Kendall後，發現三月及四月之雨量有超過5%之增加趨勢，其他月份則無。 38

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 建立時間序列25年平均相對溼度溼度與溫度之間的迴歸關係，溫度與平均相對溼度則成反比的關係。而氣壓對降雨量之影響較小。 本研究將1966年~2010年，每月之月平均相對溼度，以Mann-Kendall趨勢逐月檢定後，發現平均相對溼度會有5%的下降趨勢。 將每月之月降雨量，依照年份大小排列之後，再使用趨勢檢定Mann-Kendall後，發現三月及四月之雨量有超過5%之增加趨勢，其他月份則無。 39

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 結論 T年頻率25序列雨量推估值使用的方式迴歸的相關係數非常高，但使用的非正統的雨量重現期距推算方式，而是以25年為序列比較其差異性。 40

摘要 前人研究 材料與方法 結果與討論 建議 建議政府實施風災保險，以保障因颱風所帶來生命財產損失，同時避免治理水患的金額過高。 41

簡報完畢 敬請指教 42