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電子報

前瞻策略與管理
農村發展及水土保持署
透視全球水文-從空間遙測到時間趨勢
期數 / 第90期
發布日期 / 2023.10.19
主筆 / 林宥伯
責任編輯 / 陳國威

氣候變遷持續對全球水資源產生影響,隨著人類活動與持續開發,已改變了原有的水文循環系統平衡,同時大幅增加自然災害風險。藉由全球尺度的定量評估,能夠觀察到,2022年全球超過50%的集水區出現了顯著流量變化趨勢(如圖1),這些趨勢都將逐步影響全球水資源的供給。

WMO《2022年全球水資源狀況》報告中,呼籲各國須立即進行根本性的政策轉變,以因應水資源危機議題,並提到根本上的概念,在因應水資源管理前,必須能對其進行精準觀測及評估。

本期電子報將介紹荷蘭Deltares(非營利研究單位)與Google、WRI、WWF等機構合作發展的「全球水資源觀測平台」、世界氣象組織WMO的全球水資源報告等,俾了解現今水文與氣候的變化趨勢、目前觀測技術及未來應用等面向。

圖1、2022 年河川平均流量與 1991-2020 年相比(流域面積大於 10,000 平方公里)。來源:WMO世界氣象組織-2022年全球水資源狀況報告。
圖1、2022 年河川平均流量與 1991-2020 年相比(流域面積大於 10,000 平方公里)。來源:WMO世界氣象組織-2022年全球水資源狀況報告。
Deltares單位介紹
全球水資源觀測平台

全球人口與經濟活動持續發展,隨之而來的用水資源需求是極大的挑戰,準確和即時的全球水資源資料,對於後續水資源管理、風險管控,將是急需發展的重要工具。

因應而生的全球水資源觀測平台(如圖2),主要由Deltares、Google、世界資源研究所(WRI)和世界自然基金會(WWF)合作創建,應用人工智慧與EO演算法等工具輔助,繪製全球水資源圖,整合水庫、主要河流系統、水位、流量等近乎即時的高解析時空資訊。

圖2、全球水資源觀測平台。來源:https://www.globalwaterwatch.earth/
圖2、全球水資源觀測平台。來源:https://www.globalwaterwatch.earth/

平台上的數據融合了衛星影像、智慧演算法、國際全球數據集,且將其應用於不同的全球用水議題,世界氣象組織(WMO)也引用納入相關報告參考(如圖3), 在2022年針對水庫面積變化趨勢的研究中,平台分析了71,208個中小型水庫,季度間蓄水面積差異達84%(如圖4),年度蓄水面積差異達52%(如圖5),這些趨勢將有助於水資源管理對策的擬定。

圖3、全球水觀測資料的延伸應用。來源:https://www.globalwaterwatch.earth/
圖3、全球水觀測資料的延伸應用。來源:https://www.globalwaterwatch.earth/
圖4、中小型水庫,季度間蓄水面積差異。來源:https://www.globalwaterwatch.earth/
圖4、中小型水庫,季度間蓄水面積差異。來源:https://www.globalwaterwatch.earth/
圖5、中小型水庫,年度蓄水面積差異。來源:https://www.globalwaterwatch.earth/
圖5、中小型水庫,年度蓄水面積差異。來源:https://www.globalwaterwatch.earth/

以曾文水庫為例,可從「全球水資源觀測平台」的視覺化圖台上,點選目標水庫,進到資料頁面(如圖6),除顯示水庫地理位置外,同時呈現了歷年水庫蓄水面積變化趨勢(如圖7),並提供了兩期面積對比的功能(如圖8)。

圖6、水庫衛星圖-特徵強化。來源:https://www.globalwaterwatch.earth/reservoir/85783
圖6、水庫衛星圖-特徵強化。來源:https://www.globalwaterwatch.earth/reservoir/85783
圖7、水庫面積變化趨勢。來源:https://www.globalwaterwatch.earth/reservoir/85783
圖7、水庫面積變化趨勢。來源:https://www.globalwaterwatch.earth/reservoir/85783
圖8、兩期影像面積差異( 部分日期無影像 )。來源:https://www.globalwaterwatch.earth/reservoir/85783
圖8、兩期影像面積差異( 部分日期無影像 )。來源:https://www.globalwaterwatch.earth/reservoir/85783
2022全球水資源報告

《全球水資源狀況報告》是WMO水資源行動的重要產出成果 (如圖9),前期報告內容包括了流域尺度的水資源現況、與長期平均的比較值(如圖10)、水平衡相關變化等,並在這本報告中,又進一步擴充了地下水、蒸散量、土壤濕度(如圖11)、水庫等觀測變化。

圖9、全球水資源狀況報告2022。來源: 世界氣象組織
圖9、全球水資源狀況報告2022。來源: 世界氣象組織
圖10、2022年河川觀測平均流量與 1991-2020 年期間相比(挑選測站 資料量至少具20 年,2001 年至 2020 年),主要數據來自 NHMS 和 GRDC 資料庫。來源: 全球水資源狀況報告2022
圖10、2022年河川觀測平均流量與 1991-2020 年期間相比(挑選測站 資料量至少具20 年,2001 年至 2020 年),主要數據來自 NHMS 和 GRDC 資料庫。來源: 全球水資源狀況報告2022
圖11、地表土壤濕度2022 年(2021 年 12 月至 2022 年 2 月及 2022 年 6 月至 8 月)對比2003年至2020年。來源: 全球水資源狀況報告2022
圖11、地表土壤濕度2022 年(2021 年 12 月至 2022 年 2 月及 2022 年 6 月至 8 月)對比2003年至2020年。來源: 全球水資源狀況報告2022

這些數據與變化趨勢,不僅是作為WMO全球氣候狀態報告的客觀基礎,也提供了另一重要專案,全球水文狀況和展望系統( HydroSOS )的資料、數值模式分析之基礎資料來源。藉由區域觀測資料與相近的水文模式演算(如圖12),將能產出如土壤溼度趨勢等全球尺度觀測、預測趨勢資訊 (如圖13),並以此推動聯合國對氣候變遷的重要對策,並發展長期觀測與早期預警系統。

在氣候變遷的快速變動下,即便面對的議題嚴峻,另一方面人類對於自然現象的觀測、對科技應用的延伸、對族群人權的重視,也逐漸從過去累積的經驗中找出可行的並存之道。藉由科技所保存下來的經驗與資料,都將成為未來防災治理規劃、對策研擬的循證基礎。

圖12、HydroSOS分區與資料產品提供範圍。來源:世界氣象組織
圖12、HydroSOS分區與資料產品提供範圍。來源:世界氣象組織
圖13、HydroSOS試行中的全球土壤溼度趨勢圖。來源:世界氣象組織
圖13、HydroSOS試行中的全球土壤溼度趨勢圖。來源:世界氣象組織
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