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霧中變貌──台灣霧林帶在氣候變遷下的考驗

生態解謎者

台灣將失去5成以上檜木林?跟著「追霧人」蒐集霧林裡的氣候變遷線索

林業試驗所助理研究員徐嘉君為了觀察樹冠層附生植物,自學攀樹,要從這些植物中找到氣候變遷對環境的影響。(攝影/林彥廷)
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目前全世界只有1%的森林可以稱之為霧林,分布在台灣1,200~2,500公尺的紅檜、扁柏、雲杉、台灣杉等就是典型雲霧森林。

這些霧和樹交織成的森林,能在乾季保存2倍以上的降水量、縮小溫差,特殊的環境讓霧林帶裡每棵樹的樹冠層像是一棟「空中公寓」,攀附著許多台灣特有的蘭花與蕨類。

然而,當極端氣候影響愈趨明顯,高度依賴雲霧水氣的霧林帶植物首當其衝。林試所助理研究員徐嘉君套疊氣候變遷模型,結果顯示:預計到2100年,雲杉林將減少7成以上範圍,檜木林也將減少5成以上,尤其在全台扁柏林規模最大的宜蘭棲蘭山區,扁柏將幾近消失,且存活下來的雲杉、檜木林分布海拔將上移300~400公尺,連帶在上面的附生植物「房客」也得往更高海拔搬家。

這場大自然的迫遷記可能在不久的將來上演,科學家們正用有限的資源,努力解開霧林帶傳達的訊息。

徐嘉君在農委會林業試驗所(簡稱林試所)的辦公室,彷彿一間小型攀岩場,牆上掛滿各式鉤環、岩盔、上升器,一條繩子從天花板垂掛而下,打字累了,跑資料煩了,隨時就能起身動動筋骨,抓緊時間練習或測試裝備,畢竟她研究的植物居住在抬頭也看不到的枝條上,唯有採取同樣姿態,攀附於樹,才能看見它們的視野,解讀它們傳達的訊息。

她在霧林帶樹冠層,遇見稀有的紫色蘭花

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徐嘉君認為附生植物是觀察氣候變遷的重要指標,她經常爬上數十公尺高的樹冠層,年復一年觀察植物在不同的氣候下成長表現。(攝影/林彥廷)
徐嘉君認為附生植物是觀察氣候變遷的重要指標,她經常爬上數十公尺高的樹冠層,年復一年觀察植物在不同的氣候下成長表現。(攝影/林彥廷)

徐嘉君20年前便開始「解碼」的工作。1996年就讀台灣大學植物科學研究所時,她來到福山植物園調查植物,發現樹上布滿各種千奇百怪、綠意盎然的附生植物;她對它們的生命力讚嘆不已,因此也一頭栽入這個冷門領域。

2、3年後,剛好面臨福山植物園遭遇強烈乾旱,平常繁盛的附生植物變得乾枯憔悴。徐嘉君觀察,同樣受到乾旱影響,其他物種看起來卻沒有附生植物那麼嚴重:

「附生植物是(觀察)氣候變遷一個很好的指標。」
「附生植物」顧名思義就是依附別的植物而生、不與地面接觸,但並非寄生的植物;它們具有根、莖、葉,養分來自本身的光合作用,而為了爭取陽光和水分,它們往往長在數十公尺高的樹冠層
即樹木的頂端,除去枝葉層之下的樹幹跟樹根,其餘的部分就是廣義的樹冠層。
上。由於無法從地面獲取水分和養分,像是蘭花和蕨類這些附生植物,必須仰賴順著大樹而下的雨水,以及環境中的霧氣和其中的化學元素,因此它們多半長在霧氣充足的森林中,如台灣分布在海拔1,200~2,500公尺左右的霧林帶
台灣山地常見的是地形霧,富含水蒸氣的空氣經過地形抬升冷卻凝結,在海拔較高的地區凝結成水滴,這些霧的顆粒會隨著空氣運動,進入冠層,被樹木攔截沉降後,進入森林生態系。
。其中紅檜扁柏台灣杉等大樹的樹冠層猶如空中公寓,一棵樹就能庇蔭數十種附生植物。
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徐嘉君曾在一棵檜木樹冠層上,發現另一株5公尺高的小檜木,也看到許多稀有植物在扁柏老樹上豪放盛開,和各式蜘蛛、甲蟲、蚯蚓近距離接觸;國外甚至有人在花旗松
花旗松是美國主要造林樹種,可以長到70~80公尺高。
80公尺高處發現兩棲類山椒魚棲息的樹洞,「爬樹好像每次都在開獎,上去了才知道上面有什麼。」樹冠層彷彿是七大洲之外第八個大陸,充滿無窮生命力。
根據徐嘉君2007年的調查,全台大約有340種附生植物,包含120多種蘭花、將近170種蕨類,其中不乏許多台灣特有種
局限生長在某一地理區域或特殊生育地的植物,例如某個植物只分布在台灣,其他地方都沒有,就稱這植物為台灣特有種。
。像是台灣17種原生杜鵑中,唯一開黃花,也是唯一不長在地面上的「著生杜鵑」,僅分布在海拔約1,400到2,400公尺左右的山區,被視為台灣霧林帶的指標植物──只要看到著生杜鵑,就知道霧林帶到了。

對於許多在地面上被趕盡殺絕的植物,樹上成了它們的避難所,例如擁有紫色花苞的一葉蘭,因觀賞價值高,20、30年前是園藝界當紅炸子雞,甚至外銷到日本,盜採壓力龐大,人類可及處幾乎全面淪陷,僅剩少數岩石峭壁有一定數量的族群。但在扁柏、紅檜樹上,徐嘉君不只一次發現一葉蘭的蹤影,整個族群恣意盛開,她一方面為一葉蘭感到欣慰,又不禁感嘆,以前的一葉蘭大概也是這樣遍布山谷吧。

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氣候變遷效應下首當其衝,植物往高處搬家

全球霧林帶約只佔所有森林面積的1%,且大多分布在熱帶地區,和台灣一樣的亞熱帶霧林帶相對較少。位在宜蘭、海拔約1,000~2,000公尺的棲蘭山區,擁有台灣現存最大面積的扁柏純林,是台灣霧林帶最精華的代表:一過中午,氤氳的霧氣便準時報到,全年有300天以上起霧,來自太平洋的水氣上升至此後,平均每年被這片森林攔下300釐米霧水,孕育出1,000種原生維管束植物
包含蕨類和種子植物。維管束植物的根莖葉內,有專門運輸水分的木質部及運輸養分的靭皮部,在木質部及靭皮部內的細胞上下排列成管狀,並聚集成束狀,所以稱為維管束組織。
,其中將近40%為特有種,更有62種為稀有植物,長期被列為台灣申請聯合國教科文組織世界遺產的潛力點

霧氣充足使得溫差變化小、濕度穩定,也擋住了紫外線直接照射,讓霧林帶像是獨樹一格的寧靜桃花源。雪山北稜的中海拔霧林帶,年平均日溫差只有3.87℃,許多研究霧林帶的學者都笑稱,樹冠層的植物嬌生慣養,然而也正是這樣的特性,使得它們一旦面臨氣候的變化,調適能力不如其他受過千錘百鍊的植物。

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氣候變遷、棲蘭山、霧林帶、扁柏
位在宜蘭海拔約1,000~2,000公尺的棲蘭山區是台灣霧林帶最精華的代表,這片森林平均每年攔下300釐米霧水。(攝影/林彥廷)
徐嘉君2013年在荷蘭攻讀博士時,以台灣的附生植物在未來的氣候變遷下可能受到的影響為題,把台灣森林分成8類:低、中、高海拔闊葉林、檜木林、二葉松林、鐵杉林、雲杉林、冷杉林,並依據「聯合國政府間氣候變遷專門委員會」(IPCC)在2001年發布的第三次氣候評估報告,套疊其中兩個情境
IPCC考量全球未來可能之經濟、人口、工業與環境的發展,提出數種可能溫室氣體排放的趨勢。
考慮到未來可能致力於經濟發展,或是朝永續利用的目標發展等不同情形,以及考慮全球性或是區域性不同發展帶來的影響,IPCC將未來趨勢分成了A1、A2、B1、B2等4個主要情境。
A代表經濟導向,B則是環境導向;全球一致行動以1代稱,區域各自為政則以2代稱。其中A2是最糟情境:人口成長但對於溫室氣體排放管制消極;B2則較具永續性:人口增加同時也改善溫室氣體排放。目前全世界研究多以A2、B2情境為主。
4種主要情境介紹:
  1. A1情境:全球經濟大幅成長,以市場經濟為導向,窮國與富國之間的差距消失,人類大幅投資教育與提高生活水準,科技的成長 與資訊流通順暢,並包含以下幾個次情境。A1B為再生能源與化石燃料並用,土地利用變遷速度適中;A1T為再生能源進展迅速,未來人類不再使用化石燃料;A1F1則是人類仍然大幅使用化石燃料的次情境。
  2. A2情境:全球經濟成長幅度不等,導致工業國家與開發中國家的收入差異仍大,科技與人口流動較不暢通,也強調家庭或族群生產力。A2的人口成長率是4個情境中最高者。
  3. B1情境:全球的環境與社會意識高漲,並結合全世界的力量來追求永續發展,經濟發展程度適中,科技發展扮演重要的角色,世界各國的貧富差距縮小。
  4. B2情境:世界各國的人類對於環境與社會的永續發展日趨重視,政府政策為有環境意識的公民所影響,全球化的腳步減緩,而地域性的決策機制顯得更受重視。
,分別是消極管制溫室氣體排放、使得2100年時台灣氣溫可能較1980~1999年上升4.8℃,年雨量增加193釐米的A2情境
全球經濟成長幅度不等,導致工業國家與開發中國家的收入差異仍大,科技與人口流動較不暢通,也強調家庭或族群生產力。A2的人口成長率是4個情境中最高者。
;以及,加強管制溫室氣體,在2100年時台灣氣溫約上升3.2℃、年雨量增加79釐米的B2情境
世界各國的人類對於環境與社會的永續發展日趨重視,政府政策為有環境意識的公民所影響,全球化的腳步減緩,而地域性的決策機制顯得更受重視。

結果發現,雲杉林將是其中最大受害者──分布模式顯現雲杉範圍縮小最多,衰退了77%~82%,影響次之是檜木林,減少52%~54%。未來霧林帶的棲地將走向破碎化,且存活下來的雲杉、檜木林海拔高度將上移300~400公尺。低海拔闊葉林則因為溫度上升,反而擴展了37%面積。

「房東」自顧不暇,「房客」自然難以倖免。徐嘉君套疊237種附生植物在2100年的棲地變化發現,原本海拔1,000~1,500公尺左右的森林附生植物種類最多,每平方公里將近有100種,但2100年時,附生植物種類最多的棲地海拔預測將上升到1,500~2,000公尺;估計約8成附生植物會受到影響,約損失45~58%現有棲地,平均必須往上遷徙400公尺──其中對氣候變遷最為敏感的,是位在中海拔(1,800~2,500公尺)檜木林和闊葉林的附生植物。

徐嘉君解釋,雲杉和檜木林都是典型的霧林帶,未來溫度上升後,雲霧形成的海拔可能往上提升,因此霧林帶的高度會隨之變化,原本在霧林帶下限的森林霧水變少了,對空氣濕度敏感的附生植物勢必受到影響。

她在論文中特別匡列出棲蘭的位置:原本滿是檜木林的範圍內,到了2100年卻只剩少數點位,面積大減了9成。即便距離IPCC發表第3次氣候評估報告已經過了20年,國際上對於氣候變遷的趨勢評估仍相去不遠:根據IPCC在2021年發布的第六次氣候評估報告,最糟糕的情境下,全球溫度將上升4.4℃。

經費受限,迷霧中未竟的研究

除了複雜的科學模型帶來的訊息,徐嘉君也親身見證植物在這些年的變化,早期她在福山植物園行政大樓門口以及宿舍附近的樹上,隨處可見繁盛的附生蘭花,但最近重返調查,卻發現多數附生蘭不見了。2016年讓全台許多地區罕見降雪的霸王寒流,更是讓過去極為普遍的巒大石斛在樣區內完全消失。但即便如此,身為科學家,徐嘉君仍不敢妄下定論:

「模式研究是一回事,森林一直在變化,人類在短短的一生中,很難預測100年後的變化。」

時時刻刻都在變化的森林,遇上了虛無縹緲的霧,讓霧林帶研究充滿各式變因,對科學家產生無限吸引力,但有限的研究資源,卻也讓他們墜入五里霧中。

東華大學生態及永續科學跨領域研究中心團隊成員、自然資源與環境系教授張世杰是另一個追霧的人。他早在1990年代就讀台大時即到訪棲蘭,那時是台灣伐木時代
台灣的森林資源在日治時期開始大規模開墾,一路延續到國民政府來台,林務局在1989年宣布禁伐一級天然林,1991年則宣布全面禁伐天然林。
的尾聲,大卡車堆滿巨木的壯觀場面,讓張世杰即便經過30年仍印象深刻。他嘗試理解雲霧對棲蘭山區的影響,以及霧林帶因氣候變遷產生的改變,卻發現捕捉霧本身就是一道難題。
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東華大學自然資源與環境學系教授張世杰,和學生親手搭建20多公尺高的研究塔,收集棲蘭檜木林的天氣資料。(攝影/林彥廷)
「光是哪裡可以被定義為霧林帶,就沒那麼簡單。」

張世杰帶著我們穿過濕滑的青苔木橋,一步步踏上7、8層樓、約20多公尺高的研究塔──一個內部圍繞著4棵扁柏的鏤空方形鐵塔。愈往上爬,本來必須仰望才能看見的扁柏樹冠層枝條變得唾手可及。最後通往樹頂的鷹架沒有階梯,張世杰也毫無懼色,身手矯健地抓穩鐵管,蹬上下一個平台,在沒有繩索確保的情況下,來到了鷹架最高點,那裡有他架設的風速計、溫濕度計與能見度儀。

根據世界氣象組織(WMO)的定義,只有當空氣中的水滴造成水平能見度低於1,000公尺,才能稱為霧。由於要監測霧在這片扁柏林中的形成,儀器必須架設得比樹頂高,才能透過能見度儀監測霧何時到來、散去,「但只能知道這一層的雲霧,沒辦法看到雲霧帶上下緣有無移動。」

由於國外進口的能見度儀一台要價50~60萬元,受限於經費,目前張世杰研究團隊只在研究塔安裝一台。但若要監測霧林帶海拔高度是否改變,應該沿不同海拔廣設能見度儀,例如每100公尺設一個,有了20~30個不同海拔的基礎資料,累積數十年,才能解答氣候變遷是否造成霧林帶上移的謎題。

為了廣設能見度儀,張世杰曾和電機專家研究自製儀器,也購買過較低價、幾萬元一台的能見度儀,但資料效果都不佳。他另外嘗試和德國學者Dr. Nauß團隊合作,用衛星影像,判斷雲和地面接觸的高度,藉此得知雲頂高度,也就是霧林帶的上緣,「但這只做了一半,霧林帶下緣有無變化,是更困難的問題。」張世杰說,德國團隊目前也嘗試用雲的照片光學特性,推測雲的厚度,藉此知道雲底高度,但即便成功判釋,「所有資料仍需要地面觀察來驗證。」

他和學生親建逾20米高的研究塔,累積棲蘭20年氣象資料

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氣候變遷、棲蘭山、霧林帶、研究塔、扁柏
矗立在扁柏林中的研究塔,由張世杰的團隊所建立,用以研究霧林的特性。(攝影/林彥廷)

由張世杰和學生所搭建的研究塔,就是目前全台研究霧林帶最重要的地面資料來源。站在最頂端的平台,扁柏純林盡收眼底,但咻咻風聲和腳下鐵板空隙露出的地面,仍讓人無法放鬆享受美景。不過張世杰自信滿滿地說:「這裡很穩,這是我跟學生親手搭的。」

2000年張世杰在中研院進行博士後研究時,就和其他研究人員在棲蘭鴛鴦湖自然保留區自設簡易氣象站;2001年到東華大學任教後,為了方便觀測樹冠層,他分別請工人在森林中架了兩個研究塔,第三個塔則是2007年,由他和學生從林道扛著數十公斤鐵架,再一層一層接力傳遞搭建,一方面是節省經費,但他也強調這個技術真的不難,並半開玩笑說:「研究室裡有學生本來懼高,都被訓練到不怕了。」

20年來,棲蘭的研究塔累積了各式雨量、氣溫、濕度等氣象資料,成為研究當地氣候變遷的基石。2021年,台灣大學大氣科學系副教授羅敏輝和學生與國家災害防救科技中心,在《大氣科學》期刊發表了氣候變遷對棲蘭水文影響的論文,其中使用的監測資料,就是張世杰與台大地理環境資源學系副教授莊振義在棲蘭累積的成果。

羅敏輝發現,在氣候變遷下,未來降雨的強度和頻率會增加,​​雨水不易被葉面攔截,導致樹冠水減少、雲霧變得不容易生成,進而又造成樹冠水來源減少,雲霧更少。除了降水,再進一步考慮溫度、相對濕度及二氧化碳濃度改變,推測未來水氣將較少透過樹冠水蒸發進入大氣,「未來氣候變遷將對雲霧森林中的雲霧生成造成負面影響。」

不過羅敏輝指出,氣候變遷是否會使得雲霧帶往更高海拔移動,需要更多研究支持。植物的生理機制相當複雜,蒸散作用和光合作用都會回過頭來影響溫度和雲霧生成,「氣候變遷對所有生物的影響都很複雜,但我們對霧林帶的了解非常少。」

今年羅敏輝也在鴛鴦湖附近架設了研究站,並同時收集國際上各地區的大氣資料,進一步分析和台灣的差異之處:

「很感謝張世杰和莊振義老師在棲蘭長期的監測,我覺得科學這件事情,真的是需要很早期的人幫我們慢慢鋪路下去,才會有這麼多的資料可以拿。」

學者呼籲「讓更多人看見霧林帶」,有助國家政策、提升全民保育意識

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氣候變遷、宜蘭、棲蘭山、張世杰
東華大學自然資源與環境系教授張世杰認為,需要更多的長期計畫,才能監測氣候變遷對霧林帶的影響在哪裡。(攝影/林彥廷)
霧林帶棲息了無數珍貴的動植物,在全世界為了緩解氣候變遷衝擊,喊出2050年淨零碳排
淨零碳排並不是完全不排碳,而是用人為方式,抵銷溫室氣體的產生量,包含台灣、英國、日本、美國在內,許多國家都宣示要在2050年以前達到完全抵銷,也就是淨零。
的目標下,霧林帶的價值更需要被重新審視。但僅憑學者一年一年申請的研究計畫,並不足以支持如此複雜、需要長期規劃的基礎工程。

張世杰認為,政府和企業應投入更多資源,因為霧林帶不僅僅是單純的生態研究,還關係著整個國家的政策,例如研究霧林帶的生物量、碳吸存、棲地變化等,加上氣候變遷模式工具,研擬未來台灣的氣候變化,推估出樹要種在哪裡、種什麼樹、如何種、種植密度等等,建立完整的森林生態系統。

近年有愈來愈多科學家將研究成果帶到更多民眾面前。例如長期在棲蘭觀測霧林的台大地理環境資源學系教授黃倬英,便將目光焦點轉移到霧林帶附近的阿里山茶園,研究氣候變遷對雲霧的影響,以及和當地茶菁品質、產量的關聯。

徐嘉君曾邀請澳洲攝影團隊來棲蘭拍攝70公尺高、推估有800年樹齡的台灣杉三姊妹等身照,引發全台關注。2019年她進一步發起「找樹的人──巨木地圖計畫」
目前找到最高的樹是在中央山脈核心區的卡阿郎溪附近,一棵82公尺高的台灣杉,也是目前全台已知第一棵破80公尺的巨木。
,目前找到最高的樹都是在台灣霧林帶。徐嘉君說,找樹過程中,發現許多上千年的神木在颱風、土石流摧殘下消失,「做了這麼多年的研究,拿了納稅人這麼多錢,應該讓更多人知道這些研究成果。」像台灣有這麼多原始林的國家非常少,她呼籲,應讓更多人看到霧林帶之美,提升全民保育意識,才能保護這片珍貴的霧林帶。
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氣候變遷、棲蘭山、霧林帶、神木
棲蘭山區的神木園是許多民眾出遊首選,唯有讓更多人理解霧林帶的重要性,才能從自身做起減緩氣候變遷。(攝影/林彥廷)

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