議題背景：

台灣時間3月28日00:01分，中央研究院生物多樣性研究中心研究員沈聖峰與其團隊的研究「全球山區的氣候速度和物種追蹤」登上《自然》（Nature）期刊。

氣候速度指的是面對氣候變遷，生物為了存活所需要往適合生存的環境移動的速度與方向。受到地形的阻礙難以廣泛的設置氣象監測站點，全球山區都缺乏長期的氣象資料，難以評估氣候變遷的情況與影響。據此，這篇研究以衛星資料與熱力學，分析全球山區高度與氣溫變化的速率。研究發現當山區的氣溫變化速率快，等溫線之間的距離變遠，物種為了找到氣溫合適的棲地而遷移的速度，難以追上暖化的速度，且所有類型的生物群體，包含植物、鳥類、哺乳動物、腹足動物、昆蟲、兩棲動物、爬蟲動物，都會受到類似的影響。

這表示現有的評估可能低估溫度上升對物種的威脅，研究團隊呼籲，應建立網絡監測氣候變遷對山區生物多樣性熱點的影響。

台灣科技媒體中心邀請專家提供觀點。

專家怎麼說？

2024年3月22日
哈佛大學羅蘭研究中心博士後研究員 詹偉平 (本研究第一作者)

Q. 過去台灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台（TCCIP）的研究發現，在1911-2020年間，台灣的平均地表升溫幅度大於全球平均，這會不會對台灣的山區的物種與其遷移的速度造成更大的影響？

台灣山區是驗證本研究價值的絕佳的例子。從全球尺度的數據分析，我們觀察1970至2020年間的地表溫度，發現台灣山區地表溫度的上升幅度並未超過全球平均，也沒有超越北半球其他島嶼的平均。不過，台灣山區的高濕度使得海拔等溫線的移動速度快於全球山區的平均值。台灣山區的溫度上升幅度與海拔等溫線的移動速度雖然未高於北半球的其他海島，但在相同溫度上升幅度的情況下，全球暖化對台灣山區的影響顯然會更為嚴重。

若將本研究的發現與TCCIP的結果相結合時，可以推論更多資訊。舉例來說，我們可以看到台灣整體地表溫度上升幅度超過全球平均，但山區的溫度上升幅度卻與全球平均差異不大，這意味著台灣人口和農業高度密集的平地地區，面對更嚴峻的地表溫度上升的威脅。這可能也可以解釋為什麼主要居住在中低海拔地區的台灣民眾，對全球暖化的影響深有所感。

2024年3月22日
中央研究院生物多樣性研究中心研究員 沈聖峰（本研究通訊作者）

Q1. 為什麼了解氣候變遷對山區溫度變化的影響這麼重要？您認為這篇研究對大眾而言，最重要的研究發現是什麼？

相較於平地的氣象測站數量與累積的資訊，山區的氣象監測資料非常稀少，不只是測站的數量不足，能夠累積40-50年左右的氣象資料，以了解氣候變化趨勢的測站更有限。然而山區卻同時具備生物多樣性比例高、居住者生計易受影響、面對氣候災害脆弱性高的特徵。在缺乏氣象資料的情況下，很難妥善評估氣候變遷對山區帶來的影響。

因此這篇研究最重要的成果是發展出一個計算方法，透過衛星資料、地表升溫資料與熱力學，來計算兩個影響山區溫度變化速率的兩個重要因素，地表升溫幅度與濕度。並用計算出來的結果來彌補測站資料不足的問題，評估全球山區在氣候變遷下，升溫的狀況與速度。

透過這個方法，我們的研究列出升溫速率最快的前百分之二十，共17個山區，包含加拿大的阿拉斯加－育空地區、俄羅斯的普托拉納高原與堪察加半島等都在其中（詳見研究本文圖3）。盤點出面對氣候變遷威脅的主要山區，才可能制定相對應的生物多樣性保育與氣候變遷調適策略。

Q2. 您認為這篇研究的限制是什麼？我們有可能從全球的尺度，了解台灣的狀況嗎？

山區氣象觀測資料的稀缺，是這篇研究最重要的價值，同時也是最大的限制。在缺乏直接資料的情況之下，只能以模型計算與預估，然而不同的模型與計算方法都會有結果的落差。過去研究預估山區的生物的移動受氣候變遷影響的解釋力大約只有5％，本研究的模型解釋力大幅度提升3倍，達到約15%，但其結果仍具有不確定性。

此外，受到資料尺度的限制，要用全球範圍的資料來推估小範圍的地區並不合適。以台灣為例，我們也很難用地表的平均溫度，來準確的推估特定山區，如玉山的氣溫狀況。但研究的評估結果可以標示出需要優先注意、累積資料與研究，並提出應對策略的地區。

Q3. 過去台灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台（TCCIP）的研究發現，在1911-2020年間，台灣的平均升溫幅度大於全球平均，這會不會對台灣的山區的物種與其遷移的速度造成更大的影響？

從這篇研究的結果看到比較好的消息是，與其他地區相比，台灣的山區並不是全球山區升溫速率最快的前20%。本研究比較各地區1971-1980的十年均溫，與2011-2020的十年均溫，從趨勢上我們可以看見高緯度地區因為地表升溫速度快、濕度低，驅動山區的升溫速率；但比較特別的是在地表升溫速度較慢的低緯度地區，我們也有觀察到升溫速率特別快的山區，包含日本、地中海地區、巴西高原、北蘇門答臘的山區等。

此外相較於其他地區，台灣的山區氣象測站雖然少，但有部分測站擁有比較長期的觀測資料，例如玉山氣象站，較有機會觀察山區氣溫變化的長期趨勢。過去也有其他學者進行生態調查[1]發現物種棲地向上遷移的現象。但相對於其他地區，台灣目前還有一些時間可以累積研究資料與制定應對策略。

Q4. 現在國際報告不斷提醒，全球的減緩延遲，很難避免升溫超過攝氏1.5度的情境，面對這樣的情況，我們有什麼策略或方式，保護山區的生物多樣性嗎？

要維護山區的生物多樣性，增加調適氣候的能力，其中一個很大的要素是維持比較大規模且相互連接的森林。原因是森林提供的多數生物的棲息地，且具有調節微氣候的功能，從之前的研究[2]，我們看到大規模的開發與砍伐森林，會加劇該地區的日夜溫差，增加物種生存的威脅。因此維護森林的完整、減少山區開發與大規模的森林砍伐，將是保護山區生物多樣性的重要策略。

2024年3月22日
成功大學生命科學系副教授／生物科學與科技學院副院長 陳一菁（本研究通訊作者）

Q1. 為什麼了解氣候變遷對山區溫度變化的影響這麼重要？您認為這篇研究對大眾而言，最重要的研究發現是什麼？我們有可能從全球的尺度，了解台灣的狀況嗎？

這是全球第一篇全球山區氣候速度的分析，也是評估生物反應的基準，對於生物多樣性保育意義深遠。我們指出17個氣候速度相對高的山區，涵蓋全球32%山區，從阿拉斯加-育空地方到蘇門答臘、從環地中海山區到日本，並與多個生物多樣性熱點重疊，顯示全球山區生物多樣性面臨的廣泛威脅。

山區氣候速度指的是等溫線沿海拔的移動速度（通常是以m/year為單位），對應生物為維持適溫條件所需的移動速度。影響等溫線移動速度的因子有兩個，一是要地表升溫速率，二是沿海拔的溫度遞減率，而濕度是影響溫度遞減率的關鍵原因。但山區氣象站極為缺乏，難以獲知溫度與水氣的現地資料，因此氣候速度究竟如何一直是明顯的知識缺口。

本研究的重要貢獻在於利用衛星觀測資料、以及基於熱力學的濕絕熱溫度遞減率，進行全球山區氣候速度的推估，彌補現地觀測的嚴重不足。我們也進一步探討升溫速率與水汽條件的影響，如何造成全球山區氣候速度的差別。
除了地表增溫速度快的地區，許多山區因為濕度高，地表增溫並不明顯，但在水氣的影響下，會因為較低的溫度遞減率，加增加氣候速度；熱帶的蘇門答臘、受海洋影響的巴西高地與日本都是這樣的狀況。台灣也是類似條件，因此，同樣的暖化，在台灣的氣候速度會更高。

我在2011年發表於Science的研究[3]曾探討全球生物分布的改變是否能追上氣候速度？研究發現山區生物的遷移速度嚴重落後，引起廣泛討論。在更早的研究（2009）[4]我們從婆羅洲神山蛾類的調查發現，蛾類的遷移大約只有其適合等溫線溫度移動速度的一半。

這次的整合分析不但有更精準的氣候速度，生物反應的資料量也有過去研究的十倍；我們發現，在氣候速度低的地方，生物仍有機會藉由改變分布、維持原本的溫度條件。因此，積極的氣候減緩對生物多樣性保育仍極為重要。此外，即使不是在本研究所列出的17個山區，物種仍可能有無法跟上氣候速度的風險，需要儘早開始建立監測網絡。

Q2. 您認為這篇研究的限制是什麼？

我們研究的重要價值在於推估全球山區氣候速度的差異，作為生物多樣性保育的依據。然而要確實掌握現地的氣候速度，仍有賴山區氣候測站的設置。沿海拔的溫度遞減率需要多個測站，且不只測量溫度，濕度及雨量也對了解氣候速度與生物反應非常關鍵。

Q3. 過去台灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台（TCCIP）的研究發現，在1911-2020年間，台灣的平均地表升溫幅度大於全球平均，這會不會對台灣的山區的物種與其遷移的速度造成更大的影響？

這是很有可能的，原因如前述，不只升溫幅度，溼度高的環境沿海拔的溫度遞減率較低、造成更快的氣候速度，預期對生物造成更大的壓力。

值得一提的是，台灣已推展國土生態綠網計畫多年，目的在於串聯全台灣從山到海的自然棲地，這項政策有助於增加連續的棲地，確保生物可以遷移、以適應氣候變化。

Q4. 現在國際報告不斷提醒，全球的減緩延遲，很難避免升溫超過攝氏1.5度的情境，面對這樣的情況，我們有什麼策略或方式，保護山區的生物多樣性嗎？

維持可存續的生物族群，以及完整的棲地，仍是極為基本而重要的面向。除了改變分布以適應氣候，健全的族群也更有機會適應氣候變化。若是從更宏觀的角度思考，保存功能多樣性也有助於維護整體生態系。

2024年3月23日
台灣大學大氣科學系教授  羅敏輝

從過去的研究[5]可以看到，氣候變遷對山區微氣候，包括平均溫度，與溫度的日夜變化的影響相當顯著。這表示山區的生物多樣性可能更易受氣候變遷衝擊。舉例來說日夜溫差隨著海拔升高加劇，可能增加生物適應的難度。此外，山區也是遭受人為氣候變遷影響的大量特有種生物的棲息地，因此了解氣候變遷如何影響這些現象，對於制定生物多樣性策略和科學研究至關重要。

這項研究結合溫度變化率、海拔高度與物種遷移的速度，指出在沿海拔高度變化較小的地區，物種可以密切得跟上溫度變化的趨勢。然而在研究所標示出的17個氣溫變化較快的山區，物種可能無法及時遷移。從這篇研究我們看到氣候變遷對生物研究的重要性，以及減少碳排放，以求盡量降低溫度波動的必要性。

但在發展模型以準確評估山區氣候變遷情況的過程中，缺乏驗證理論模型的山區觀測資料是關鍵的問題。在可用觀測資料不足的情況下，這個研究是用衛星資料與理論模型來解釋過去50年的溫度隨海拔變化的情況。受限於空間解析度的辨識程度，衛星資料可能有偏差，因此建立全面的觀測網絡，以獲得更可靠的資料對於評估相當重要。這項研究開創性的以現有的最佳數據資料，來顯示氣候變遷如何影響山區的生物多樣性，從而加深未來發戰山區觀測網絡的可能性。

評估台灣山區的氣候變遷情況時，也有現地資料不足的挑戰，這項研究的結果可見，維持更好的觀測網絡對科學界來說非常重要。

地表升溫幅度大，以致於對山區的物種遷移造成更大的影響，是非常有可能的。因為除了溫室氣體的影響之外，都市化和土地利用變化的影響對於溫度變化也至關重要。 因此，當台灣氣溫上升速度高於全球平均水平，可能對台灣山地生物多樣性造成更大影響。

當前國際報告不斷提醒，全球很難避免升溫超過攝氏1.5度的情況下，減少人為的土地利用變化，並實施更好的土地管理和國土規劃可能是降低氣溫上升速度的另一種方法。 當然，我們還需要加速推動溫室氣體減量計劃，努力在2050年之前實現淨零碳排放目標。

2024年3月23日
台灣師範大學生命科學系特聘教授  林登秋

科學家普遍認為暖化對動植物的分佈有重大的影響，而山區是全球變遷的生物學與生態學的熱點地區。我們可以預期，比較適應低溫環境的物種，如果無法應對暖化的氣候，就會失去目前的棲息地。而遷移到氣溫較低的高海拔地區，就是物種應對暖化的方式之一。因此全球變遷生態學的一個關鍵問題是氣候變遷的速度、物種沿海拔梯度遷移的速度，以及物種透過演化產生新適應的速率。

這個研究非常重要，因為它揭示全球17個山區的氣候變遷速度與物種遷移的速度，使我們能夠了解物種遷移的速度能否應對氣候變遷。這對於我們預測氣候變遷如何改變生物群落，或者會否導致山地物種的滅絕非常重要。台灣和世界各地關於動植物物種遷移範圍的研究越來越多，這項研究為未來研究氣候變遷對物種分佈，甚至滅絕的影響提供新的見解或方向。

提高氣候數據的空間解析度，是更準確了解地區性（尤其是在山區）氣候變遷的關鍵。儘管學界已相當程度掌握氣候變遷的趨勢，但包括微地形在內的局部地形，可能會導致山區出現意想不到的氣候狀況，從而導致預測不準確。雖然要在所有山區都設立氣象站有其困難，但我們確實需要在地形變化較大或地形特殊之處設立更多氣象站，獲取氣象資訊。當氣象站的設置達到一定程度的數量和覆蓋範圍時，即使在沒有氣象站的地方，我們也可以建立更可靠的模型來準確預估溫度、降水等氣候變項。

在台灣，這篇論文作者之一的陳一菁教授曾有研究[6]指出，鱗翅目的分佈正在向更高海拔的區域轉移，其在42年的時間內，分佈範圍的最高海拔平均向上移動152公尺，最低海拔僅移動77公尺。森林研究者也發現[7]許多山區的林木現正在向上移動，但移動的速度不同，這可能是因為不同山區的氣候變化速度差異導致。我們需要意識到氣候變遷對物種分布有深遠的影響，但我認為我們可能無力改變這個事實：全球氣候正在發生變化，這對生物圈的影響範圍從基因、個人到整個全球生態系統。我們目前能夠做的最好的事情，就是減少溫室氣體排放來減緩氣候變遷的速度，讓物種還有一些機會透過分佈範圍的變化或演化來適應與應對氣候變遷。

2024年3月25日
台灣大學森林環境暨資源學系副教授  林政道

Q1. 為什麼了解氣候變遷對山區溫度變化的影響這麼重要？您認為這篇研究對大眾而言，最重要的研究發現是什麼？我們有可能從全球的尺度，了解台灣的狀況嗎？

一般來說，山區的生物多樣性往往比平地來得更豐富，這可能是因為山區的地形更複雜、氣候多樣性高，比如說，迎風面溫度較低且雨量較豐富，背風面則溫度較高但降雨較少，以及較少受到人類干擾或開發的影響。特別是在高海拔地區，這些地方就像是孤立的島嶼一樣，多半擁有許多特有物種和豐富的生物多樣性。因此，由於山區地形的複雜性，預測溫度變化相較平地來說更為困難。

此外，氣候變遷下預期的升溫通常是透過相同的溫度遞減率，舉例來說，在絕對乾燥的情況下，每垂直上升一公里，溫度會降低9.8°C，建立等溫線垂直變化速率來做預測，但由於山區往往缺乏氣象站，此方法往往只能大致推測。然而，全球山區的溫度遞減率變化性大，所以有必要在這些地區建立更多氣象站，藉此收集資料以評估氣候變遷對山區溫度影響。

本研究的一大貢獻是結合衛星資料和熱力學模型來建立全球山區溫度遞減率，並標記出在氣候變遷影響下，哪些山區的垂直變化速率(vertical velocity)變化最為顯著，包括阿拉斯加-育空地區、美洲西部與墨西哥、阿帕拉契山脈、勘察加、蒙古等地。雖然臺灣的山區並不是本研究中所指認的垂直變化率變化最大地區之一，但我們仍然可從全球尺度上來理解山區氣溫變化的特徵，並進一步探討東亞季風系統如何影響臺灣山區的氣候，以及臺灣高山生物多樣性的相對反應。

Q2. 您認為這篇研究的限制是什麼？

本研究雖然使用衛星資料與熱力學定律來考慮水氣影響，並計算出全世界各地山區的溫度遞減率，但從熱力學模式所計算出的資料和實地測量的溫度遞減率仍有落差，尤其是在小尺度的準確性上。為了更準確地了解複雜地形中的氣候變化對全球山區生物多樣性的影響，實際上仍需在山區建立更綿密的氣候變遷監測網路，透過實證的資料來驗證，以提供給相關單位做為保育政策與經營管理的科學依據。

Q3. 過去台灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台（TCCIP）的研究發現，在1911-2020年間，台灣的平均地表升溫幅度大於全球平均，這會不會對台灣的山區的物種與其遷移的速度造成更大的影響？

TCCIP 資料顯示臺灣增溫大於全球平均，尤其山地的增溫幅度更大，以我們過去監測臺灣高山土壤溫度資料顯示，過去十年高山增溫比例超過平地[8]。因此這樣快速的增溫對於高山長期適應低溫的物種增加生存的壓力，除生理上的適應外，增溫可能導致物候，也就是生物的週期性現象與氣候的關聯性的改變，造成開花、結果、長新芽受到影響[9][10]，進一步導致物種的繁殖受限，長期下來可能造成滅絕。另外一個值得關注的是溫度增加也可能導致外來入侵種的擴張，更不利臺灣山區物種的生存。

Q4. 現在國際報告不斷提醒，全球的減緩延遲，很難避免升溫超過攝氏1.5度的情境，面對這樣的情況，我們有什麼策略或方式，保護山區的生物多樣性嗎？

目前可以做的除了持續監測山地的生物多樣性與氣象資料外，也需要進一步研究不同物種在生理上對於溫度、水分等環境條件的耐受性，尤其是分布範圍很狹隘或是氣候條件穩定下的物種。許多研究也指出生理的耐受性是決定物種面對氣候變遷下的脆弱度，進而影響其分布。[11][12]舉例來說，經由試驗我們可以得知某一物種對於溫度的氣候區位（climate niche）是 0–12ºC，但超過 10ºC 之後有超過 90% 的族群會無法適應而死亡。因此策略上我們就可以預測未來此物種潛在分布的位置，進而規劃移地保育（exsitu conservation）。另外也能配合擴大保護區，像是在低海拔的範圍、在不同的保護區之間設置生態廊道（ecological corridor）等空間，讓山區物種得以遷徙至適合的分布位置。更進一步我們可以研究關於受氣候變遷影響物種的繁殖技術，透過人工的方式來保存原生山區生態系的生物多樣性。上述的努力與策略都能持續監測山區的生物多樣性與氣候的變化特徵。

參考文獻：

[1] 廖煥彰等，（2014），〈玉山國家公園高山草原鳥類之海拔分布及族群密度變化〉，《國家公園學報》，24(1): 28-39

[2] Chan, S-F., Rubenstein, D. R., Chen, i-C., et. al. (2023). "Higher temperature variability in deforested mountain regions impacts the competitive advantage of nocturnal species." Proceedings of the Royal Society B.

[3] Chen et al., (2011) "Rapid Range shifts of Species associated with High levels of Climate Warming." Science 333, pp. 1024-1026. DOI:10.1126/science.1206432

[4]Chen et al., (2009)  "Elevation increases in moth assemblages over 42 years on a tropical mountain." The Proceedings of the National Academy of Sciences, 106 (5): 1479-1483. DOI:10.1073/pnas.0809320106

[5]與氣候變遷影響山區微氣候相關的研究可以參考：

[6]Chen, I. C., Hill, J. K., Shiu, H. J., Holloway, J. D., Benedick, S., Chey, V. K., ... & Thomas, C. D. (2011). Asymmetric boundary shifts of tropical montane Lepidoptera over four decades of climate warming. Global Ecology and Biogeography, 20(1), 34-45.

[7]Lin, W. C., Lin, Y. P., Lien, W. Y., Wang, Y. C., Lin, C. T., Chiou, C. R., ... & Crossman, N. D. (2014). Expansion of protected areas under climate change: an example of mountainous tree species in Taiwan.Forests, 5(11), 2882-2904.

[8] Kuo, C.-C., Liu, Y.-C., Su, Y., Liu, H.-Y., & Lin, C.-T. (2022). Responses of alpine summit vegetation under climate change in the transition zone between subtropical and tropical humid environment.Scientific Reports, 12(1), 13352.

[9] Price, M. V., & Waser, N. M. (1998). Effects of experimental warming on plant reproductive phenology in a subalpine meadow. Ecology, 79(4), 1261–1271.

[10] Butt, N., Seabrook, L., Maron, M., Law, B. S., Dawson, T. P., Syktus, J., & McAlpine, C. A. (2015). Cascading effects of climate extremes on vertebrate fauna through changes to low-latitude tree flowering and fruiting phenology. Global Change Biology, 21(9), 3267–3277.

[11]Walters, A. W., Mandeville, C. P., & Rahel, F. J. (2018). The interaction of exposure and warming tolerance determines fish species vulnerability to warming stream temperatures. Biology Letters, 14(9), 20180342.

[12]Pallarés, S., Colado, R., Botella-Cruz, M., Montes, A., Balart-García, P., Bilton, D. T., Millán, A., Ribera, I., & Sánchez-Fernández, D. (2021). Loss of heat acclimation capacity could leave subterranean specialists highly sensitive to climate change.Animal Conservation, 24(3), 482–490.

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