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史上最大海廢清淨行動——「海洋吸塵器」暫告停擺,專家分析可能原因

2019.06.28
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編按:2013 年,年僅 18 歲的荷蘭少年 Boyan Slat 正式發起了「海洋清淨行動」,設計出長逾兩公里的漂浮設施,擬將其架設於太平洋上,如吸塵器般、移除漂浮在海面的大量塑膠垃圾。2014 年,Slat 公開募得近 220 萬美元資金,得以著手實現這項專案。

2018 年 9 月,海洋吸塵器正式啟航,團隊當時表示,若順利進行,預計同年 10 月可開始回收垃圾、5 年內可清除 50% 的太平洋垃圾帶。然而,10 月時,已經攔截的垃圾卻開始漂離吸塵器,該設施更於 12 月出現局部斷裂情形,團隊只得將其拖回維修、清淨行動暫告停擺。

社企流持續追蹤海洋吸塵器報導,為讀者更新海洋吸塵器的最新進度。本文由長期關注海廢議題的 NGO 工作者顏寧於今年(2019 年)一月撰寫、編譯,分析海洋吸塵器出師未捷的可能原因。今年 3 月底,海洋吸塵器團隊也發布了檢討聲明,列舉需要改進的項目,預計數月後重新啟航。

文:顏寧(2019 年 1 月 13 日)

史上最強募資計畫!全世界海洋滿滿的塑膠垃圾,就靠這支吸塵器來救了!身負眾望的清理行動,卻出師未捷,暫時得拖回修理。什麼,一點也不意外?請聽我從頭說起吧。

16 歲時在希臘的一次潛水,親眼看見海裡的塑膠袋比魚多的畫面後,荷蘭青年柏揚.史拉特(Boyan Slat)發下宏願,打算用海洋吸塵器把全世界海洋清乾淨。此番豪語吸引了上千萬美元的捐款,他 18 歲就成立了自己的組織「海洋清理行動(The Ocean Cleanup,後簡稱 TOC)」。雖然短短幾年,小鮮肉突然變成滿臉鬍渣的(即將步入)中年男子,他信心滿滿,宣稱只要有 60 個這樣的系統,就能在 2025 年減少海上一半的垃圾。

去年 9 月,眾所注目、小名威爾森的系統 001(System001)(也就是俗稱的海洋吸塵器)浩浩蕩蕩從舊金山出發,當時我還認真追了兩個小時的直播。沒想到,過了幾個月,從「嗯天氣不理想我們還在試」、「出現塑膠!但它漂走了我們還在研究為什麼」、「系統調整中」、「系統調整中但速度不理想」、「嗯……威爾森要先回港口修理」,到今年一月初慘烈的「哎呀它斷了」。

雖然史拉特面對接踵而至的打臉酸文表示:「說我失敗的都是胡扯!這本來就是實驗,邊做邊學也是很正常的。」

這個史上最強募資的環境行動,到底告訴了我們什麼?

在討論海洋吸塵器到底可不可行之前,讓我這個物理苦手,翻譯加拿大海洋物理學家克拉克.理查(Clark Richards)博士從流體力學的角度來看海洋吸塵器為何失敗的文章。

一句話總結本文:大海強而有力,而且喜歡把東西扯爛,吸塵器爛掉也只是剛好而己。

簡單說,海洋是個很難工作的地方。說真的,有專門讓工程師把設備丟到海裡看有多少能生還的研討會,他們這樣形容:如果你能把設備拿回來,代表那是成功的計畫;如果它還能紀錄到任何數據,那就是錦上添花了。

TOC 提出的是一個自由漂浮的系統 001,團隊宣稱在洋流、風和海浪的作用下,系統 001 會比塑膠漂得更快,然後把塑膠垃圾集中到U字形的圍欄中間,就可以輕易的蒐集垃圾。

理想情況是:風、海浪和洋流全都是往同一個方向走。

如影片中所呈現的,系統 001 作為垃圾收集系統的前提是:通過風,波浪和洋流的共同作用,U 形圍欄會比漂浮的塑膠垃圾更快地掠過水面,因而能夠收集、集中垃圾,最後清除。 TOC 的想法是:雖然圍欄和塑膠垃圾都會隨著洋流而漂移,因為圍欄像帆一樣從水中凸出,所以它能藉由風力,移動得比表面水層更快。

以下我用我覺得比較親民的方式,來跟大家介紹一下克拉克.理查博士概略的描述波浪跟風的運作,與環流和太平洋垃圾帶。

1. 波浪比你想得複雜

海浪移動的期間,水粒子以小圈圈(通常稱為波浪軌跡)的方式移動,可看下面動畫了解圓形軌跡的移動。簡單來說,海浪前進時同時受到前進的動力與軌道力的作用。另外,波浪在傳播時,它的方向也會有一些漂移,為了紀念 1847 年用數學方法來描述這個漂移的斯托克斯先生(Gabriel Stokes),我們就把這稱為「斯托克斯漂移(Stokes Drift)」。斯托克斯指出,漂移量是非線性的,取決於波幅與波長。舉例來說,對波長 10 米、週期 10 秒(類似於典型的海浪)的 0.5 米振幅波,表面的漂移速度約為 10 公分/秒。

覺得頭很脹的同學別緊張,以上只是要說明,任何在水裡、被水粒子包覆的東西要移動,都需考慮到力、推進波、波浪動能的不同組成(讓我們緬懷親愛的牛頓與逝去的物理課……)。而比起巨大的、長達 600 米的漂浮圍欄,一塊小小的、漂浮的塑膠垃圾,會更容易受到斯托克斯漂移的影響。而單單這點就足以打臉這套被動收集系統了,史拉特你怎說?

 

2. 我不知道風往哪個方向吹:風也很複雜

1905 年,瑞典海洋學家艾克曼(Vagn Walfrid Ekman)發現,當風吹過海水表面,因空氣和水之間摩擦力產生的水流,並不會跟著風往同一個方向移動。原因是由於地球自轉,地表物體的運動會受到與運動方向切線的加速度,讓原本直線的運動沿著彎曲的路徑走,也就是科氏力(Coriolis force)。

總之,在理想的大海(如果世界上真的存在這樣的地方……)上,表面吹著穩定的風,表面的水流實際上跟風向是呈 45 度角。至於是往左還往右 45 度,則取決於你在北半球還南半球。更酷的是,表層的水流也會對其下方的水層產生摩擦力,以致下方的水層也會有個角度的移動,層層往下以此類推。風所造成的流動,會隨著深度而作用力漸小,因此產生了一個梯度向下的螺旋,稱為艾克曼螺旋(Ekman spiral)。

 

螺旋穿透的實際深度取決於一個叫做 Az 的神秘海洋參數,它描述了水層之間垂直混合的動能,有點像是它們之間的摩擦力。不過,很明顯的是,靠近表層漂浮的塑膠碎片跟 3 米深的浮動圍欄,它們承受的風力和水流是不一樣的,因此,它們也不會朝著同一方向移動的。嗯……這個結論,會讓系統 001 很難收集塑膠垃圾啊。

3. 環流更是複雜到不行

什麼是環流?如果把時間軸拉長、洋流是平均的狀態下,的確我們可以看到一個龐大的、旋轉的巨大海流。不過,在任何一個瞬間,實際的大海受到不同空間和時間尺度、亂七八糟流(簡稱為「亂流(或擾流)」)的作用,沒那麼容易掌握啊。簡單說,風、波浪和流場在空間和時間上都是高度變動的,而且從不會在同一個時間乖乖的停在同一個地方。同一時間、地點的洋流和波浪,也不盡然是該地點的風所造成的。大海裡經由各種不同過程產生的漩渦,會在力量消散前傳播到海洋盆地的各個角落。

在這樣的情況下,系統001想要在茫茫大海中找到太平洋大垃圾帶,即便有垃圾帶大致分佈的位置,但系統 001 如何能及時回應瞬息萬變的各種風、波浪和海流?

其他人怎麼看海洋吸塵器?

2004 年,首篇提出「微塑膠(microplastic)」一詞,持續投入微塑膠研究十餘年,被海廢界尊稱為微塑膠教父的理查.湯普森(Richard Thompson),人們問他怎麼看這個史無前例的清理計畫?

他說:如果我有那麼大的一筆錢,我希望 95% 用於防止垃圾進入海洋,只把其中 5% 用於清理。

發起全球淨灘行動(International Coastal Clean-up)的非營利組織海洋保護協會(Ocean Conservancy)也不看好這個行動。

首席科學家喬治.里歐納(George Leonard)表示:我們海洋保護協會對這個計畫抱持高度懷疑,但我們希望它能成功。不過,如果你不阻止塑膠流向海洋,一切都是徒勞無功。

澳洲聯邦科學與工業研究組織 CSIRO(類似台灣工研院)學者丹妮絲.哈德蒂(Denise Hardesty)強調,海洋吸塵器絕不是萬靈丹。她認為,我們可以更有智慧的投入資源,聚焦於源頭,趁垃圾到達海岸前就攔截、清除。她說,就像浴室淹大水,你會很慶幸有拖把和抹布,反正最後我們還是要把它擦乾淨;但是,如果水還繼續再漏,我們要先想辦法把水龍頭關起來。

什麼方法才有效呢?繼續撿垃圾,還是從源頭就扼止垃圾產生?

澳洲政府每年花超過 100 萬澳幣在清垃圾,研究團隊評估到底錢怎麼花,最能夠有效減少垃圾。他們發現,投資在廢棄物管理(包含回收、防止亂丟垃圾和非法棄置的政策和教育),比預算單純用在清掃上,更能夠有效減少海岸上的垃圾。這個故事有興趣的朋友可以直接看 paper 本人,中文版容我之後再細細說明了。

本文獲作者授權轉載,原文標題:海洋吸塵器,為什麼一下就死掉了

參考資料
The (ocean) physics of The Ocean Cleanup’s System 001(Deep Sea News)

延伸閱讀
>>「史上最大淨化海洋計畫」將於明年啟航,清潔速度快上7千多倍 成本只要3%(2015)
>> 海底垃圾竟比預估多10倍:「海洋吸塵器」創辦人延長計畫,預計10年清除太平洋垃圾帶(2016)
>> 清海廢不用等到2020年!「海洋吸塵器」計畫進度大幅提前,預計1年內啟航(2017)

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從天氣預測到疾病預防:「氣候服務」重新定義氣象資料的未來價值

2019.06.28
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「氣候服務」(Climate Service)是將氣候研究、監測、模擬所得到的科學資訊轉化為可實行的服務,協助社會更適切的因應及掌握氣候風險與機會。

低碳生活部落格/文:王振益

近日高雄本土登革熱病例突然上升,爆發大流行疑慮再起。有人說今年年初的暖冬可能導致登革熱再度流行。那氣象資料是否能幫助流行病預測呢?近日的氣候服務工作坊,便探討氣象局累積的大量氣象與氣候資料,除了運用在氣象預報以外,是否有更多加值服務的可能。

依據世界氣象組織(WMO)的定義,「氣候服務」(Climate Service)是將氣候研究、監測、模擬所得到的科學資訊轉化為可實行的服務,協助社會更適切的因應及掌握氣候風險與機會。

2018 年,國家發展委員會與中央氣象局、國際氣候發展智庫(ICDI)、台灣大學等共同舉辦了第一屆氣候服務工作坊,邀請各界,包括:政府部門、區域組織、城市治理、企業及公民與學研團體等,分享經驗並共同討論氣候服務的產業加值應用與推動策略。

今年 6 月11 日舉辦第二屆,持續探討氣候服務於產業的實踐,聚焦「能源」、「建築與工程」、「健康」、「氣候金融」等 4 大面向,探討氣候服務支援跨域產業的案例,並具體討論實踐綠色經濟的效益。

氣象局程家平副局長說明,近年氣候變遷影響,過去的經驗不再適用,不確定性因素增加,也無法以天氣變化來得知氣候變遷趨勢。民眾除了看短期的氣象預報做災害預防以外,也有對中長期的氣候資料有需求來及早準備,如今年高雄在 2 月即出現本土登革熱病例,或許可利用氣候資料,提早預測疫情爆發的可能,及早加以防治。

氣候服務有許多面向,包括公眾生活服務、防災保育、政府的氣候變遷調適規劃和國際合作,而經濟方面的加值應用也逐漸重要,例如保險估算、營建工期等。氣象局針對跨領域應用列舉案例,如農災預警系統、養殖漁業低溫早期預警,綠能方面也成立了綠能預測平台,讓風光不再是不穩定不可預測的能源,方便電力公司做電力調度,讓電力公司也可以「靠天吃飯」。

工作坊也介紹氣候服務在風光應用的例子,如想要預估太陽光電發電量,但實務上日照計不足及髒汙,導致日射時數不準怎麼辦?危機就是商機,工作坊請來 AI 業者慧景科技分享,利用衛星雲圖的雲量,模擬計算全台日照量,作為判斷電廠發電效益的標準。

另外,風能除了可減碳之外,冬天風力發電量大,還能降低燃煤發電需求,可減少冬天空汙。但離岸風機承受的了颱風的強風嗎?氣象局利用模式與測站資料推估,台灣西部離岸風場的颱風極限風速在每秒 55 至 60 公尺左右,提供廠商風機耐風能力的參考數據。

氣候服務是否也可應用在建築節能?台達基金會與多方合作建置「建築微氣候資料庫」,將過去近 20 年歷史氣象資訊,轉化為符合建築資訊模型(BIM)使用的氣象參數,協助建築師打造更節能的建築。建模軟體公司歐特克也介紹綠色建築資訊模型(Green BIM),軟體可使用氣象資料,模擬建築能耗。

健康方面的案例是應用氣候資料預測登革熱,ICDI 與中原大學環工系合作,建置邦交國索羅門群島的登革熱預警系統。2016 至 2017 年索國登革熱爆發,分析與降雨量相關,研究結果以平均降雨量與平均溫度來預測效果較佳。台灣南部的登革熱預警系統,也依平均溫度和雨量來設立預警燈號。

中原環工系系主任王玉純教授說明,登革熱是種環境病,與環境清潔有關,病媒蚊適合溫度在18 至 36 度,南部溫度大多落在這區間。但適合的氣溫也不見得就會發生,也跟病毒類型與免疫力有關,而台灣流行發生頻率大約 4 至 5 年。

台灣受到全球暖化的衝擊巨大,在面對氣候風險進行趨吉避凶與氣候調適的同時,若能兼顧產業的轉型發展,並創造更高的經濟效益,將是台灣推動氣候服務的最佳實踐。

全文轉載自低碳生活部落格,原文標題:應用資料預警登革熱爆發?氣候服務產業興起

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