合歡山山區高山地形與氣候研究

陳毅青

臺灣大學地理環境資源學系碩士生

台灣大學地理環境資源學系台灣地形研究室與柏林自由大學，進行台灣高山地形發育之國際合作研究，以合歡山山區為主要的研究區針對高山地區之氣候觀測、集水區之水文狀況、集水區之輸沙地表風化研究、崩塌地、土壤沖蝕的各項研究，透過地表現象的觀測、測量與資料記錄，對於台灣高山之地形作用與特殊地形景觀有多、深入的瞭解。

        合歡山位在中央山脈中部，正位於花蓮、台中、南投三縣的交界處，也是大甲溪、立霧溪、濁水溪的源頭，海拔在3000至3400公尺左右，也是中橫公路公路的最高點，為台灣最容易親近之高山，每當冬季，寒冷又潮濕的大陸冷氣團來臨時，潮濕氣流的交會處，豐富的水氣遇高山屏障抬升，便化成瑞雪降下，將整個合歡山區鋪成皚皚的白頭，往往吸引許多遊客前來一睹台灣難得一見的雪景。沿途之合歡主峰、合歡東峰、合歡北峰、合歡西峰、石門山皆為容易親近之「百岳」路線，也是許多登山客入門的試腳石。
　

一、氣候監測
        不同的氣候特性，往往反映出不同的地形作用規模與特性，若欲瞭解合歡山區地形作用，必須要對於當地氣候條件有深入的瞭解，在高山地區進行氣候監測前，必須要瞭解山區之氣候空間差異是相當大的，譬如在對流層內氣溫的變化，每當海拔高度上升1000公尺，氣溫隨著高度降低約6.5℃，氣溫就隨著地勢起伏有很大的空間差異；雨量的分佈在山區的空間差異也相當大，當潮濕空氣被高山屏障抬升，而在迎風坡經常產生地形雨，當空氣越過山稜線之後，降雨過後之乾空氣，在背風坡便不易降雨。

        本研究已經在合歡溪上游，安裝自計式的氣象監測系統，監測系統配有太陽能板供電，能讓系統穩定而持續的運作，監測系統包含氣溫計、濕度計、風速風向計、雨量計，資料蒐集處理器（Data Logger）將資料進行運算、儲存，並配合GSM將記錄的資料傳輸到研究室之中，達到即時監測的目標。

圖1、合歡山高山研究位置圖

二、地表凍融作用與崩塌地
        合歡山山區之年均溫為5到10℃，在秋冬之際，日夜溫差差異大，日間氣溫約在10℃

以上，夜間氣溫往往遽降近冰點，甚至低於冰點，由於地表之比熱較低，地表溫度與淺層地表在夜間下降速率比氣溫下降速率更快，地表溫度經常隨著日夜溫差起伏在冰點上下震盪，導致土壤中的水分重複結凍與融化的過程，成為凍融作用（freeze-thaw process），凍融作用會產生岩石風化（weathering）與土壤潛移（solification）兩種作用，由於岩石縫隙中的水分，受到凍融作用影響，不斷結凍成冰而膨脹的過程，逐漸將岩石撐開，導致岩石破裂；土壤潛移方面，由於土壤中水分結凍膨脹時，會將土壤表層物質抬升，融解時，物質順著下邊坡移動，導致土壤緩慢的向下邊坡移動。地表溫度是控制凍融作用的重要因子，本研究也在合歡山區設置地表溫度計錄器，在不同深度之地表下進行監測，以瞭解凍融作用對於地形之影響。
        我們在武嶺附近可以觀察到草坡中分布的崩塌地，崩塌地數量雖然不多，崩塌地之類型與成因對於下游集水區輸沙之供應相當重要，合歡山為許多河川的源頭，經常受到河川向源侵蝕與側蝕影響形成崩塌地，另外，山區降雨對於崩塌地影響程度為何，也是我們關注的重點。因此，本研究也將利用航空照片圖與衛星影像進行歷年崩塌地判釋，利用這些影像可以快速且大範圍的掌握崩塌地發生的位置與面積，並配合其他地形與水文因子，進一步探討崩塌地發生的原因。

三、集水區水文與輸沙
        集水區水文與輸沙是本研究的重點之一，台灣高山地區往往是許多重要河川的源頭，而河川上游之水文特性與輸砂量往往對於河川下游河川之水流流量與河道變化有重要的影響，合歡山山區因特殊的氣候條件與植被覆蓋，其水文特性與台灣其他中低海拔的集水區不同，本研究利用氣候監測系統的雨量計與水位計，來瞭解降雨與河道流量之關係。
        台灣雖然面積只有36000平方公里，但輸沙量卻佔全世界的2.1％，許多國外學者也對於台灣河川輸沙有相當大的興趣，因高山地區位在中央山脈的變質帶，岩石往往受到應力擠壓而相當破碎，加上受到特殊氣候的影響，容易產生的凍融風化與侵蝕作用。
        一般來說，研究河川的輸沙根據移動方式，可分為溶解質（Dissolved load）、懸移質（Suspended load）與推移質（Bed load）三種，溶解質為各種金屬與非金屬離子，以離子的型態存於河水之中，這些離子大多無色，我們無法用肉眼直接觀察；懸移質是指極細顆粒的粉沙和黏土，在流水中是以懸浮的方式前進，當河水混濁時，代表懸浮質濃度高；而推移質是指粒徑較大的物質，沿著河床以滾動或跳動的方式在河水中運動，一般來說，在台灣推移質為河川主要輸砂來源。
        本研究在合歡溪集水區之河道裝置自動採水樣器與，假設河川主要輸沙來源大多在降雨事件時，因此，我們配合雨量資料，設定當累積雨量超過特定門檻之後，自動採水樣器便開始自動採樣，在降雨事件後，將採到的水樣進行過濾與烘乾的過程，便可得到溶解質與懸移質的含量。並且在河道底部蓋上一層帆布，用來攔截降雨時的推移質，收集集水區完整的輸沙資料。
        除了瞭解地表之作用之外，究竟這些輸沙過程的侵蝕、搬運與堆積的作用，是如何影響河道的變化，這些河道的地形變遷也是我們關注的問題。而合歡溪上游的掘鑿曲流地形，在攻擊坡與滑走坡等，不同位置上是否反應不同的特性，本研究也希望在降雨事件的前後，特別是颱風事件前後，進行河道河床的測量，在野外測量方面，利用全測儀 (Total Station)能夠獲得快速且精確（精度可達公分級）的地面高度資料，來比較降雨事件前後的地形變化。
　

圖2、合歡溪集水區照片
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圖3、氣象監測系統

四、結語
        在地景保育的觀點，台灣具有特殊的高山景觀，隨著遊憩觀光人潮的增加與道路的開闢，事實上，這些高山地景是面臨相當程度的威脅，當我們在思索地景保育與永續發展的問題時，而這些研究提供我們許多寶貴的資料，對於這塊地方有更多且更深入的瞭解，有哪些行為可能對高山地景與河川下游造成破壞？如何讓高山地景變得更容易親近，讓更多遊客更瞭解她？在發展觀光之餘，如何避免不必要的破壞？高山地景對於遊憩的承載量為何？如何達到永續經營的目標？為了不讓這些問題緊緊成為空談，需要許多基礎的相關研究作為背景，以及許多人對於珍貴地景的關懷。
五、參考文獻
中央氣象局全球資訊網 (2006) http://www.cwb.gov.tw/
經濟部水資局（2001）中小型水庫集水區治理成效及土砂整治率評估計畫。