2020 美國加州野火探討

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2020年9月加州野火產生的濃煙,遮蔽加州大城舊金山市(San Franscio)的陽光,早晨的市景呈現黯淡的紅色,引起國際的關注。根據加州林業和消防部CAL FIRE (California Department of Forestry and Fire Protection)的資料顯示,2020年的火災事件主要集中在8、9月,8月的複合式火災(August Complex Fire)創下歷史燃燒範圍最大的紀錄,較記錄中的第二名(2018年的Mendocino Complex Fire)多出2倍的面積,是加州森林消失最嚴重的一年。大火發生的原因,主要與乾燥炎熱的氣候有關,當雷暴的閃電誘發火苗時,枯木、落葉與強風助燃火勢,火苗快速向四周漫延,使火勢難以控制。災害應變的作為,包含美國聯邦政府通過兩件紓困案,紓困金高達2,375萬美金;加州政府頒布禁油令,逐年推動降低天然氣和石油的使用,同時,要求電力公司強化電力系統的安全規範,以減少火災的風險。

一、事件背景

「加州」是美國加利福尼亞州(State of California)的簡稱,也是美國人口最多、經濟最富裕的州[1]。加州人口約3,955萬人,2019年度的生產總值GDP(Gross Domestic Product)高達3.1兆美元[2,3],與世界排名第5大經濟體的印度(GDP2.9兆美元)相當[4]。加州的天然資源豐富,包含水資源、水產、木材與礦業[5]。例如,豐富的水資源,可灌溉高達800萬畝農地,使農業成為加州最大的經濟產業;豐富的天然氣,可供應加州約1,200萬用戶使用,致使天然氣管線遍佈加州各地。然而,加州近幾年不斷遭遇乾旱與森林大火的威脅[6-8],天然資源的運用與管理缺失[9-11],常是火災成因,因此,如何完善能源使用與災害管理方式,建造宜居城市,面臨重大考驗。

2020年,加州野火發生的位置如圖1所示,根據美國加利福尼亞林業和消防部CAL FIRE (California Department of Forestry and Fire Protection)的統計結果顯示[6]2020年共發生9,917起森林大火,燃燒的面積達425萬英畝,約台灣面積的三分之一,創下1932年以來的最大燃燒範圍(2)。其中,有5場野火事件,起火時間點落在8-9月,被列入災害範圍最大的前10名歷史紀錄中(3)。相對於野火造成的災害範圍較廣,野火造成的人員傷亡與建物損毀,則相對較低,分別為31人和10,488棟。就單一事件而言,僅North Complex野火事件,造成15人死亡,2,352棟建物損毀,在前10大最具破壞性的列表中排名第五(1)

根據美國國家環境資訊中心NCEI (National Centers for Environmental Information)的資料顯示[12]2020年加州的森林大火與鄰近的奧勒崗州(State of Oregon)和華盛頓州(State of Washington)的森林大火,合併列入2020年的國家重大天然災害事件中。圖4顯示2020年美國重大天然災害事件,共16場,其中,東部以颶風和豪雨導致的災害事件為主,西部則是森林大火和乾旱。圖5顯示重大天然災害事件數與經濟損失的紀錄[13],說明近五年發生的事件數偏多,每年約有3,000-4,000億美元的經濟損失。

圖 1 、2020年加州野火發生位置與範圍示意(數據來源:MODIS;圖資來源:Open Street Map, CC BY-SA 4.0 [14])

圖 2、1950-2020年加州野火燃燒面積(數據來源:CAL FIRE [6];圖資來源:The Washington Post [15])

圖 3  1932-2020年前20名加州野火燃燒範圍最大的事件(數據來源CAL FIRE [6];圖資來源:Kin.com [16])

表 1、前10名最具破壞性的加州野火事件 (數據來源:CAL FIRE [6])

圖 4 、美國在2020年經濟損失超過十億美元的重大天然災害事件(資料來源:NCEI [12])

圖 5 、美國1980-2019重大天然災害事件數的統計與相應的經濟損失(數據來源:NCEI [12];圖資來源:NOAA Climate.gov [13])

二、火災的影響

火災的影響,除了上述直接對災害現場造成人員傷亡、建物損毀、森林植披消失之外,大火所產生的有毒煙霧和溫室氣體,間接對人類健康與環境產生危害。因此,本章節簡述說明煙霧與溫室氣體的分布概況。

就煙霧而言,2020年加州野火事件主要發生在8-9月,燃燒產生的大量煙霧,被美國的衛星(NOAA-NASA Suomi NPP)所記錄下來[17],罕見的大量煙霧先被強勁的落山風(Diablo Wind)吹向加州海岸(6),隨後被大氣環流帶往美國東岸(7),造成美國與加拿大邊界各城市的空氣品質惡化。尤其,鄰近火災發生位置的舊金山市,清晨的陽光被厚重的煙霧阻擋,呈現出黯淡的紅色(8) ,就連舊金山(San Francisco)的金門大橋(Golden Gate Bridge)也隱身在煙霧之中,使當地居民甚為恐慌。同時,加州當地的太陽能發電量,也受煙霧影響,發電量下降期間與大火發生時間相近(9)

就溫室氣體而言,歐洲哥白尼大氣觀測服務系統CAMS (Copernicus Atmosphere Monitoring Service)的資料顯示(圖10),2020年加州野火產生的二氧化碳排放量,比過去紀錄高出許多,但是,就美國整體而言,森林大火產生的二氧化碳排放量則無顯著增加情形。

圖 6、美國NASA衛星在2020年9月10日加州上空拍攝到的影像。紅點標示的是火災發生的位置,淡褐色是霧霾,白色是雲[18]

圖 7、美國NASA衛星影像在2020年9月14-16日紀錄到霧霾擴散的情形[19]

圖 8、加州舊金山灣區被大火造成的煙霧壟罩,天空被染成橘紅色[20]

圖 9、加州舊金山的太陽能發電紀錄(上)與加州野火發生時間軸(下)[21]

圖 10、歐盟的哥白尼大氣監測服務系統CAMS觀測到2003-2020年美國(左)和加州(右)野火的碳排放量[22]

三、火災成因

2020年加州野火發生原因與乾旱、熱浪、閃電、人為縱火和森林管理有關[7, 23-26]

(1) 乾旱與熱浪:2020年夏季加州處在乾燥與炎熱的氣候形態下,火災風險高。根據美國國家氣象局NWS (National Weather Service)的降雨和溫度觀測紀錄顯示[27],近10年來全美平均溫度與氣候平均值(1985-2020)相比,有偏高情形(11、圖12)。在加州地區,2020年的溫度更是打破1985年以來的歷史紀錄,在洛杉磯首次測得49°C的高溫[28]。同時,2020年夏季季風帶來的降雨偏少,比氣候平均值低許多,與 2019年相同,是歷史上唯二缺少季風降雨的一年[29]

(2) 森林管理問題:近年來,由於火災造成的傷亡或火災燃燒範圍有變嚴重的趨勢,美國農業部USDA (United States Department of Agriculture)在加州森林維護項目的經費支出有了顯著的差異(13)。在火災管理作業(Wildland Fire Management)方面[30],經費支出所占的比率,從2005年的16%上升至2015年的52%;在森林維護作業方面,經費支出所占的比率,則從58%下降至29%。由於,森林維護的例行工作,包含河川流域的水資源管理、植物多樣性的保護工作、生態系統的監測等,可強化森林對火災的防禦能力等。當維護工作不足,森林復原的能力仍趕不上火災破壞的速度,森林脆弱度因而升高。

(3) 閃電:2020年的加州野火發生的時間集中在89月,與夏季雷暴(Thunderstorm)發生時間相近(14)。規模罕見的夏季雷暴觸發密集的閃電[31],可能擊中乾燥的樹林或電力傳輸系統,引發火苗,並在枯木、落葉與強風的助燃下,火勢快速的在人煙罕至的地區延燒。同時,由於加州適逢新冠肺炎COVID-19疫情影響[32],滅火行動須同時兼顧防疫作業,使火災救援難度升高[33]

(4) 人為縱火:加州政府在2020年共逮捕到79名縱火犯[6]。除了包含蓄意縱火的人,人為活動也會引發火勢,例如,El Dorado的大火事件是由胎兒性別揭曉派對上施放的煙火所引發[25]。由於人為活動所引發的火災,多發生在交通較易抵達的地方,因此火勢較容易控制,災害範圍較小。

圖 11、美國國家氣象局在1895-2020年紀錄的溫度變異量,紅色/藍色表示變暖/冷的區域佔全美的百分比 [27]

圖 12、2020年9月的降雨(左)和溫度(右)與1895-2020年間的平均值比較[12]

圖 13、美國農業部在2005年(左)和2015年(右)森林管理的支出項目占比[30]

圖 14、美國氣象局在2020年8月17日偵測到的閃電發生位置[31]

四、因應作為

美國政府對加州野火進行的因應作為主要分成兩大項,分別是災害救援和減災管理計畫。

(1) 災害救援計畫:美國政府對加州野火進行兩次重大災害宣告(DR-4558-CA & DR-4569-CA)[34,35],由總統頒布命令,美國聯邦緊急事務管理署FEMA (Federal Emergency Management Agency)統籌管理[36],加州緊急服務部門Cal OES (California Governor’s Office Emergency Services)執行作業項目[37]。總統頒布的重大災害宣告內容,包含災害類型、災害救援範圍(15)、災害期程、災害復原方案、聯邦政府提撥的急難紓困金額度等。災害救援對象以受災個人或家戶為單位。其中,第一、二次提撥的急難紓困金,分別高達1,967萬、408萬美金。災害救援行動,包含災害緊急應變措施、短期與長期災害復原計畫。例如,災害現場清理工作的協助、急難紓困金的申請、短期安置住所的安排、工作輔導、低利貸款等。

(2) 減災管理計畫:分成能源使用和電力系統管理兩大類。

在能源使用方面,由於加州為美國前五大石油與天然氣生產地[5],為了防止使用石油或天然氣發電產生溫室氣體,除了訂定嚴格的鑽探法規之外,加州有許多市議會開始加入簽署禁用石油與天然氣能源的政策[38],並希望透過改用綠色或再生能源,降低氣候暖化帶來的威脅。圖16顯示加州油田分布與產量隨時間變化的情形[39, 40],加州的油產量已從30年前的3.75億桶降至去年的1.75億桶,同時,停止開採的油田也從1萬個油井上升至約2萬個油井。加州除了施行石油禁令之外,2020年,適逢COVID-19疫情威脅,全球實施大範圍封鎖措施,造成石油需求下降,導致加州最大石油鑽探商CRC (California Resources Corp) 聲請破產保護[41]

在電力系統管理方面,由於2018年加州發生歷史上傷亡最慘重的坎普大火(Camp Fire),是由老舊的電線系統引發火苗所造成[42],共造成85名人員死亡和1.8萬棟建物損毀(1)。負責營運的太平洋瓦斯電力公司PG&E (Pacific Gas and Electric),於2020年被法院定罪,並須賠償火災受害者家庭共255億美元。此次火災事件後,PG&E進行內部重組,並被要求強化所屬電力系統的安全層級。其主要電線分布範圍如圖17所示[43],被要求強化的工作項目(18)包含全長241英里的線路強化、線路周邊的樹木整修、電力監測系統的強化、建置400個氣象觀測站、200個現地監視器、600個分流結點等。至2020年底,完成進度約達25%[44]

圖 15、美國聯邦政府頒布兩次加州野火重大災害宣告[34,35]

圖 16、加州油田與天然氣蘊藏位置(左)及油田田產量(右上)和停止開採的油田數目(右下)隨時間變化的情形

圖 17 、加州主要電力系統分布情形[43]

圖 18、加州太平洋瓦斯電力公司PG&E強化電力設施安全層級的施作項目(左)和完成時間表(右)[44]

五、結論

2020年加州野火燃燒範圍打破歷史紀錄,是第二名(2018年)的2倍,總燃燒面積高達425萬英畝,約台灣面積的三分之一。

加州向來擁有多樣的天然資源,其中,豐富的水資源造就龐大的農林畜牧業,同時,蘊藏的石油與天然氣,使加州成為美國第五大石油產地。然而,加州近幾年面臨乾旱與熱浪的威脅,除了洛杉磯觀測到破紀錄的高溫49°C之外,歷年都會發生的夏季季風降雨,卻在2019、2020年缺席。在天候乾燥炎熱的情況下,2020年8月雷暴帶來的閃電,觸發了火勢,在枯木、落葉與強風的助燃下,火勢迅速漫延開來,有多場野火事件,擠進歷史前10大燃燒範圍最廣的列表中。

為避免災害的發生,美國政府檢討了天然資源的運用與管理方式,並制定相關法令。首先,美國聯邦政府針對2020年的加州野火通過兩件紓困法案,由總統頒布施行,紓困金額高達2,375萬美金。其次,加州政府頒布禁油令,包含大型建築全面電氣化,未來不再使用天然氣,並降低石油發電量,逐步改用綠能發電或使用再生能源。希望透過減少碳排放,達到減緩氣候暖化的目標。最後,加州政府也要求電力公司提升電力系統的安全層級,加強汰除老舊電線、增加絕緣防護、線路周邊的植披修整等,以減少火災風險。

相關連結/參考文獻

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