熊爸聊日本清酒：熱不熱很重要！？

靠天吃飯 - 現代科技在農業中的應用

大部分的教科書都會告訴你，要把某些產區的名稱好好熟記，去了解該產區品種的特色，但為什麼會有這些產區的特色？為了要了解這件事情，我們就必須追本溯源來了解「農作物」。

酒米也好、葡萄也好，都是屬於大自然與人類共生共存的農作物，近年來因為全球氣溫變化的影響，栽種環境的參數每年都有巨大的變異；當然連在台灣的果農也身受其害，例如台中摩天嶺的柿子與梨山的水梨等。

在法國，酒農會透過 GPS 定位系統及溫濕度感測，在每單位公頃葡萄田中設置測量器，將每塊葡萄田劃分成格子狀，簡單來說就是用微積分的概念把土地以成本考量下可執行的量測手法進行監控。例如將一塊1公頃大的葡萄田，切為 100 塊方形面積，透過氣候資訊及 GPS 定位，便可以推測採收前糖度、酸度，提供釀造時參數上的調整與變化。

在日本的山梨大學、東京農大、京都大學中，也一樣設置有科學農業研究，用以探討「微氣候」結構。根據大氣中甲烷濃度與季節、地域關係，直接在空氣中採集分析，並且利用 GPS 定位，收集該地的氣候特徵。2009 年日本的人工衛星「GOSAT」升空（日本名いぶき）搭載著各地的採集器，將稻田切割成方格塊，依據風向、熱量、日照、雨量、土質、排水、蒸發量、溫度、濕度等各項特徵，來推定出穗期與成熟度。

在收集到這些數據之後，再來就是算數學的時候了。農耕地與大氣之間最常連動的參數，莫過於「熱能」與「水氣」，作為農作物培育的環境，農耕地本身的地理條件，包含地勢、土壤、水質、氣候條件等可視作為一個微型氣候結構，在這氣候結構中可以「交換係數」的數據模型來定義特徵，推理及還原所謂的「風土」。

交換係數的定義與特徵

首先，需要考量的要素有大氣與地面之間的熱交換，一般來說地表面吸熱公式如下：

其中 ref 與 ε 分別為地表面日照反射率及射出率，S 與 L 為地表全天日照量及大氣中長波放射量，Ts 為地表溫度，σ 為熱力學中的斯特凡定律，一個黑體表面單位面積在單位時間內輻射出的總能量（稱為物體的輻射度或能量通量密度）j* 與黑體本身的熱力學溫度 T（又稱絕對溫度）的四次方成正比。H與IE為地表往大氣運送的顯熱與潛熱，G 則為往土壤的傳導熱。

那先來炸公式囉！

「講人話！」我想應該有人會這樣罵，好的，熊的語言暫時放一邊，轉成人類的語言就是：「在微氣候需要考慮的因素，可以用以下幾種公式作為指標定義。」

1. 地表的能量收支：地表的熱量來自太陽，在同一時期接收與散出的熱能關係。

2. 全熱＝顯熱 + 潛熱：不同土質造成地表不同溫度變化，對植物的熱能吸收效益關係。

3. 牛頓冷卻定律：在太陽下山後地表的溫度降溫變化關係。

4. 莫里荷夫相似理論（Monin-Obukhov Similarity Theory）：風速與地勢高度的氣流穩定度關係。

5. 地表粗糙度與蒸發散量：太陽輻射反射高低與水分蒸發關係。

6. 植被（酒米）密度與交換關係：單一面積中的栽種密度與是否進行均質栽種的關係。

7. 無風狀態下自對流所造成的溫度差與蒸發效果：在水田中預測水溫溫度變化，在稻田規劃時預測栽種密度關係。

小結論

關於用數據分析來探討「風土」一說，以目前科學驗證來看正在如火如荼進行中，然而在講求科學證據的前提之下，資料收集是一個很大的問題。另外僅利用已知的公式遠不足以應付解釋眾多地域性、氣候性上的特徵變化，在現有的研究中我們仍在努力。

本文啟發於台北大稻埕Sake Bar「市井」微醺後，以及台中 Sake La Vie 醴云與家兄共酌。

參考文獻：

1. 農耕地における地表面交換係数，低温科学第 77 巻編集委員会，2019/03/20

2. Atm S 547 Boundary Layer Meteorology, https://atmos.washington.edu/~breth/classes/AS547/lect/lect6.pdf

3. An insight into Newton's cooling law using fractional calculus, Journal of Applied Physics 123(6):064901 · February 2018

4. GOSAT 等を応用した南アジア域におけるメタンの放出量推定の精緻化と削減手法の評価、研究代表者：林田 佐智子　奈良女子大学理学部　教授

http://www.nara-wu.ac.jp/ertdf/research/index.html

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