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不容忽視的全球暖化威脅

112/09/14 瀏覽次數 1710
圖一

圖一

當看到暴風雪侵襲某個地區,或者霸王級寒流來襲,我們裹著厚重的外套時,心中可能會冒出疑惑:「不是說地球在變暖嗎?怎麼還這麼冷?」到底「全球暖化」這個概念背後所指的意義為何,目前科學界對於這個議題是如何研究,我們目前應對的措施又有那些呢?

 

全球暖化真的存在嗎?

在討論全球暖化是否真實存在之前,首先要釐清「天氣」與「氣候」的不同。氣候指的是某一個區域長時間的變化趨勢(可能是數年或者數十年的長時間平均),而天氣則是短時間的狀態(例如每日、每周天氣)。因此,當我們探討全球暖化這個議題時,討論的是「整個地球」長期平均氣溫的變化趨勢,例如,在聯合國政府間氣候變遷專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)公布的第6次評估報告(AR6)氣候變遷報告中,結合目前的觀測數據及過去氣溫資訊,發現全球氣溫以穩定的趨勢逐漸上升。

 

中研院環境變遷研究中心副研究員李威良解釋道:「我們看過去的平均溫度時,會發現全球溫度上升並不是一條平直的上升的直線,它會上上下下,像波動一樣,有時候上升,然後進兩步退一步。所以說在短期之內,我們或許會看到溫度會有點下降,但是長期來說還是一直在向上。」從圖中我們可以明顯看到,相較人類工業革命開始以來,溫度正加速上升,目前認為這主要是因為人類活動中,排放出的大量溫室氣體(以二氧化碳為主)所導致。

 

有趣的是,在1997-2012年這段時間,全球氣溫變化不明顯,幾乎沒有上升,因此在當時有學者提出了全球暖化停滯(global warming hiatus)這個概念。

 

全球氣溫真的停止上升了嗎?

當我們談到全球溫度時,主要是指溫度計測量全球空氣的溫度,不過實際上我們還有其他的指標,例如海冰面積、海溫的變化等。李威良副研究員說明:「1997年到2012年,全球氣溫雖然上升停滯,但是海冰減少速度沒有明顯的變化,代表地球有內部調整機制。熱量不是全部都在大氣裡面,有時候會有比較多熱量跑到海洋裡面去。如果我們以地球整體來考量,把大氣、海洋、海冰這些系統全部加進來看,會發現溫度上升是幾乎沒有停止的。」臺灣大學大氣科學系陳正平教授對此也提及類似的觀點:「有人認為所謂的停滯其實並不存在,由於我們較缺乏極區的觀測資料,但其實極區受到全球暖化的影響是最大的(溫度上升較中低緯度快)。如果我們把極區的資料包含進去,也是有專家相信那段時間其實溫度還是在上升。」

 

由於觀測站在地理上分布不均,例如海面上的觀測站遠少於陸地,當我們要談論「全球平均」時,該如何做平均是個值得思考的問題。不同加權的方式,可能都會得到不同的結果;100年前的觀測站數量跟現在也不相同,要如何去比較不同時代之間的數據,也值得探討。全球氣候系統影響因素非常多樣,使得我們要明確指出「全球溫度升高是由於人類排放二氧化碳導致」這個結論並不簡單。

 

如何區分全球暖化是人為造成還是自然變化?

氣候的改變,要區分是來自於大自然的變化周期或者是人為的效應並不直觀。2021年諾貝爾物理獎得主真鍋淑郎(Syukuro Manabe)與哈塞爾曼(Klaus Hasselmann),藉由提出影響地球氣溫的物理模型,來分析有哪些因素會影響全球氣溫。如果要更深入量化分析不同因素的貢獻,則要使用電腦模擬,進行「全球氣候模式」研究。

 

氣候模式把全球空間區分為大致均勻的網格,並將地球上對於氣候比較重要的幾個系統:太陽輻射、大氣、海洋、陸地、冰甚至生物,相關的物理跟化學機制全部包含在裡面。使得我們得以使用電腦計算能量是如何在這些系統之間轉換,以此模擬出全球的氣候變化。這個模式發展出來後,必須要先能準確呈現過去的歷史觀測數據,我們才能相信它可以合理描述地球系統,並基於它來做「氣候實驗」。

 

我們可以把模式中,二氧化碳、甲烷、氣膠這些東西的濃度都稍微變化一點,看看地球的反應是如何。我們發現,如果只考慮自然因素,例如太陽能量的變化、過去火山噴發造成的火山灰等進行模擬,在過去150年來,地球溫度不會有太大的變化。但是如果加入二氧化碳的話,溫度會上升;若考量氣膠效應,會稍微抑制暖化的趨勢,但整體來說還是持續地暖化。李威良副研究員總結道:「因為我們模式能夠準確呈現過去的歷史變化,所以相信它有一定的預報能力,可以用來分析各個因素對地球的影響。」

 

在確認過模型可以重現過去的觀測數據後,科學家便能夠來預測未來的氣候。經由經濟學、社會學等綜合性的推估未來經濟發展情勢,我們可以將未來人類的經濟活動、碳排放等歸納成數個情境。以「共享社會經濟路徑」(shared socioeconomic pathways, SSP)以及「代表濃度途徑」(Representative Concentration Pathway, RCP)來進行描述,其後方跟著一個稱作「輻射強迫力」 (radiative forcing)的數值,用來表示世紀末地球表面接收到的太陽輻射,與基準年(西元1750年)相比增加的數值。例如,RCP1.9代表在21世紀末,地球整體吸收的輻射總量比1750年增加了1.9W/m2。這個數值對應到比較容易理解的數字,就是到21世紀末地球平均溫度上升約1.5℃,也就是巴黎協定所規範的數字。利用不同的二氧化碳排放路徑,再加上全球氣候的模型,科學家就得以估算地球平均溫度上升的方式。

 

天氣預報都不太確定,怎麼預測數十年之後的溫度呢?

我們目前無論是進行天氣預報,或者是長期氣候的推估,都是使用電腦模式進行模擬研究。不過氣候模式跟天氣預報模式的重大差別之一,在於觀點不太一樣。在天氣模式中,我們需要關注風怎麼吹、鋒面、颱風等天氣系統之間是如何移動、彼此互動。如同著名的「蝴蝶效應」比喻,天氣系統整體來說是個複雜系統,些微的初始條件變化,就會導致完全不同的結果。因此,我們目前天氣預報可能在2周內還是大致正確,但是超過2周後,參考性就會迅速降低。

 

但是氣候模式關注的是地球整個系統的能量進出情況,比如說太陽提供了多少能量,其中多少百分比進入大氣、多少被吸收反射,又有多少進到了海洋、海冰系統。從宏觀能量流動的角度來看,我們知道總體能量增加的話,平均溫度就會上升。因此如果要預測數十年後某一天的氣溫,我們的確是無法辦到。但是推估在某種碳排情境下數十年後的平均氣溫,目前的氣候模式對這種長期溫度變化還是可以提供可靠的推估。

 

地球發燒,會自己康復嗎?

1969年,詹姆斯‧洛夫洛克(James Lovelock)提出了「蓋亞假說」,認為地球如同一個生命體,裡面具有內在調控、維持穩定的機制。當地球環境發生改變後,地球內部會有自然的機制進行自我調控,使得地球系統不會失控,可以進入另一個適合生命存在的穩定狀態。眼下,人們使得全球暖化加劇,我們是否可以期待地球藉由自我調適,降低全球暖化的影響呢?

 

蓋亞假說背後隱含的概念,其實是指地球系統裡面有許多負回饋的機制。例如,古氣候中曾經出現過地球被冰覆蓋,如同一顆雪球。在這種情況下,由於冰會反射太陽光,如此一來到地表的太陽光減少,氣溫會愈來愈冷。如果是這樣的話,那生命就不會發生。但實際上,有許多機制會使這個雪球無法繼續維持下去。例如天氣很冷時,水蒸發過程會變緩、漸漸不會下雨,雪就無法繼續累積,然後氣溫就會慢慢回升,讓雪球無法繼續下去。李威良副研究員分享道:「儘管地球上有諸多機制可以維持系統穩定,但是它運作的時間比較長。例如這個雪球的例子,它可能持續了上千萬年之久,雪才慢慢融化,回復生機。但現在人類造成全球暖化的速度太快了,在過去一百年就上升了一度,地球本身的調控機制其實無法如此迅速的調整過來。」

 

陳正平教授提及,「蓋亞假說的精神在於它是針對整個地球的生命系統,並非單單為了人類。也就是說地球上的各種回饋機制,可以使地球整體環境適合「生命」存在,但是不一定會適合人類存在。」

 

為碳中和而努力

IPCC在第六次評估報告第三冊《氣候變遷的減緩》(AR6 Climate Change 2022: Mitigation of Climate Change)裡面指出,如果目前沒有特別加強減碳的政策,在本世紀末,全球平均氣溫可能會升高2至3度。在這種情況下,極端天氣的發生會持續加劇。根據評估,依照目前各國發展狀況,如果開始「盡力」進行減碳措施,是有機會只讓地球升溫1.5℃。

 

於2022年3月,「臺灣2050淨零排放路徑藍圖」正式公布,經由設計階段性的目標、能源的全面轉型,期望能在2050年使臺灣達到碳中和,符合IPCC預測世紀末升溫不超過1.5℃的情境。減碳的具體實施雖然看起來離我們生活很遙遠,但是當愈來愈多人認知到目前暖化的嚴重程度,便有辦法形成共識,形塑出未來政策、執行的大方向。期望在數十年後,我們能自豪的回顧台灣在21世紀初對減緩全球暖化做出的努力。

 

(客座總編輯|中研院環境變遷研究中心特聘研究員 許晃雄教授;研究顧問團隊|國家災害防救科技中心 陳永明組長、國立臺灣大學國家發展研究所 周桂田教授、國泰金控 程淑芬投資長、行政院能源及減碳辦公室 林子倫教授;責任編輯|梁孟娟、趙守予)

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