從北極到南極,全球氣候怎麼變? & 全球暖化的理與盲

<從北極到南極,全球氣候怎麼變?>

這場演講,是趟穿越時空的旅行。我們計畫從北極走到南極,了解太陽輻射與地球自轉如何驅動大氣環流,近而影響不同區域的氣候、生態與農業活動。我們也將穿梭古今,討論氣候學家們是如何利用理論、模擬、與觀測,探討過去、現在、與未來的氣候區分佈。當地球系統精巧的能量與動量平衡被人類打破時,世界將變成什麼樣子?

講師:黃彥婷|臺灣大學大氣科學系助理教授

一般人從北極走到南極,最直覺感覺到的,是氣溫變化;但是在大氣學家眼中,濕度變化才是影響一個地區氣候最關鍵的因素。我們把地球各地區年雨量分布圖畫出來,大致上可以看到熱帶的上升區比較潮濕,副熱帶的沉降區比較乾燥,溫帶濕度大體適中,寒帶又變得比較乾燥。如果再觀察得細緻一點,會發現低緯度區吹東風的大陸,東岸一般會比西岸潮濕一點;但是到了吹西風的中緯度區,反而是西岸會比東岸潮濕。氣流是上升還是沉降,吹東風還是吹西風,大體上決定了一個地區的年平均濕度。

我們把時間軸細分到以月為單位,觀察地球各地區月雨量分布圖的變化,就會發現雨帶會隨著季風,在不同緯度之間規律平移。這個現象名叫哈德里胞 (Hadley cell) ,也就是赤道附近的氣流受熱上升,到了對流層後分別往兩極移動,到了緯度 30 度附近冷卻沉降,然後沿著地表回到赤道,再受熱上升,形成循環。季風這個現象是哈雷 (Edmond Halley) 提出的,但是哈德里 (George Hadley) 站在這位巨人的肩膀上,為季風提出解釋:當赤道的空氣受熱上升,往兩極方向移動時,受到地球自轉的影響,根據角動量守恆定律,旋轉半徑變小,風速隨之增加,因而形成西風;在中緯度沉降回到地面之後,受到科氏力的影響,改吹東風回到赤道。簡單來說,「地球是個會旋轉的球體」,就形塑了大氣環流的基本架構。

如果把全球月雨量分布圖搭配全球火災分布圖,更會一目瞭然地發現一個現象:哈德里胞一離開,當地的火災頻率就會驟升,反之亦然。我們很容易想當然耳地認為,這很明顯印證了大氣環流對於氣候的影響,但實際上那些火大多是人類自己放的:當地農民趁著不下雨的時候,放火整地。農民是根據長年累積的經驗,決定什麼時候進行火耕,但是隨著氣候變遷愈來愈劇烈,這也會影響到他們的火耕節奏。

第一個為全球暖化提出理論模型的,要算是日裔美籍的氣候學家真鍋淑郎 (Syukuro Manabe) ,他發現二氧化碳濃度上升時,空氣能夠容納的水蒸氣也會變多,這個正回饋效應就是如今大家耳熟能詳的溫室效應。他把熱力學方程式、流體力學方程式、水循環、能量輻射傳導等等關鍵因素放進模型裡,做出了三個相當重要的預測:一、二氧化碳濃度若是增加一倍,全球均溫會上升攝氏 2.9 度;二、北極升溫會比其他地區更快;三、水循環會變得更為劇烈。借助現代先進的衛星與海洋觀測設備,這三個預測先後獲得證實;除此之外,我們觀測到的沙漠化現象,以及中緯度暴風路徑往兩極平移的趨勢,也都符合理論模型的預測。

理論與模型為觀測結果提出解釋,觀測結果則可以印證理論與模型。因果關係確認之後,剩下來就端看人類有何作為了。

 

< 全球暖化的理與盲>

全球暖化是否確有其事?那是人類造成的嗎?有人對此深信不疑,有人對此嗤之以鼻,這事只能夠公說公有理,婆說婆有理嗎?本講次為您整理從科學角度來看,關於全球暖化的理與盲。

講師:許晃雄|中央研究院環境變遷研究中心特聘研究員

我們先整理出幾個如今在氣候變遷科學界,幾乎是著毋庸議的事實:

1.全球平均溫度上升的速率,愈來愈快。
2.大氣中的溫室氣體濃度,與氣候變遷的趨勢一致。
3.人為影響「極可能」是造成 20 世紀中葉以來,全球暖化趨勢的主因。

但是科學家對於這幾個確鑿的事實,看法卻各有千秋。提出著名蓋婭假說的洛夫洛克 (James Ephraim Lovelock) ,對於氣候暖化的人類前景就極度悲觀,他認為到了下個世界, 90% 的人類會因為氣候暖化而死亡,剩下的人只能居住在兩極地區。相對地,著名作家克萊頓 (Michael Crichton) 則認為環境問題是各方刻意製造出來的恐怖氛圍,反對人們採取不必要的預警作為。至於一般民眾的觀感,則呈現一個有趣的趨勢:愈是普遍具有高知識的富有國家民眾,對於全球暖化的態度愈是存疑。

人們對於全球暖化持疑,主要是近年來不時出現天氣暴冷的狀況,感覺不到全球暖化的跡象;再者就是主張氣候的自然變異很大,近百年來的升溫可能是自然現象。但是我們若是把大氣中二氧化碳或甲烷的濃度,在過去數百萬年內的變化繪成圖表,就可一目瞭然地發現近年濃度飆升,早已遠遠超出自然變化的合理範圍;二氧化碳濃度上一次這麼高,已經是三、五百萬年前的事了。有人根據古氣候資料,指出過去都是氣溫先變化,二氧化碳濃度才跟著變化,因此對二氧化碳導致全球升溫的因果關係產生質疑;然而溫室氣體與全球暖化之間,很有可能具有正回饋機制,只要其中之一發生變化,就會帶動另一個產生變化,誰先誰後不是重點。另外也有人質疑是太陽輻射變強造成全球暖化,然而近數十年來太陽輻射小幅減弱,與全球急遽升溫的趨勢不符。

質疑全球暖化的人雖然所在多有,然而人類排放過多的溫室氣體,並且是造成全球暖化的主因,這不但是已經發生的事,而且短期內無法抑制。科學家能夠做的,就是根據與溫室氣體排放量有關的因素,諸如經濟發展、人口、生活型態、土地利用、能源使用方式等等,設法推估在各種情境之下,地球氣候可能會如何演變。這套逐年估計溫室氣體排放與累積量的方法,稱為整合評估模型 (Integrated Assessment Model) ,以類似落點分析的方式,透過調整變數,模擬各種可能情境,並評估其衝擊。然而即使各種模擬情境都指向暖化程度不一的未來,持疑者仍然吹毛求疵,質疑這些模型並未考量到太陽黑子活動、或是火山爆發等等外在變數,若是小冰期因此重現,就不會有暖化問題。

我們理性地認為,全球暖化是個科學問題,是個環境問題,是個可以黑白分明說清楚的問題;但事實上,全球暖化經常是個政治問題,是個法律問題,是個經濟問題,是個價值觀分歧的問題,以至於它成為一個說不清,理還亂的問題。全球暖化就如同《不願面對的真相》 (An Inconvenient Truth) 原文片名所說,它是一個對人類「很不方便」的事實,但我們終究必須要面對。

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