劉詠鯤｜科技魅癮

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）

文章出處：科技大觀園

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