氣候史以古鑑今 - 生態環境討論

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作者: Waitingchen (Rejoyce ) 看板: TY_Research
標題: 氣候史以古鑑今
時間: Sat Mar 17 09:47:48 2007


[前言]

一直想寫一些文章介紹全球暖化相關的氣候學背景知識，前幾天那篇關於BBC
電視節目的文章有一段被我拿來擴充了一下，加上更詳細的解釋、數據與參考
資料，雖然有點長（囉唆？）但希望能提供大家最清楚的說明與延伸閱讀的方
向，也很想知道大家看完之後的感覺，包括用語是否太艱澀，或希望針對哪個
主題另闢專文等，謝謝大家的指教。 m(_ _)m

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<< 氣候史以古鑑今--為什麼大多數氣候學家判定是人類造成當今的暖化趨勢？ >>


地球的氣候早在人類出現以前就不停地改變，從海底沉積物的同位
素資料分析過去百萬年以來的氣候，會發現地球以數萬年為週期反
覆經歷寒冷的冰河期與溫暖的間冰期，溫度在此間上下變動的幅度
估計可達十多度，這是由於氣候的長期變化主要受太陽入射能量控
制，而太陽入射能量由太陽本身的活躍程度以及地球軌道與自轉軸
狀態決定，因此有四萬年到十萬年等不同的週期（稱Milankovitch
cycles，米蘭柯維奇循環，可參考Wiki-Milankovitch）。分析冰芯
所保存氣泡之後發現，在最近四十萬年來的四個冰河週期中，大氣
中的二氧化碳與甲烷等溫室氣體也隨著溫度一起大幅升降，目前氣
候學上認為氣候系統中有各種反饋機制共同作用，包括生物圈、海
洋環流等過程，讓氣溫一旦受太陽入射量影響而升高或降低，就會
讓二氧化碳與甲烷被自然排放或吸收，使得增溫或降溫的趨勢因溫
室效應而更形加強，不過這些變化都是以萬年作為時間單位（可參
考IPCC, 2001，第二章與第三章）。把時間放得更近一點，到距今
一萬年至十萬年前之間，冰芯資料顯示高緯度區域的氣候經常在寒
冷和溫暖的極端之間變動，例如格陵蘭的氣溫曾經出現二十多次，
週期約1470年的規律性波動，每次波動都是在數個世紀之內大幅升
溫十度，接著維持數個世紀的溫暖氣候，然後慢慢冷卻（稱為
Dansgaard-Oeschger或DO事件），一般認為這些劇烈的區域性變化
跟海洋溫鹽環流的改變有關（可參考Real climate blog或EPICA,
2006）。

有人質疑最近這一個世紀以來雖增溫攝氏0.7-0.8度，放在地球數百
萬年來的漫長氣候史之中，並不特別「異常」，況且目前對古氣候
為何會有劇烈的週期性變動，尚未有完全清楚的掌握（主要癥結在
觸發海洋環流大規模改變的因素不明），要怎麼能確定目前的暖化
是人類造成的，並預測未來的氣候呢？的確，地球氣候系統有複雜
的週期變化是觀測到的事實，目前科學界對氣候系統的運作也還沒
有百分之百的了解，但對於當前的暖化，我們可以確定三個關鍵：

（一）現在的溫度與二氧化碳濃度並不「正常」：
現在的全球地表平均溫度確知是近一千年來最溫暖的，而且
很可能也是近萬年來最暖的。類似DO事件的劇烈溫度變化只
侷限在某些區域，整個地球溫度同時迅速在一兩個世紀內升
高2度以上（21世紀很有可能發生），在現有古氣候紀錄中
從未有過。而今日的二氧化碳濃度是近四十萬年來最高的，
增加的速率也是近兩萬年來最快（可參考IPCC, 2001，第三
章）。

（二）人類正在進行會影響氣候的活動：
人類從工業化以後大量排放溫室氣體，同位素分析也證實大
氣中二氧化碳增加的來源是燃燒化石燃料而非自然排放（可
參考IPCC, 2001，第三章與Ciais et al. 1995），而根據
最基本的物理定律，溫室氣體增加會造成暖化。

（三）沒有其他自然因素可以明確解釋現在的暖化趨勢：
除了溫室氣體之外，可能造成長時間（數十年）大規模（全
球）暖化的因子就是太陽入射能量增加，雖然從太陽黑子觀
測資顯示近七十年太陽持續處於活躍期，但是從1950年以來
太陽活動並沒有持續顯著增強或減弱的趨勢（可參考IPCC,
2001, 第六章與Foukal et al., 2006）。

因此，現今的暖化，至少在數千年以來的氣候變動中，是很極端的
現象，而且這個趨勢，根據聯合國IPCC上個月發表的報告（IPCC,
2007），科學家有90%以上的信心確定是由人類活動造成的。

這個90%的信心，來自於電腦氣候模式的計算，氣候學家利用已知會
影響氣候的重要物理過程建構起這些電腦氣候模式，在模擬過去一百
五十年氣候的計算中，所有的模式都顯示，如果只是考慮自然的因素
而不加入人為排放的溫室氣體，模擬所得的氣候會比實際的氣候來得
寒冷，但是一旦加入人為排放的的溫室氣體與氣懸膠（懸浮微粒），
模擬所得的氣候就跟實際觀測數據非常接近--1920-1975年溫度只略
為升高0.2度，這是因為工業化初期大量燃煤，同時排放二氧化碳與
大量硫酸粒子，溫室效應增加造成的暖化作用被懸浮微粒反射陽光的
冷卻作用抵銷的一部份；在1975年之後石油成為主要能量來源，各國
又致力改善空氣品質，提昇發電廠使用的科技，使得人為排放硫酸粒
子在大氣中濃度逐漸降低，溫室氣體的暖化效應便益發明顯，升溫速
度因此加快（平均每十年升0.2度，至今已增加0.6度，可參考IPCC,
2007與Hansen et al., 2006）。這段期間的太陽入射能量變化不僅
影響力太小（作用約只有溫室氣體的八分之一，可參考IPCC, 2001,
第六章），趨勢也與溫度資料變化不符。比較氣候模式模擬的氣候與
實際觀測的資料，統計上可以分析出目前升溫趨勢有至少90%的機率
是人類造成，只有10%的機會是自然變動。

就算地球氣候系統自然變動出現了未預測到的反應（可能性極低），
像是立刻進入冰河期抵銷了暖化，「人類活動造成暖化」仍是事實，
而且可以預見若置之不理，將會對人類社會與自然環境產生巨大災害
（一般認為在百年內升溫超過兩度，將對生態造成嚴重衝擊，可參考
Schneider and Lane, 2006），用「地球氣候反正隨時都變來變去，
一切都很正常」當理由拒絕做任何改變，不論從科學或是風險管理的
角度來看，都太牽強。別忘了，由於海洋提供整個地球系統巨大的熱
容量，我們之前製造的溫室氣體暖化效應大約還有數十年才會充分反
應在溫度改變上，即使我們把大氣中的二氧化碳固定在今日的濃度（
380 ppmv），氣溫還會在未來數十年繼續升高至少0.2度；如果我們
容許二氧化碳穩定在450 ppmv（全球排放量在2050年之前由今日的每
年7 GtC減到每年4 GtC以下），未來至少會升溫1度。因此要維持從
工業化以來增溫在兩度以內，450 ppmv是所能容許的最高二氧化碳濃
度（參考IPCC, 2007），但是若人類排放二氧化碳的速率照舊，在
2100年就會超過700 ppmv，要讓情況不再惡化，當下是進行排放減量
的最關鍵時刻。



參考資料：

Ciais et al. (1995), A Large Northern Hemisphere Terrestrial CO2 Sink
Indicated by the 13C/12C Ratio of atmospheric CO2, Science, 269,
1098-1102.

EPICA community members (2006), One-to-one coupling of glacial
climate variability in Greenland and Antarctica. Nature, 444,
195-198.

Foukal et al. (2006), Variations in solar luminosity and their effect
on the Earth's climate, Nature, 443, 161-166.

Hansen et al. (2006), Global Temperature Change. Proc Natl Acad Sci,
103, 39, 14288-14293.

IPCC (2001), Climate Change 2001: The Scientific Basis. eds.
Houghton et al., Cambridge Univ Press, Cambridge, UK.
(線上閱讀全文：http://www.grida.no/climate/ipcc_tar/wg1/index.htm ）

IPCC (2007), Climate Change 2007: The Physical Science Basis -
Summary for Policymaker, http://www.ipcc.ch/SPM2feb07.pdf

Real Climate blog (2006), Revealed: Secrets of Abrupt Climate Shifts,
http://www.realclimate.org/index.php/archives/2006/11/
revealed-secrets-of-abrupt-climate-shifts/

Schneider, S, and J Lane (2006), An Overview of 'Dangerous' Climate
Change, in Avoiding Dangerous Climate Change, pp7-24, Cambridge
Univ Press, Cambridge, UK.
（全文下載：http://www.defra.gov.uk/environment/climatechange/
research/dangerous-cc/index.htm ）

Wikipedia-Milankovitch cycles,
http://en.wikipedia.org/wiki/Milankovitch_cycles


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