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談『地球增溫及其影響』 張董事長專題演講獲迴響
文 / 張鏡湖董事長   攝影 / 戴見安【2013/8/6】友善列印
8月1日陸生暑期專班,本校張鏡湖董事長以「地球增溫及其影響」為題,與超過300多位陸生分享愛護地球的重要觀念。張董事長訂出結論指出,「自工業革命以後礦石燃料的大量使用,使溫室氣體二氧化碳快速增長為地球增溫的主要原因,地球增溫的影響是多方面的,包括:暴雨強度與高溫與頻率的增加,高緯與熱帶高山冰雪的融化,海平面的上升,某些地區水資源的減少以及有些生物的瀕臨滅絕。約有一半的二氧化碳被海水吸收,海水持續酸化使珊瑚的生存和貝殼 類動物的成長都受影響。」

地球增溫及其影響
張 鏡 湖
地質時代的氣候變遷
  決定地球氣候長期變化的主要因素除太陽核心從氫蛻變為氮所產生的能量外還有(一)地球橢圓軌道的偏心率。(二)地球旋轉軸與軌道之傾斜稱為黃赤交角現為13.27,過去在21.59與24.36之間。(三)地球近日點與遠日點之偏差有20,600年的週期,現在近日點在2月前後,遠日點在6月前後,近日點輻射比遠日點多7%。

溫室氣體

  大氣中有些氣體能吸收一部分地面的長波輻射稱為溫室氣體,在三十餘種溫室氣體中最重要是二氧化碳,不僅其強度高而且可以停留一百餘年。在工業革命以前,二氧化碳在空氣中含量維持不變約280 ppm(part per million)。

  每生產一兆焦耳熱能的各種煤所排放的二氧化碳自25.8至29.1噸不等,石油自16.8至27.5噸,而天然氣為15.3噸,因此煤比石油多排放23%,比天然氣多44%的碳。1870年世界礦石燃料排放的二氧化碳總量極少,1971年為140億噸,近年已超過300億噸(圖一)。

  近年大氣中二氧化碳的增加約有88%來自礦石燃料,12%來自森林砍伐。大氣中二氧化碳增加後,約有一半被海水所吸收。

  1958年夏威夷大島位於4170米的冒納羅亞(Mauna Loa)高山觀察站開始測量大氣中二氧化碳的含量。二氧化碳含量從1958年的317 ppm增至2011年的393.28 ppm。最初十年平均每年增加0.8 ppm,近年則每年增2.0 ppm(圖二)。   2009年世界前十位二氧化碳排放國見表一,中國占全球總量23.8 %,美國17.9 %,前五名共占56.2 %之多。中國於2007年開始超越美國成為世界排放量最多的國家,近年成長仍極快。

表一 2009年世界二氧化碳排放量最多國家

世界 中國 美國 印度 俄羅斯 日本 德國 韓國 加拿大 南非 墨西哥
排放量(百萬噸) 295449 7038 5290 1630 1529 1093 755 518 505 463 423
占世界% 100 23.8 17.9 5.6 5.2 3.7 2.6 1.8 1.7 1.6 1.4

  就人均排放量而言,世界平均為每人4.29噸,中國5.13噸,印度僅1.37噸。除去石油生產國及人口少於一千萬的蕞爾小國外,人均排放量最多的依次為(一) 美國17.3噸, (二) 澳大利亞17噸, (三)加拿大15.7噸,(四)愛沙尼亞13.6噸,(五)臺灣10.9噸。

  2009年世界礦石燃料產生二氧化碳之比例為煤占43 %,石油37 %,天然氣20 %,但世界各國的差異甚大,中國煤占84 %,石油14 %,天然氣2 %,台灣煤占58 %,石油32 %,天然氣10 %。

溫  度

  自二十世紀初至2009年,全球平均空氣溫度上升0.74 ℃。自從1850年有溫度紀錄以後,最熱的20年都在1981年以後,最熱的10年在1997年以後,其中1998年和2005年同為14.44 ℃,是最熱的兩年,但1998年有一超級聖嬰(El Nino)。全球氣候變暖,夜間最低溫上升幅度比白天最高溫大3.2倍。

溫度變化有顯著區域性的差異,高緯地區增溫最多(圖三) ,增溫最多的地區是(一)北美西北部育空(Yukon)及阿拉斯加,(二)西伯利亞,(三)南極西部半島。中低緯度高山地區增溫幅度也大,例如從1961年到2007年西藏高原海拔在2,500米以上的地區,平均每十年增溫達0.36 ℃之多,由於西藏高原增溫特高,使得最近50年中國平均氣溫增1.1 ℃,高於世界的平均值。

  從1955年到1998年,世界海洋從表層到3000 m深度共增加14.5×1022焦耳的熱量,約等於平均溫度增加0.037 ℃(1)。海水溫度增加1 ℃所需的能量約為大氣增溫的一百倍。

  在許多高緯地區,冬天最低溫上升,霜凍頻率減少,例如自1986年以後,中國20餘年持續暖冬,平均霜凍日數每年減少10天左右,寒潮的頻率顯著下降。

  地球增溫以後,夏天最高溫度上升,2003年歐洲許多地區的夏天溫度為500年所未見,馬其頓(Macedonia)最高溫度達45℃。共7萬人死亡,其中4萬人在法國和義大利。烏克蘭小麥產量受熱浪的影響,從前一年的二千一百萬噸降至五百萬噸。

  2006年7月美國加州和內華達州經歷前所未有的熱浪,而且空氣濕度極高(2)。

  2010年歐洲發生比2003年溫度更高面積更廣的熱浪(3),高溫的中心在俄羅斯,7月與8月溫度比平均高7-8 ℃,最高溫達38.2 ℃,五萬五千人死亡,穀物減產25%。波羅的海國家、白俄羅斯、烏克蘭和哈薩克斯坦都受影響,2010年歐洲平均溫度比2003年高0.2 ℃。

雨  量

  大氣每增溫1℃,飽和水汽含量增加7 %,大氣垂直面的可降水量增加,溫度每增加1℃全球雨量約增1.3%,全球海洋降雨量從1987至1995年每十年約增加1.5 %(4),北半球三分之二的地區雨量強度都有顯著增加(5)。

1996年6月至8月中國南部暴雨,死亡三千餘人,1998年5月至9月長江流域氾濫,死亡四千五百五十人。

  2002年8月歐洲經歷「世紀洪水」,倫敦因淹水而癱瘓,義大利葡萄園被沖毀,俄羅斯黑海一百名遊客被洪水淹死,數萬人撤離。

2010年8月巴基斯坦暴雨成災,印度河氾濫,一千七百餘人死亡,一百八十萬戶房屋受損,經濟損失達四千三百億美金,約佔該國每年生產總額四分之一。每當反聖嬰現象時,澳大利亞有災害,2011年1月澳大利亞昆士蘭(Queensland)省首府布里斯本(Brisbane)暴雨如注,發生百年洪災,同時巴西、錫蘭等地也有反聖嬰現象時的暴雨。

   颶風形成於海水溫度高於26.5 ℃的海面,其能量來自潛熱,海水溫度愈高,高溫海面的面積愈大,颶風也愈強。在北大西洋和北太平洋從1975-1989到1990-2004年,4-5級強烈颶風的頻率都有增加(6)。

  在乾旱地區,地球增溫後因蒸發旺盛,更為乾旱,影響植物生長。從2000年至2009年全球淨初級生產量減少0.55×1015公克的碳(7)。

雪蓋與冰

  近年北極冰蓋面積快速減少(圖四),自1979年至2012年八月冰蓋面積減少44%(8)。

  在許多中低緯度高山地區,冰川是人類重要供水來源。例如美國落磯山,冬天降雪儲存為冰,春夏之際,冰融化成為河流是農牧業和生活的主要水源。地球增溫以後,雪線上升,冬天部分降雪改為降雨,不復能凝結為冰儲存至春天,因此近年來美國西部哥倫比亞(Columbia)河、密蘇里(Missouri)河和塔科馬(Tacoma)河的流量都持續減少,影響農業及生活用水。

  熱帶地區最大的冰川在安地斯山(9),其中71 %在秘魯,20 %在玻利維亞,從1995到2006秘魯的冰川面積已減少30%,許多秘魯城市都在海拔2500米的高山,依賴冰川供給的農工業、水力發電和生活用水都已大量減少。

  青藏高原為亞洲的「水塔」(10),冰川面積平均每年約減少130㎞2,根據現有趨勢,本世紀末將消融殆盡,喜馬拉雅山是印度河、恆河、雅魯藏布江、薩爾溫江、伊洛瓦底江、湄公河和長江的水源(圖五),屆時將影響二十億人民的生活和農業用水。

海平面上升

  現有冰川若全部融化,南極東部的冰川可使海平面上升約51.8 m,南極西部冰川約5.8 m,格陵蘭冰川約7.3 m,三者總共約64.9米,若加上現有陸地冰川之總量,約為68.8米。19世紀世界海平面上升6㎝,20世紀增至19㎝(11)。根據國際專家的估計從1990到2100年海平面將上升75-190㎝之多(12)。

  根據衛星偵察,從1990年到2000年,全球海平面平均上升約280-340㎜,其中57 %由於海水因增溫而膨脹,約43 %由於冰川融化。海平面上升許多島嶼都可能被淹沒。世界二億人口住在沿海洪泛平原,海平面上升後,受影響最深的是東亞和東南亞,尤其是孟加拉,據估計2050年,該國將有三千五百萬災民。許多沿海大城市都將受影響。

農  業

  二氧化碳濃度的增加可以提升C3作物(例如米、小麥和大豆)的光合作用,但對C4作物(玉米和甘蔗)則影響較少。在水份和施肥充足的情形下,C3作物光合作用約可增加8-15%。但光合作用所生產的是生物總質量。其中穀物所占的比例卻主要決於溫度,尤其是夜間的溫度。

  溫度決定稻米成熟期的長短,位於菲律賓的國際稻米研究中心的田間實驗證實在高溫的情形下,稻米的成熟期縮短,圓椎花序成長為榖粒的比例減少,生長期平均溫度每增加1℃產量減少15%(13),例如菲律賓北部成熟期僅30天,而日本札幌長達65天,此為熱帶高溫地區稻米產量較低的主要原因。

  根據美國1982-98年618個郡的玉米和444個郡的大豆資料的分析,證實溫度每增加1℃產量減少12 %(14)。玉米生產受夜溫的影響極大,夜溫愈高產量愈低,在低緯高溫地區40 %的糖儲存在桿梗而不轉移為可以食用的產物。

  夜溫增加對於棉花纖維的長度、甘蔗糖分的含量以及馬鈴薯塊莖的數量都有不利的影響。

海水酸化

  海水吸收二氧化碳後溶解成為碳酸。1800年,海水pH為8.16,現已降至8.05,到本世紀末可能更降至7.8。例如石灰質鞭花蟲(coccocithophorids)為一極普遍的浮游生物,即無法在酸性海水中生產其外殼,其他如有孔蟲目(foraminifera)和翼足目軟體動物(pteropods)都受影響,這些都是魚類的重要食物。珊瑚的生長也受海水酸化的影響,因其賴以形成的霰石(aragonite)含有碳酸鈣。預計世界珊瑚將在本世紀末大量減少而且往高緯度遷移(15)。

漁  產

  中高緯度漁產為熱帶2-3倍,熱帶海水垂直面分層顯著,魚類以表層魚類為主,中高緯度海水分層不顯著,垂直面的流通混合較強,以經濟價值較高的底層魚類為主,海水增溫以後由深層至表層養料的輸送減少。根據海水透明度和葉綠素觀察的記錄,自1899至2010年世界十個海洋中有八個葉綠素的含量減少,總計全球海洋約減少1 %(16)。葉綠素和浮游生物的減少勢必影響漁產。尤其有殼動物的鈣質將受嚴重影響(17)。

  在陸地湖泊漁產受地球增溫的影響可以非洲坦干伊喀(Tanganyika)湖為代表,該湖自1913年以後表層水溫度每10年增加0.1℃,而底層水溫未變,垂直面溫度梯度增加後,湖底磷、矽等化學物上升困難,浮游生物因營養不足而減少,漁產亦隨之減少(18)。

對動物的影響

  氣候變遷對動物的影響,在高緯和高山最為顯著。海豹利用浮冰為獸穴,撫育幼獸,並獵捕魚群。北極熊則利用浮冰為平台獵食海豹。地球增溫以後,冰塊形成的時間延後,消融的時間提早,平均每縮短一星期,熊的體重減少約8㎏,熊和海豹在陸地覓食困難,因此熊的數量將從散布在阿拉斯加、加拿大和挪威的二萬頭,快速減少,成為瀕危動物(19)。南極企鵝(aldelie penguin)生長在海冰附近,食用海冰下的生物,海冰南移,企鵝亦南移,海冰減少,企鵝亦減少。

疾  病

  瘧疾的孵卵期受溫度的影響,地球增溫以後,瘧疾發生的頻率將會增加(20)。

  熱帶地區植物的病蟲害遠高於溫帶,地球增溫以後,植物病蟲害受害的地區和頻率都將增加。

結 論

  自工業革命以後礦石燃料的大量使用,使溫室氣體二氧化碳快速增長為地球增溫的主要原因,地球增溫的影響是多方面的,包括:暴雨強度與高溫與頻率的增加,高緯與熱帶高山冰雪的融化,海平面的上升,某些地區水資源的減少以及有些生物的瀕臨滅絕。約有一半的二氧化碳被海水吸收,海水持續酸化使珊瑚的生存和貝殼類動物的成長都受影響。

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