| 文 / 張鏡湖董事長 攝影 / 戴見安【2013/8/6】 | 友善列印 |
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| 地球增溫及其影響 |
| 張 鏡 湖 |
| 地質時代的氣候變遷 |
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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