編輯台引言:全球暖化是近年熱門話題之一,許多專家學者面對氣候變遷該如何應變,都有不同看法。近期《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, PNAS)刊載的,《世界相異地區輻射累積效應的趨勢》一文,認為如果要評比哪些地區是減碳的資優生,只要越早開始減碳的,抵抗暖化的成效就會越好。

減碳方式百百種,但關心之前,背景知識也不能少,如本篇研究提到的,一個重要的地球科學小知識,那就是我們認為要管制的空污殺手──懸浮微粒,可以部分抵銷溫室氣體造成的升溫現象。那我們既要拒絕空污,找回乾淨的肺,同時又要減緩地球暖化的願望,到底該怎麼做到呢?

百年的暖化數據告訴我們什麼事?

美國國家海洋暨大氣管理局研究員丹尼爾.莫菲(Daniel Murphy)與科羅拉多州立大學的拉維尚卡拉(A.R. Ravishankara)教授,提出一種計算輻射累積效應的新方式。他們將全世界分成九個地區,計算自1900年來,此些地區在氣候變遷上的長期發展。研究指出,地球上的不同地區,所排放溫室氣體以及懸浮微粒的歷史模式、土地利用的變化也都不一樣,因此,研究者透過1900-2017年間各地區排放上述物質的情況,推估它們對全球各自造成了多少累計淨輻射量(net radiation,是吸收與放射的輻射能之間的差值)的貢獻或負擔。

這些估算可以看出幾個趨勢:

  1. 有些地區出現了類似的歷史模式
    像是19世紀中葉的北美與歐洲、1990-2000年的中國,這些碳排量正快速指數增長,且幾乎沒有在管制的地區與時期,它們溫室氣體與硫酸鹽微粒(sulfate aerosols,懸浮微粒的一種)造成的短期抵銷現象,就能得到輻射作用(radiative forcing)暫時全面抵銷的結果,也就是說,當時的溫度沒有上升。但這只是暫時的,因為溫室氣體滯留大氣的時間,比懸浮微粒要來得長,所以雖然懸浮微粒可以抵銷當下溫室氣體造成的輻射作用,但這些溫室氣體並沒有被一併抵銷,它們依然長期滯留於大氣,只要懸浮微粒沉降到地面,溫室氣體就會持續產生輻射效應而加速暖化。
  2. 不論是哪個地區,基於大氣中已累積可觀的溫室氣體,未來(2018-2100年)我們要承諾減緩的輻射作用量,都該比迄今為止(1900-2017年)累積的更多,才能有效緩解暖化現象。
    這個以「地域」為比較基準的研究呈現出:
    (1) 當我們為了改善空氣品質,而減少懸浮微粒,它與溫室氣體的抵銷作用會如何減弱,造成地球升溫。
    (2) 如果要比較九大地區,哪些地方在全球氣候系統要減緩溫度上升的目標中,做出最多努力,我們應該觀察的是,每個地方開始減碳的時間(比如從現在還是2100年),以及未來將如何發展,而不是單從大氣中累計的輻射作用量、海洋熱含量(ocean heat content)或溫度來計算。

研究原文:
D. M. Murphy and A. R. Ravishankara, “Trends and Patterns in the Contributions to Cumulative Radiative Forcing from Different Regions of the World,” Proceedings of the National Academy of Sciences of United States of America. Available at:

聽聽專家怎麼說?

中央大學大氣科學系王國英特聘教授、周明達講座教授、中央研究院環境變遷研究中心李威良助研究員指出,本篇論文的研究方法需要更嚴謹,且應該拿出證據來證明新方法的可行性。另一方面,懸浮微粒與溫室氣體排放之間的抵銷作用,雖然對抑制暖化有重要意義,但能抵抗暖化的工具不是只有懸浮微粒而已,陸地上的植物、海洋的調節,也都有消除二氧化碳的效果。而中央研究院環境變遷研究中心李威良助研究員也告訴我們,除了減碳之外,人類或許還需要探索其他方式,例如碳捕集與封存、地球工程 (在平流層排放懸浮微粒、海上種雲等),來減緩全球暖化的速度。

2019年03月23日
中央大學大氣科學系 周明達講座教授

懸浮微粒造成的氣候冷卻減緩溫室氣體造成的暖化。由於對健康議題的關注,管制懸浮微粒的排放已成為大多數已開發國家的趨勢。研究論及懸浮微粒的管制,與大氣中現存的人為溫室氣體,兩者對未來氣候的潛在影響。本文計算了在兩種情況下,懸浮微粒和溫室氣體引起的時間累積(time-integrated)之淨輻射作用力:案例1利用懸浮微粒和溫室氣體的歷史紀錄計算在1900-2017年期間所累積的淨輻射作用力。案例2則假設在終止所有懸浮微粒和溫室氣體排放後將於2018-2100年期間可能累積的淨輻射作用力。在案例2中,計算累積淨輻射作用力時,初始的大氣懸浮微粒和溫室氣體的濃度取用2017年的數值,之後根據懸浮微粒和溫室氣體的生命期逐年遞降。結果顯示,案例2(2018-2100)的累積淨輻射作用力大於案例1(1900-2017)。這表明即使人為懸浮微粒和溫室氣體的排放完全終止,氣候也將持續暖化,且幅度將大於案例1。這是一個相當值得關切的問題,因為自工業化以來,地球的溫度已經上升了近1°C,即使人類現在停止排放懸浮微粒和溫室氣體,到2100年地球也將再增溫至少1°C。懸浮微粒的生命期僅有幾周,但二氧化碳的生命期卻長達數百年。因此,案例2的暖化結果是由2017年大氣中存在的二氧化碳所造成。這顯示懸浮微粒與溫室氣體排放之間的平衡調節,對抑制氣候暖化具有重要意義

最新一篇評估全球碳含量的論文中(Quere1 et al., 2016),人類活動造成的二氧化碳總排放量,近十年間平均為每年10.3 GtC。這些排放量中,有30%透過光合作用消失於陸地,25%被海洋吸收,只有不到一半(45%)留在大氣中。大氣中的二氧化碳濃度因為人類活動自工業化前的280ppm到2017年的400ppm增加了43%。假設沒有進一步的人為二氧化碳排放,2017年的二氧化碳濃度將在20-30年內,從原先的400ppm 降到280ppm,近乎等同於扣除所有大氣中所積累的人為所產生的二氧化碳。因此,現有的二氧化碳對未來氣候不會有太大的長期影響。這一結果與Murphy和Ravishankara(2018)的結果相差甚大,這是因為Murphy和Ravishankara沒有考慮到,植物及海洋也會消除大氣中的二氧化碳。儘管如此,懸浮微粒與溫室氣體排放之間的平衡調節,在抑制氣候暖化上還是十分關鍵。

參考資料:
Le Quéré, C., Andrew, R. M., Canadell, J. G., Sitch, S., Korsbakken, J. I., Peters, G. P., … & Keeling, R. F. (2016). Global carbon budget 2016. Earth System Science Data (Online), Vol.8, No.2.

 

中央大學大氣科學系 王國英特聘教授

這是一篇品質不佳的論文,結論會造成一些誤導。本文的結論是:各區域對全球氣候的輻射作用,更多時候是取決於各地開始貢獻的時間(比如要從現在還是2100年),以及未來發展的可能局面,而不是用累計的輻射作用量、海洋熱含量或溫度,來對區域貢獻進行比較。然而,得出上述結果後,論文並未詳細檢驗該研究方法,來證明他們的方法正確。此外,文中提到北美與中國上空,相互抵銷的溫室氣體排放與懸浮微粒淨輻射效應,這完全缺乏科學根據。因此,這篇文章不值得推薦。

 

中央研究院環境變遷研究中心 李威良助研究員

在過去的研究中 (例如 IPCC 第五次評估報告),科學家主要關注各種輻射效應的全球平均如何隨時間變化。這項研究則使用累積的輻射效應,量化全球各區域所排放的溫室氣體與懸浮微粒,對工業革命以來人為暖化的貢獻。作者進一步考慮了各種溫室氣體在大氣中的生命期,估計現有之溫室氣體對未來可能持續暖化的影響。過去人類活動 (以及一些大型火山爆發) 所排放的懸浮微粒能夠有效反射陽光,導致全球黯化,部分抵銷了溫室氣體所造成的暖化效應。隨著人類越來越重視空氣品質對身體健康的影響,許多國家採取了減輕空氣污染的行動。懸浮微粒的減少使得較多陽光照射地表,加速了全球暖化。懸浮微粒通常只能在低層大氣中存留數天至數週,而二氧化碳可達一百年以上。這表示即使人類現在立刻停止排放二氧化碳,它的溫室效應仍將在未來持續造成暖化。此項研究更進一步指出,這些已排放的二氧化碳在未來八十年所造成的累積輻射效應甚至將大於過去一百二十年的總和。

這項研究給我們的警訊是,即使人類社會採取激烈的措施減少碳排放,未來的暖化趨勢仍然難以緩解。另一方面,太過積極的減碳措施可能會排擠經濟發展而招致反對。因此,除了減碳之外,人類或許還需要探索其他方式,例如碳捕集與封存、甚至是地球工程(在平流層排放懸浮微粒、海上種雲等),來減緩全球暖化的速度。

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曾雨涵

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