全球暖化 (Global Warming) 的綜合報告
(註：節錄於作者2013年11月10日在聖地牙哥台灣中心讀書會所做報告)
湯昇勇 (Sheng Tang)

全球暖化 (Global Warming) 是一個由來已久極度爭論的問題。早在1896年，一位瑞典科學家諾貝爾獎得主 Svante Arrhenius就已提出人類使用化石燃料 (汽油、天然煤氣、煤碳等等) 所產生及殘留在大氣中的二氧化碳 (CO2) 終將提高地球大氣的溫度。化石燃料一向是地球上最主要的能源，人類已將大氣中的CO2 的濃度從1750年的280 ppm增加到2013年的400 ppm以上，而且每年的增加率一直增加，目前每年增加 2.1 ppm 左右。地球平均溫度在過去100年內已大約上升華氏1.33 度 (攝氏0.74 度) ；而在過去30年內卻上升可觀的華氏1.1 度 (攝氏0.6 度) 。

全球暖化給地球帶來很多負面影響，諸如北極海上冰減少、變成更年青、及更薄；格陵蘭及各地冰河減少；海水溫度上升；海水酸化：影響蠔及珊瑚的生殖；海水上漲：海洋岸邊設備將隨海水上漲而改造或變遷， 造成經濟上重大損失，及低窪地區海島會被上漲的海水淹沒；極端氣候及氣象事件諸如高強度hurricanes、tornadoes、豪雨、旱災、水災及森林火災等，不見得更頻繁，但可能更嚴重；新鮮水資源的爭奪：目前全世界有六份之一以上的人口， 靠主要山脈的冰山及雪融化的水生存，假如這些冰山及雪都融化的話， 那就沒水資源了。

幾乎所有科學家已公認全球暖化造成氣候的改變， 而氣候的改變造成極端天氣。所爭論的是〝使用化石燃料所造成大氣中CO2 的濃度增加是否造成全球暖化的主要原因？〞。 這是一個極度爭論的問題，有三種不同看法的人，那就是相信者、懷疑者、及否認者。大部分氣候學家及科學家們都是相信者。但有一批人懷疑或否認CO2 是造成全球暖化的主要原因，他們被稱為懷疑者或否認者。他們認為地球的氣象有它週期性的改變，如同日夜、一年四季、及最近倆冰河期間約一萬年的interglacial。懷疑者及否認者百端阻擋或滯延任何減碳計劃。

大氣中CO2 的濃度增加的主要原因是使用化石燃料，如煤碳、煤氣及汽油等；另外廢除森林及製造水泥佔小部份。大氣中CO2減少機制包括植物光合作用、海水吸收、矽酸鹽的風化作用 (水解) 等。UCSD Scripps Institution of Oceanography 的教授Charles D. Keeling從1958年開始，在夏威夷島上Mauma Loa山上氣象臺所測出每天CO2的濃度，這曲線被通稱為〝The Keeling Curve〞。而全球每年使用化石燃料累積量的57% 與〝The Keeling Curve〞相符，如圖一所示。這証明大氣中CO2 的濃度增加是由使用化石燃料而來，其中57%留在空氣中，剩下43%被溶解在海水中。

地球的溫度決定於吸收能量及向外輻射能量的平衡。地球要是一種完美黑体(Blackbody)，用地球表面平均反射係數0.3，所算出來的溫度大約是攝氏負18度。 但是地球還有溫室效應氣體，當地球吸收太陽能後，按照黑体輻射原理向外輻射紅外線，部份紅外線會被溫室效應氣體吸收。溫室效應氣體吸收從地球放射的紅外線後，所增加的能量或靠與在空氣中別的氣體相撞而降低它本身的能量，或又再輻射別種紅外線，有些被地球吸收，減少地球熱量的損失，所以地球實際平均溫度約攝氏15度。地球體係中海水、陸地、大氣之間或本身內的熱能量移轉靠輻射，傳導 ，及對流。地球溫室效應氣體除水蒸氣之外，尚有二氧化碳(CO2) 400 ppm(0.04%)、二氧化硫(SO2) 1.00 ppm、甲烷(CH4) 2.0 ppm、氧化亞氮或稱笑氣(N2O) 0.5 ppm、臭氧(O3) 0.07 ppm、及CFCs等。水蒸氣因為在大氣中平均持壽命甚短，約九天左右，氣候學家沒有特別注重它的第一效應，而它的放大效應特別重要。因為二氧化碳是使用化石燃料的主要終產品及溫室效應氣體中佔最高的成份，所以科學家在討論溫室效應時以二氧化碳為代表。圖二是美國太空總署(NASA) 所發表的1880到 2013全球溫度。所示溫度反常值是以從 1951 到 1980 的平均值當作基線。圖二顯示出全球溫度的長期區勢是在上升的。

古代氣候可從南極Vostok鑽研所得冰芯(ice core) 的研究獲得，圖三顯示從四十二萬前到近代(1750) 的CO2與溫度紀錄。地球在近代冰河期的溫度的循環大致與Milankovitch cycles 相符， 雖然細節未必完全相同。乍看之下，CO2與溫度同時升或降。其實仔細審察，溫度的變化是比CO2的變化大約要早800 年。一般的解釋是先由地球軌道的變化(由於tilt, precession, 及eccentricity的循環變化)，造成地球接受能量的變化。要是地球接受的能量變多，就會造成地球溫度的升高；由此造成CO2或其他暖室效應氣體從海洋中釋放出來。更多的暖室效應氣體在大氣中又把地球溫度再提高〔這叫做正面反饋(positive feedback)〕。所以CO2雖然不是當初溫度改變的起俑者，但它有擴大作用。

當今大氣中CO2 的濃度已增加到400 ppm左右，高於四十二萬年來任何時期CO2 的濃度。雖然在恐龍時代CO2 的濃度大約在 2300 ppm，但那時的太陽能比現在弱 (約有4%少) ，況且那是17億年前的事，不能同日而論。所以我們已處於完全陌生的狀態。

圖四顯示不少科學家所重建近一仟年來的地球北半球溫度的紀錄。值得一提的是現在地球北半球溫度已高於一仟年來任何時期的溫度。

聯合國於1988年創立Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)（跨政府氣候變化委員會）；目的在研究由人類活動所造成的氣候變遷。IPCC 每5 年左右出版一次精詳的「氣候變遷評估報告」 (Assessment Report 或 AR)，審查最新的氣候科學及針對某種題目的特別報告。在1990、1995、2001及2007年發表四次正式的 AR。Third AR (TAR, 2001): 人類活動影響全球氣候的 証據愈來愈強。 The 2007 Nobel Peace Prize 由 IPCC 及 Al Gore 平分。 所謂的 Hockey Stick 文章刊出， 引起極大爭論。Fourth AR (AR4, 2007): 全球暖化是確 定的，”very likely” (90% 可靠性) 是由於人類活動 - 特別是使用化石燃料所放的CO2 。 Fifth AR (AR5): 9/2013-11/2014 分四部陸續發表。全球暖化是由於人類活動的可靠性已提升到95% 。

IPCC協助各國於1997年12月在日本京都草擬了《京都議定書》，並於 2005年2月16日 正式生效。協議目標是要明訂溫室氣體減量目標，例如：2008-2012年 期間， 所有已開發及歐盟國家(共37)溫室氣體排放量，要比1990年平均減少5% 。 各國減量不等。 正在開發國家(如中國及印度) 不受此限制。 2013-2020年期間要比1990年平均減少18% 。 共 191國家參加 (包括所有聯合國會員，但 Andorra, Canada, South Sudan 及美國除外)。 美國有簽， 但國會未批准。 加拿大在 2011 退出。
IPCC-AR5 再探討三個在2007年(AR4) 時最基本的結論，而 2013 的報告比以前更堅固: 過去的警告: “氣候體系的暖化是無可質疑的(unequivocal).” 與上次報告相同。責任: “人類的影響是自二十世紀中以來所觀察暖化最卓越的原因是極端可能的 [extremely likely](95%).” 這取代了2007 報告中的 “非常可能的 [very likely](90%).” 未來溫度: 如同2007 年報告的結論， 很可能世界將熱到有危險性地步。 除非苛刻的減低溫室氣體的釋放， 地球到此世紀末的溫度將上升攝氏 1.5 到 2度。攝氏 2 度的暖化已被廣泛地認為是 “危險程度 (danger level)”。若暖化超過攝氏 2度 ， 社會將遭受嚴重的後 果。

至於其他有爭論的問題，IPCC-AR5 採取稍為溫和的態度 : 海水上漲：IPCC 被譴責在2007 低估海水上漲的程度。IPCC 這次預測到這世紀末海水上漲約 40 ~ 60 cm ， 最壞情形是上昇 1 m 。 這比2007 年時所預測的高， 但比有些人預測的 1 或 2 m要低些。北極海冰消失： 假如溫室氣體的釋放繼續猛烈上昇，IPCC 預料北極海到這世紀中前的夏天多半會完全無冰 - 這比2007 時的預料早 50 年 。 有些主張到 2030 年北極夏天海上冰會完全消失的爭論失敗了。 極端氣象及氣候： IPCC 發現人類已促成熱流次數更頻繁、時間更長久， 豪雨及大雪更強烈。 更多的暖化不但會 “非常可能地(very likely)” 更嚴重地推動這些改變， 而且可能強化某些熱帶旋風 (cyclones) 及加深天旱。 IPCC 僅止於沒有叫出來把所有颶風或天旱連到全球暖化上。

如何控制全球暖化？有人建議轉移到使用非化石燃料能源，如多使用再生能源；捕捉CO2及儲藏；準備適應氣候改變，如建築堤壩或遷往較高地區生活。
結論：
• 大氣中的CO2 的濃度: 280 ppm 在 1750年； 在2013年五月超過 400 ppm。目前升高率 >=2.14 ppm/yr
• CO2 目標值應訂為350 ppm 。CO2 最高值大約在 450 ppm，可能在 <= 23 年達到。
• 到 2100，地球溫度將上升攝氏 1.5 到 2 度之間 。 若暖化超過攝氏 2 度 ， 社會將遭受嚴重的後果。
• 更多國家採取廢核政策，以化石燃料取代核能；”fracking”技術的進步會使原油價格降底；中國及印度化石燃料消耗量大量增加。
• 要是沒有可靠減碳計劃，大氣中CO2濃度很快就會增加到所謂的 ”tipping point”，也就是地球的惡化可能會達到無可挽救的地步。
• 雖然有些人仍不相信CO2 的濃度增加是造成全球暖化的主要原因， 但無論如何，地球已處在以前冷熱循環參數之外。寧可信其有，而不可萬一聽信錯誤訊息，造成無法恢復的後果。
• 反過來說，現在的 interglacial時期已有11,300 年以上。 照 Milankovitch Cycles ， 地球溫度該下降， 朝冰河時期走的時候了。 有沒有可能CO2 帶來的暖化中和了Milankovitch Cycles 的下降， 造成了地球過去15 年來穩定的氣溫？這是全世界等著回答的問題。
• 寧可信其有，而不可萬一聽信錯誤訊息，造成無法恢復的後果。

圖一：大氣中CO2 的濃度與使用化石燃料累積量關係

圖二: 1880到 2013全球溫度〔資料來源 - 美國太空總署(NASA)〕

圖三：從四十二萬前到近代(1750) 的CO2與溫度紀錄。

圖四：從 1000到 2000年的溫度重建紀錄。