9-1 氣候與氣候變遷 9-1 氣候與氣候變遷 從地球歷史看 氣候變遷及其影響 氣候變遷及其影響 短期氣候變化 與未來氣候變遷 與未來氣候變遷 第九章 氣候變化

9-1 氣候與氣候變遷 氣候與氣候變遷 氣候變化的定義 氣候變遷因素 地表能量收支系統 9-3 短期氣候變化與未來氣候變遷 短期氣候變化與未來氣候變遷 聖嬰現象與短期氣候變化 未來的氣候變化與氣候預報 章節目錄章節目錄 9-2 從地球歷史看氣候變遷及其影響 從地球歷史看氣候變遷及其影響 如何探測氣候變化 古氣候變化 米蘭科維奇定理 氣候變化的影響

9-1 氣候與氣候變遷 氣候變化的定義  黃帝內經：「五日謂之候，三候謂之氣，六氣謂 之時，四時謂之歲， … 」（所以有二十四節氣）  氣候平均的定義為：以 30 年平均，且每隔 10 年 要更新一次氣候平均值  正常的氣候變化 vs. 氣候異常

9-1.2 氣候變遷因素  基本的氣候（ 天氣） 變數包括：日照、輻射、 溫 度、降水、溼度、風、氣壓、 … 等。  「氣候系統」包括太陽、大氣、地表狀態、生物形 態及人類活動等部分。分為大氣圈、水文圈、冰雪 圈、岩石圈和生物圈等五大圈。  冰雪圈與水文圈中水的成分雖然相同，但對地球能 量的影響卻有很大的差別（如反照率的影響），因 此造成冰期與間冰期氣候的巨大差異。 百寶箱 9-1

影響氣候系統的外在因素及內在因素  外在因素有太陽輻射強度的變化、隕石及星球間引力的 作用，例如潮汐和攝動等  內在因素包括大氣成分的改變、海洋成分改變、地表風 化作用、植被改變、火山爆發、板塊運動、造山運動及 人類活動等。  這些變化有些是地球本身自然的交互作用，有些是人為 因素所造成的影響，其影響的時間尺度各不相同。 百寶箱 9-2

氣候系統的四大圈 大氣圈（ atmosphere ）、水文圈（ hydrosphere ） 、 岩石圈（ lithosphere ）和生物圈（ biosphere ）

9-1.3 地表能量收支系統  氣候系統所吸收的總能量，與輻射到外太空的總能量要相 等，也就是總能量的收支達平衡。  但是當大氣中溫室氣體濃度增加時，其吸收的長波輻射也 會增加，進而增加空氣與地表的溫度。  若是進來的能量比散發出去的能量多，能量在氣候系統中 累積，地球的溫度就會上升，也就是全球暖化的現象。  反之則會降溫，持續的降溫就會造成所謂的冰期，冰期與 冰期之間的溫暖時期，稱為間冰期。  最後氣候系統的總能量收支還是會達到平衡，只是會平衡 在地表溫度較高（或較低）的狀態下。 動動腦 9-1

地球與大氣的總能量平衡

二氧化碳與地表溫度變化 百寶箱 9-3

二氧化碳與地表溫度變化  自工業革命後，人類大量使用石油等化石燃料，造成全球 二氧化碳不斷地增加，目前已經到達 380ppmv ，遠高於地 球過去四十萬年的最高值 280ppmv 。

二氧化碳與地表溫度變化  全球溫度不斷攀升，「全球暖化」現象已經相當明顯，地球 氣候也逐漸受到影響。

9-2 從地球歷史看氣候變遷及其影響 如何探測氣候變化 珊瑚 岩層 冰芯  分為地質時代、歷史時代  文獻記載  樹木年輪、冰河鑽探  花粉、飛沙分布  湖、海的沉積物鑽探  岩石探勘 … 等等的

鑽取冰心

鑽取岩心

 前寒武紀出現過三次冰期，其與海洋生物突然繁 盛，去除溫室氣體 ( 例如二氧化碳 ) 有關。  古生代出現過兩次冰期，期與巨大盤古大陸形成， 並位居高緯度寒冷地區有關。  中生代時期，其大氣中二氧化碳濃度是現在的十 倍，形成強烈的溫室效應，全球溫度比現在約高 8 度。 古氣候的變化 百寶箱 9-4

 新生代時期的五千萬到三百萬年前，地球溫度下 降，南極冰原形成﹔而約二百多萬年前，北極也開 始逐漸成形。 古氣候的變化 南極

八億年來的氣候冷暖變化八億年來的氣候冷暖變化 八億年來的氣候冷暖變化，箭頭所指為主要冰期

過去九十萬年的氣溫變化 過去九十萬年的氣溫變化

地球二萬年前至今的海平面變化圖 百寶箱 9-5

全新世（溫度）最大期，距今約 4000 ～ 7500 年 前。為人類歷史中，溫度最高時期。（推測可能 跟后羿射太陽的神話故事有關？） 小冰期：西元 1400 ～ 1850 年 地球一萬一千年前至今的氣溫變化曲線

十九世紀末開始有溫度計的觀測（紅色曲線），之 前為經由年輪、珊瑚礁、冰心等採樣所推測出來的 溫度（藍色曲線），灰色區域為 95% 的信心範圍。 最近 1000 年的北半球溫度相對於 1961 ～ 1990 年平均值的變化

米蘭科維奇定理 （ Milankovich Theory ） A. 橢圓變近圓形 B. 傾角 23.5 ° 變接近 0 ° C. 近 ∕ 遠日點調換 米蘭科維奇定理

橢圓與近圓形軌道，來回變換（十萬年週期）

傾角 23.5 度變接近 0 度（四萬一千年週期）

近 ∕ 遠日點，來回變換（二萬三千年週期）

 全球氣候變遷速率急遽的增快，包括： 1. 全球暖化 2. 極端天氣出現頻率增加 3. 高山冰川及極區冰原快速融解 4. 全球二氧化碳每年以 0.5% 的速率不斷攀升 5. 綠地快速衰減 6. 物種滅絕加速 氣候變化的影響

 近百年來全球平均海平面每年上升 1.4 公釐，且近 十年的上升幅度更比過去的一百年高出二倍。  造成海岸線後退原因： 1. 全球暖化，海平面上升 2. 水庫、攔沙壩，減少沙石流出河口 3. 濱海工業區、漁港、消波塊 4. 超抽地下水，使地層下陷 氣候變化的影響

最近十年全球平均海平面高度變化趨勢圖

海平面上升各地均不相同 最近十年全球各地平均海平面高度變化圖

 聖嬰現象的成因、影響與監測  南方振盪、沃克環流、全球氣候變化。  氣候的季節變化、年際變化與十年際變化－多重尺 度變化。  氣候變化對全球社會、經濟、政治、文化等的影響。 9-3 短期氣候變化與未來氣候變遷 聖嬰現象與短期氣候變化

正常年 聖嬰年 聖嬰的影響 百寶箱 9-7

南方振盪指數（ SOI ）：南太平洋大溪地島與澳洲達爾文港 的海平面氣壓的差值。 圖 9-19 百寶箱 9-6

 預報未來氣候的方法：  類比法或統計法  數值模擬法  IPCC 的報告，有一系列的模擬結果  全球暖化，海平面上升  水庫、攔砂壩，減少砂石流出河口  濱海工業區、漁港，抽取海沙  超抽地下水，使地層下陷 未來的氣候變化與氣候預報 動動腦 9-2

西元 1000 年至 2100 年的二氧化碳濃度變化值 圖 9-20

西元 1000 年至 2100 年的全球平均地表氣溫變化圖 圖 9-21

 印度每年平均約有 3000 人被熱死。  2003 年八月上旬法國破記錄的高溫達兩星期。 「法國衛生部表示﹐大約有 人在八月的法國 熱浪中死去。」  從 1979 年到 1999 年，美國地區由於高溫天氣導 致的直接死亡人數達 8015 人。在這期間，美國死 於熱浪的人數比死於颶風、雷電、龍捲風、洪水和 地震人數的總和還要多。僅在 2001 年就有 300 人 死於熱浪的襲擊。 熱浪致死：全球暖化後會更嚴重熱浪致死：全球暖化後會更嚴重

參考文獻參考文獻 1. 魏國彥、許晃雄編著（ 1997 ），全球環境變遷導論 （ Global change an introduction ），臺北市，教育部出 版。 2. Van Andel, T. H., 1994: New Views On An Old Planet: A History of Global Change. Cambridge University Press, Cambridge, 439pp. 3. Climate Change (1990), The IPCC Scientific Assessment. J.T. Houghton, G.J. Jenkins, and J.J.Ephraums (Eds.), Cambridge University Press, New York, 364pp. 4. Climate Change 2001 (IPCC Third Assessment Report), The Scientific Basis. Cambridge University Press, New York, 882pp. ISBN (

1. 中央大學大氣科學系網站（虛擬教室及相關連結）： 中央氣象局網站： 海面高度變化： 4. 聖嬰及南方振盪：  南方振盪：  氣候及海溫預報（美國海洋大氣總署之氣候預報中心） NOAA/NCEP Climate Prediction Center ：

5. 古氣候變遷： 人口統計電子報： nt.htm nt.htm 7.Google 查詢網站： IPCC 報告網站：

附錄：網路資源附錄：網路資源 9. 全球變遷相關網站：  UNEP - United Nations Environment Programme (  WMO - the World Meteorological Organization (  ESSP - The Earth System Science Partnership (  DIVERSITAS – an integrated programme of biodiversity science (  IGBP – International Geosphere-Biosphere Programme (  IHDP – International Human Dimensions Programme on Global Environmental Change (

附錄：網路資源附錄：網路資源 9. 全球變遷相關網站：  WCRP–World Climate Research Programme （ -home.html ） -home.html  START - the Global Change System for Analysis, Research and Training (  APN - the Asia-Pacific Network for Global Change Research (  IAI - the Inter-American Institute for Global Change Research (  東南亞區域全球變遷研究委員會（ SARCS ， Southeast Asia Regional Committee for START ）（ ）  國際全球變遷聯合基金會（ IGFA ） the International Group of Funding Agencies for Global Change Research (

第九章 結束

地球系統（ Earth System ）  這是一門在系統與次系統間相互影響的科學。 針對地球不同圈的研究 ─ 大氣圈、水圈、岩石 圈和生物圈，並研究不同圈圈內的作用演化與 彼此之間的影響，瞭解它們的演育史與這些系 統正在運作的功能。 百寶箱 9-1

百寶箱 9-2 反照率  反照率是指一個物體再陽光照射下，其反射回去的 輻射量與總入射輻射量的比值。  若反射量愈大，此物體看起來就愈明亮，其反照率 也愈接近 1 。反之，若太陽光大量地被此物體吸收， 物體看起來就較陰暗，其反照率就接近 0 。

反照率  因為雪非常地白，會反射大部分的陽光，地表一旦 被雪覆蓋，反照率瞬間變很大，只能吸收到微小的 太陽輻射，所以地面會變的更冷，冰雪覆蓋面積更 容易繼續擴大。  森林的砍伐，也會改變當地的反照率，迫使當地的 氣候改變，甚至影響到全球。

冰芯  大氣中的物質會隨大氣環流抵達冰川表面，經降雪積壓，遂 封存在冰川內。 大氣中的物質會隨大氣環流抵達冰川表面，經降雪積壓，遂 封存在冰川內。  從 1960 年代開始，科學家就在南極大陸、格陵蘭島或高山 深處的冰蓋上鑽取冰芯，經分析不同年齡冰芯裡的氫、氧同 位素、微量氣體、二氧化碳等，可推論當時全球平均氣溫、 大氣成分、含量、降水量等氣候要素。 從 1960 年代開始，科學家就在南極大陸、格陵蘭島或高山 深處的冰蓋上鑽取冰芯，經分析不同年齡冰芯裡的氫、氧同 位素、微量氣體、二氧化碳等，可推論當時全球平均氣溫、 大氣成分、含量、降水量等氣候要素。  冰芯可以良好保存資料（ 低溫）、解析度高（年）、記錄 時序長（幾十萬年） ，可提供準確的古氣候資料，用於探 討地球環境長時間的變化 。 冰芯可以良好保存資料（ 低溫）、解析度高（年）、記錄 時序長（幾十萬年） ，可提供準確的古氣候資料，用於探 討地球環境長時間的變化 。 百寶箱 9-3

地球系統的回饋機制 地球系統具有維持穩定的機制，靠著各種循環產生回饋作用， 太多的會被移除 ( 負回饋作用 ) ，太少的則補充回來 ( 正回饋作 用 ) ，使地球環境穩定的演化。例如： 百寶箱 9-4 地球溫度增高 水分蒸發 變快 降水增加 雨水 加上二氧化碳 形成含碳酸的逕流 加速 岩石風化 碳元素被帶到石灰岩裡 溫暖潮溼 氣候 生物滋生，植物光合作用 吸收二氧化碳 呼出氧 二氧化碳濃度降低 溫室效應減弱 溫度因而降低 ( 負回饋 ) 而溫度降低，大氣中二氧化碳又開始累積，使地球增溫，這就 是正回饋。

新仙女木事件 仙女木為極區耐寒的草本植物，其花粉常散布在冰期 的沉積物中，在一萬二千年前左右的沉積物中大量出 現，稱為新仙女木事件。 百寶箱 9-5

什麼是南方振盪  二十世紀初英國派駐印度的總督沃克爵士，為了要解決印度 農產品產量的預測，進行印度季風降雨預報的研究。 二十世紀初英國派駐印度的總督沃克爵士，為了要解決印度 農產品產量的預測，進行印度季風降雨預報的研究。  他分析了全球許多測站的氣象資料，發現南太平洋大溪地島 與澳洲達爾文港兩地的氣壓值有如蹺蹺板般一上一下的關係， 所以，他就把這個縣項稱為南方振盪。 他分析了全球許多測站的氣象資料，發現南太平洋大溪地島 與澳洲達爾文港兩地的氣壓值有如蹺蹺板般一上一下的關係， 所以，他就把這個縣項稱為南方振盪。  後來挪威氣象學家畢亞可尼發現，南方振盪與聖嬰現象其實 是一體兩面，只是一個反應在大氣，一個反應在海洋上。 後來挪威氣象學家畢亞可尼發現，南方振盪與聖嬰現象其實 是一體兩面，只是一個反應在大氣，一個反應在海洋上。 百寶箱 9-6

聖嬰年定義  若五個月大於該月月均溫 0.5 度，就表示有聖嬰現 象，定義為聖嬰年。 若五個月大於該月月均溫 0.5 度，就表示有聖嬰現 象，定義為聖嬰年。  若五個月小於該月月均溫 0.5 度，定義為反聖嬰年。 若五個月小於該月月均溫 0.5 度，定義為反聖嬰年。  聖嬰現象造成印尼降雨偏少，東南亞、臺灣和日本 暖冬，美洲西海岸冬季雨多。 聖嬰現象造成印尼降雨偏少，東南亞、臺灣和日本 暖冬，美洲西海岸冬季雨多。 百寶箱 9-7

火山爆發會排出大量的灰 塵到平流層中，經過大氣傳 送到整個緯度圈。想一想， 火山爆發會如何影響全球的 氣候變化呢？ 動動腦 9-1

氣候變遷是全球性的問題，查一查 IPCC 架構下還有 哪些國際組織在管理全球變遷的種種相關議題呢？臺 灣有哪些政府單位或民間組織再掌管這些議題呢？各 以什麼方式參加這些國際組織呢？ 動動腦 9-2