劉紹臣 特聘研究員兼主任 中央研究院、環境变遷研究中心 物理所 Summer School 05/29/2009 氣候變遷 劉紹臣 特聘研究員兼主任 中央研究院、環境变遷研究中心 物理所 Summer School 05/29/2009

從數字看±2度C 我認同氣候暖化是全世界生存環境所面臨最嚴峻的衝擊。其引起的極端天氣的變化，將對全球生態環境帶來巨大、急迫的衝擊，對低緯度的國家如台灣尤其嚴峻，不容忽視。 《±2℃》的震撼性效果極佳，我推崇此片在喚起民眾及政府官員關注氣候暖化問題的貢獻。 但此片在幾項重要問題所引用之關鍵資訊有明顯的錯誤，有必要澄清。

天氣與氣候 天氣 (weather)﹕空氣的短期狀態與變化 (短期﹕~ 10天以內) 例如明天的温度、今天的天氣很好 氣候 (climate)﹕天氣的長期平均值 (長期﹕WMO世界氣象組織定義30年平均才有氣候的代表性) 例如全球平均氣温、一年平均幾個颱風侵台? ------------------------------------------------ 一個常被提出來的問題﹕10天後的氣温都預報不準，還要報幾十年以後的氣温? 答案﹕10天後的温度難預報，10年後台灣的年平均氣温却容易預報，因控制後者的機制比前者簡單。

特殊天氣事件與氣候變遷 特殊天氣事件往往會與氣候變遷拉上關係, 尤其是台灣的媒体。 例如: (1) 莫拉克颱風是全球暖化造成的. (2) 去年冬天歐洲、美洲及中國的暴風雪及酷寒(北極振盪)是要進入小冰河期.

温室效應(Greenhouse Effect) 全球平均地面氣温﹕15 oC 或 288 oK 若無溫室氣體﹕-18 oC 或 255 oK 相差 33 oC, 這是地球的溫室效應, 因溫室氣體可讓陽光透過大氣到地面,却阻擋紅外線散熱到外太空。 金星溫室效應有460 oC, 因金星CO2有100 大氣壓。Runaway greenhouse effect, 因之無水?行星之死? 火星溫室效應只有 3 oC, 因只有0.06 大氣壓。 地球主要溫室氣體有 H2O, CO2, CH4, O3, N2O 目前絕大部份溫室氣體是自然的, 但CO2, CH4, O3, N2O 過去100年來因人類活動而明顯增加。

二十一世紀的氣候變化 相對20世紀全球的0.6度增温，21世紀預測增温高達3-6倍! 即1.8-4.0度。 海平面上升28-43公分。 (不是 4-8 公尺) 極高溫日數會增加，極低温日數會減少 旱災更嚴重。 颱風、暴雨可能會更多、更嚴重。

從數字看±2度C:海平面上升 第四段(約3分半鐘處)，「約莫2020年到2037年的某一個夏天，也就是最快十年以後，北極融冰會完全消失」，以及第五段(約6分鐘處)「如果北極冰融，海平面上升六公尺後」，此兩處很容易誤導觀眾以為海平面上升六公尺即將 (在本世紀內)發生。 事實上，根據IPCC2007的報告估計，本世紀末海平面上升幅度僅介於0.18至0.59 公尺。 幾個世紀後海平面上升六公尺是可能的，但石油、煤氣本世紀就會用盡，屆時CO2排放量應會大量減少，因此討論本世紀後的氣候變遷不定性極大，實用價值有限。

2100 相對20世紀的0.6度增温，21世紀預測增温 約3-6倍，即1.8-4.0度。

二十一世紀温室氣体的變化 B1(即1.8℃)是最樂觀(即最低)的温室氣体排放情況 ，其二十一世紀的平均CO2排放量是每人每年約4公噸，在此情況CO2於2100年將被控制在450 ppm左右(約工業革命前之1.6倍) 。 A2(即4℃)則是聽其自然的温室氣体排放情況，其二十一世紀的CO2排放量約為B1的三倍，在此情況CO2於2100年將高達840 ppm(約工業革命前之三倍)。

台灣二十世紀的氣候變化 全球增温約 0.6度，台灣增温約 1.1 度，將近兩倍，原因可能與熱島效應有關。 1970年以後台灣日照時數減少約15% 。 1970年以後台灣相對濕度明顯減少，霧已從大城市消失。 1961-2005年全台前10%強降雨己增加約一倍，而最小20%的小雨則己減少約50%。

氣候變遷:極端天氣 一般人主要注意到全球温度漸漸增加及海平面緩慢上升，認為這些變遷是漸進的、緩慢的、甚至是遙遠的，缺乏急迫感。 其實極端天氣也會受氣候變遷的影響，例如世界各地近幾年陸續注意到有有大雨增加及小雨減少的現象，並且極高温如熱浪及極低温的變化也很大。 但極端天氣隨氣候的變化很難預測，不定性極高，尤其是區域性的變化更難預測。 因此IPCC2007對極端天氣受氣候變遷影響的預測相當保守。

Changes in precipitation in the 21st Century predicted by IPCC 21 model ensemble

Number of models out of 21 that project increases in precipitation.

台灣的熱浪 (根据環變中心論文 Shiu, Liu and Chen 2009 in Journal of Climate)

Linear trends of daytime & nighttime temperature in Taiwan (1961-2005) T (D) T (N) 藍色是減少，紅色是增加。

台中附近(25 km X 25 km) (中央大學、遙測中心)

最低温超過25度的晚上，即須要冷氣的晚上

白天最高温超過36度的日子

台灣的熱浪 台灣的熱浪主要在台北，其成因主要是都市熱島效應，不是全球暖化的結果。今後空氣汚染改善後，熱浪將更嚴重。 晚上温度增加是熱島效應加上全球暖化的結果。今後對冷氣的須要將變本加厲。

從數字看±2度C:温度變化 “長夏、熱浪”: 正確。 “長冬、酷寒”: 不正確，應為短冬、暖冬。 “短春、短秋”: 缺乏証据。

全球暖化對極端降雨的影響 Mostly based on a paper by: Liu, S.C., Congbin Fu, Chein-Jung Shiu, Jen-Ping Chen, and Futing Wu, GRL, 2009.

Changes of Precipitation Spectra US (48 states)

極端降雨的重要性 小雨是土壤保持溼潤的重要水份來源，大雨容易流失。 小雨長期減少會加重旱災，尤其是台灣西南部。 大雨增加會導至水災。(大雨發生的季節或地區通常不同於小雨)

強降雨隨全球温度變化的理論 Clausius-Clapeyron equation 預測大氣水蒸氣隨全球温度增加7 %/K。強降雨的降雨率取決於邊界層的水氣輻合，因而有相同的增加率。 Trenberth et al. (2003) 認為強降雨增加的程度會因為高空潛熱排放的增加而比 7 %/K更大。 全年總雨量隨全球温度增加值很小，約2%/K。而高空潛熱的增加會使大氣穩定度增加，因此強降雨增加會使小、中雨減少。 但17個IPCC氣候模式估算降雨強度的增加却只有~2%/K，遠小於 Clausius-Clapeyron equation 預測值.因此IPCC2007對極端天氣受氣候變遷影響的預測相當保守。

                                       Convection that Powers Tropical Cyclones (National Weather Service)

Global temperature anomalies (land and ocean) + - 2 years of + 2 years of –

15 CWB stations (mm/hr)

15 Taiwan CWB stations (mm/hr) 1961~2005

全球觀測降雨強度譜與IPCC系集模式的比對圖 From Liu et al. (2009)

我們的分析顯示IPCC2007嚴重低估極端天氣的變化，也就是水、旱災發生的機率遠超過IPCC2007的估計。

15 Taiwan CWB stations (mm/hr) 1961~2005

1960-2005全球温度約增加0.7C，~140%x0.7 = ~100%，即全台灣前10%強降雨己增加約100%，而最小20%的小雨則己減少約40% 。 台灣前10%強降雨絕大部份來自颱風或其挾帶的西南氣流，由此可推論夏、秋季之洪水及土石流的發生機率己於1961至2005增加約一倍。(I.e. 莫拉克非偶然事件) 台灣冬、春季之水資源主要靠中小雨， 1961至2005中小雨的減少使旱災發生機率明顯增加。

Katrina (颱風是否會更強、更多?)

旱災是否會更嚴重、更頻繁?

聯合國跨政府氣候變遷小組報告(IPCC2007)估計2005-2035可能會再增0 聯合國跨政府氣候變遷小組報告(IPCC2007)估計2005-2035可能會再增0.7C，即台灣前10%強降雨會再增加1961年之100% ，而最小20%的小雨則會再減少1961年之40%。 因此台灣的防洪、防土石流及防旱措施在今後25年須要較1961年增加三倍。

基本解決之道(mitigation)須要阻止地球暖化，節能減碳、甚至地球工程如大量反射陽光都應在考慮之內。 由於節能減碳須時甚久(>40年)，調適措施(adaptation)必須迅速起動，尤其是加強(加两倍!)防洪、防旱，甚至全盤國土規劃。

Global Emissions of CO2

全球CO2排放之成長（1990-2002） 附件一國家即 京都議定書中 37己開發國家 資料來源：國際能源總署(IEA)。

http://www.eia.doe.gov/emeu/iea/carbon.html

We are in a big trouble!!! 日益醜陋的國際形象。 經濟制裁快要來了(~5年？) 為了台灣的生活環境、生態系统，我們有必要減少温室氣體的排放。 做為地球村的一份子，我們有義務減少温室氣體的排放。

台灣二氧化碳排放量高的主要原因之一是能源價格相較其他國家偏低之故。 能源價格偏低是因爲能源稅較低，例如汽油祱約為25%、煤碳則不課稅。 雖然低稅率原則上是好事，但二氧化碳排放的環境及經濟成本要整個社會承担並不公平。 爲反映石化能源的溫室氣體排放的社會成本，政府宜儘速落實碳稅的課徵及相關配套措施，以達到經濟發展、環境保護及能源節約的三贏目標。 (梁啟源, 2007)

電價之國際比較

一、能源價格政策(續) 圖1. 各國油價之比較 (普通無鉛汽油) 資料來源：能源局，3月

圖3、台灣能源結構的變化 (1996-2003)

馬蕭白皮書CO2減排量 2050年之前須減排至2000年之50%，即約5.5噸。(合乎國際水準) 2025年之前須減排至2000年之排放量，即約11噸。(合乎國際水準) 2016-2020年排放量須回到2008年之排放量，即約12噸。(太慢)

+ 全球 台灣 現在 2050年 降低CO2排放量（公噸/年/人） 4 4 4 12 9 4 節約+效率(20%?) 非碳能源(45%?) 素食、節約能源 提升能源使用效率 資源再利用 太陽能(5%?) 水力、風、海 (<5%) 生質能 (20%?) 核能(30%) + ?oC

台灣能源成本之比較 註：資料來源為台灣電力公司；*代表台電運轉實績。

替代能源 太陽能的潛力最大(1 hour solar energy~1 year global energy use)，但成本太高，無法大量利用。 風力發電在台灣潛力有限，且不可靠。 台灣水力雖然豐富，但大部份早己開採利用。 因此剩下的40%減量絕大多數須來自生質能及核能。 生質能目前己在巴西及美國量產並用於汽車，但其缺點是與糧食有排擠作用、佔取森林等用地、需要大量肥料及農耕機燃料，因此減碳效率不高。 核能固然有核廢物及安全等缺點，但在可控制範圍內，因此目前是世界上絕大部份國家發展非碳能源的首選。

Geo-engineering (地球工程) 造林：可造林面積有限。 海洋加營養塩：技術不成熟，太小、太貴。 沙漠架反光鏡：太貴，環境影响大。 太空反光鏡：太貴，時間太長，環境影响大。 平流層加懸浮微粒反射陽光（如火山微粒)：目前看起來最可行。

由於節能減碳須時甚久(>40年)，調適措施(adaptation)必須迅速起動，尤其是加強(加两倍!)防洪、防旱，甚至全盤國土規劃。

調適措施(adaptation) IPCC2007 建議的調適措施相當廣泛，對水、旱災的防患建議相對保守，並且缺乏具體的區域氣候變遷評估與調適措施。 我國的調適措施仍在計劃階段，例如國科會”氣候變遷衝擊與調適”研究計畫，環保署的”氣候變遷評估與調適措施”研究計畫。 我國防洪、防旱設施現在就須要加倍，25年後須加两倍。 山區的居住及開發須重新計劃，甚至須要全盤國土規劃。

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