新聞標題【民報】【專欄】氣候變化的原因、後果和證據
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【專欄】氣候變化的原因、後果和證據

2019-12-23 12:40
氣候變遷除了最顯然而見的融冰、海水上升、全球暖化外,氣候變化實際上亦迫使生態系統改變,包括生存其中的動物與我們人類的習性、情緒與生活型態甚至飛機飛行都造成影響。圖/擷自NASA,作者提供
氣候變遷除了最顯然而見的融冰、海水上升、全球暖化外,氣候變化實際上亦迫使生態系統改變,包括生存其中的動物與我們人類的習性、情緒與生活型態甚至飛機飛行都造成影響。圖/擷自NASA,作者提供

氣候變遷是指氣候在一段時間內的波動變化,一段時間也可能是指幾十年或幾百萬年,波動範圍可以是區域性或全球性的,其平均氣象指數的變化。目前對氣候變遷討論最多的是關於環境政策,對當代氣候的影響,也就是說人為因素對氣候的影響,尤其是關於全球暖化問題。而對於當前發生的全球暖化,多數氣候科學家認為「人類活動極有可能是,導致近半個世紀的全球暖化現象的主要原因」。

氣候變化的原因

對氣候變遷影響的因素來自多方面,包括太陽輻射、地球運行軌道變化、造山運動、溫室氣體排放等(下文再討論)。由於地表許多間接影響氣候的因素反應較慢,如海洋溫度變化,冰山融化等,所以氣候變遷相對直接影響氣候的因素變化來說,可能要等幾個世紀,甚至更長的時間才能顯現出來。

◆自農業發展以來,特別是工業革命開始以來,化石燃料燃燒、毀林、水稻種植、畜牧業、工業生產和其他人類活動有所增加。

◆大氣中的溫室氣體,如二氧化碳、甲烷和水蒸氣,吸收地球表面發出的紅外輻射,然後重新輻射,從而造成溫室效應。

◆冰蓋、海冰、陸地植被、海洋溫度、風化速率、海洋環流和溫室氣體濃度直接或間接地受到大氣的影響。然而,它們也都回饋到大氣中,並以不同的方式影響大氣。

◆地球軌道的週期性變化和相對於太陽的軸向傾斜(發生幾萬至幾十萬年)會影響太陽輻射在地球表面的分佈方式。

◆板塊構造運動改變了大陸品質的形狀、大小、位置和高度以及海洋的測深能力(bathymetry),對大氣和海洋的環流產生了強烈的影響。

◆太陽的亮度隨著恒星的老化而繼續增加,隨著時間的推移,太陽將越來越多的能量傳遞到地球大氣層。

氣候變化的後果

氣候變化影響天氣模式,氣象元素如溫度、濕度、風速、降雨及極端天氣事件可影響空氣污染物的排放、化學特性、沉積和輸送。大氣中的二氧化碳濃度增加和溫度上升會延長花粉傳播季節,並提升花粉的濃度,導致某些人出現過敏和哮喘。

◆最熟悉和可預測的現象是季節性週期,人們調整他們的服裝,戶外活動,恒溫器和農業實踐。

◆人類社會在適應性變化方面已經發生變化,儘管有大量證據表明,面對迅速而嚴重的氣候變化,某些社會和文明已經崩潰。

◆氣候成分之間的複雜回饋在氣候系統中會產生「臨界點」,在氣候系統中,系統一個組成部分的微小、漸進的變化可能導致氣候突然變化。

◆生命史受到氣候變化的強烈影響,其中一些氣候變化從根本上改變了進化過程。

氣候變化帶來,除了最顯然而見的融冰、海水上升、全球暖化外,氣候變化實際上亦迫使生態系統,包括生存其中的動物與我們人類,在意想不到的方面適應它帶來的影響。以下是其中六個:

1.人類性行為減少

在少子老化的社會,出生率下降的原因多樣,除了因避孕方法普及和經濟衰退外,原來也關氣候變化事。美國全國經濟研究所的研究論文發現,天氣熱影響性慾,減低出生率。但凡氣溫高於攝氏26.6度的夜晚,從該天起計8至10個月後的出生率,都比平均低0.4%。換言之,每一個氣溫過高的夜晚都會拉低美國整體出生嬰兒數約1,000 人。「1,000人」放諸美國人口來似乎只是滄海一粟,但根據推算,未來炎熱夏夜將由一年30天飆升至90天,每年會少10萬名嬰兒出生,若把全球各國出生率影響計算在內,數字只會更駭人。

2.夜不成眠

在城市生活,不論學生還是上班族多少受睡眠負債困擾。長期失眠、睡眠不足造成慢性疲勞,積累成疾長遠引致抑鬱症、心臟病、失智症、癌症等。若氣候變化趨勢持續,都市人睡眠不足的情況只會變本加厲。麻省理工媒體實驗室的預計,到 2050 年,每年每100個美國人就會多6個無眠夜,到2099年更會增至14晚。與其他氣候變化影響一樣,窮人往往是首當其衝的一群,負擔不起冷氣錢的家庭和怕冷又怕熱的老人最受影響。

3.熱到躁,人更暴力

所謂「熱到躁」斷不是說說而已,熱浪不單令我們心煩易怒,行事魯莽,而且更容易誤解別人的舉動含有敵意。事實上,炎熱地區的犯罪率確比其他地區要高。去年有研究調查近60個國家,發現天氣愈熱,發生暴力罪案機率愈高,而且預計未來全球氣溫每升攝氏1度,謀殺案就會上升6%。

4.飛機難起飛

在過去這個夏天,光是美國鳳凰城就有 40 班航班因天氣極度炎熱(不是霧霾或颶風)而遭取消。為甚麼?皆因熱空氣密度比冷空氣低,空氣愈熱,當中可供承托機身的空氣分子就愈少,飛機起風難度隨之增加。其實長跑道有助飛機產生更多升力,因此空氣密度低不一定會令飛機無法起飛,不過對於部分規模較小的機場如鳳凰城而言,就肯定是個難解的問題。

5.北極熊混種變灰北極熊

全球暖化,融冰不斷,原本主要出沒浮冰的北極熊被迫退守內陸,交配季節在陸地遇上灰熊雜居,混種成灰北極熊,褪去雪白毛色,換上灰熊的淺棕皮毛。有指這類天然雜交是北極熊在全球暖化中求生的權宜之計,因灰熊基因可適應較和暖氣候,而且兩熊雜交的後代會失去保暖用的厚重皮毛,使灰北極熊更耐熱。表面看來雖然有利生存,不過實際上真正的北極熊的存亡愈發岌岌可危,阿爾伯塔大學生物學教授Andrew Derocher指:「我也不想這樣說,不過從遺傳學角度出發,灰熊基因最終很大機會蠶食北極熊。」牠們侵略性強。

6.鯊魚襲擊有增無減

鯊魚襲擊人類的案例年年上升,科學家推算原因有二。一是海水溫度上升逼鯊魚北上,二是夏日延長令更多泳客到海灘戲水,兩者結合使發生鯊魚襲擊的機率大增。而鯊魚襲擊人類又使獵鯊漁民「出師有名」,激怒鯊魚,也是鯊魚襲擊案增加的主因。去年因受人類挑釁而發生的鯊魚襲擊案就有156宗。

氣候變化的證據

所有的歷史科學都有一個問題:當他們在時間上探索得更遠時,他們越來越依賴零碎和間接的證據。地球系統的歷史也不例外。跨越上個世紀的高品質儀器記錄存在於世界大部分地區,但記錄在 19 世紀變得稀少,在 18 世紀晚期之前很少有記錄。其他歷史檔,包括船舶的日誌,日記,法院和教堂的記錄,和稅單,有時可以使用。在嚴格的地理環境中,這些來源可以提供霜凍、乾旱、洪水、海冰、季風日期和其他氣候特徵的資訊,在某些情況下,這些氣候特徵可追溯到幾百年前。

幸運的是,氣候變化在自然界中也留下了各種各樣的特徵。氣候影響樹木和珊瑚的生長、動植物物種的豐度和地理分佈、海洋和湖泊的化學性質、寒冷地區冰的積累以及地球表面物質的侵蝕和沉積。古氣候學家研究這些影響的痕跡,設計聰明而微妙的方法來獲取有關過去氣候的資訊。

過去氣候變化的大部分證據都是間接的,因此古氣候學需要大量的調查工作。在可能的情況下,古氣候學家試圖用多行證據來交叉檢驗他們的結論。他們經常面臨相互矛盾的證據,但是,這和其他科學一樣,通常會導致對地球系統及其複雜歷史的理解加深。新的資料來源、分析工具和儀器正在變得可用,而且該領域正在移動。

氣候變遷的證據可以從各方面看出來,從19世紀中葉,就有全球大氣溫度變化的記錄,再早的情況雖然沒有直接的記錄,但可以依據間接的來源確定,如植被分布、積冰層的研究、古樹的年輪、海平面變化、冰川地質學等。

考古學研究

從古代人類分布,農業生產的方式,考古的發現,口頭傳說和歷史文獻中,可以發現歷史上氣候變遷的情況,氣候變遷曾經造成多個文明的毀滅。

冰川

南極沃斯托克站冰層研究檢測出過去450,000年中二氧化碳、溫度和塵埃變化情況。

冰川能顯現出氣候變遷的明顯證據,當氣候變冷時,冰川範圍擴大,氣候變暖時冰川收縮。冰川的變化會將影響氣候的因素放大,同時也對自然造成影響。1970年代,根據高空攝影,已經對全球的冰川情況完成詳細的記錄,記錄了覆蓋240 ,000平方千公尺的大約100,000個冰川,以前的估計全球冰川覆蓋面積應該是約445,000平方千公尺,世界冰川監測所每年收集冰川萎縮和物質平衡的數據,根據數據證實,全世界冰川在1920年代和1970年代是處於擴大狀態,在1940年代曾經萎縮,從1980年代中期到現在又處於萎縮狀態。物質平衡數據顯示冰川物質已經連續17年處於消失狀態。

最重要的氣候變遷是上新世中晚期(約三百萬年前)的冰河期和間冰期循環,最近的一次間冰期(全新世)已經延續了約11,700年。

植被

植被的變化也反映了氣候的變遷情況,哪怕氣候微小的變化,如果造成溫度和降水增加,植物生長茂盛,會固定二氧化碳。如果氣候急劇變化,會導致植物死亡和土地沙漠化。

冰芯

對冰芯鑽探分析,例如對南極冰層的分析,可以發現大氣溫度和海平面的歷史變化情況,對封凍在冰層氣泡中的氣體研究,也可以發現歷史大氣的二氧化碳含量變化情況,對研究古代和現代大氣狀態的區別提供了非常有價值的信息。

年輪氣候學

年輪氣候學是根據樹的年輪研究古代氣候變遷的學科,寬的年輪證明當時氣候濕潤,適合植物生長,窄的年輪證明當時氣候條件不好,不利於植物生長。

孢粉分析

孢粉學是研究當代和化石植物孢子和花粉的學科,根據孢粉化石可以分析古代植物種類的分布情況,不同種類的植物花粉形狀、結構、表面狀態都不同,花粉表面含有彈性物質,可以抵禦腐蝕,在河流、湖泊、沼澤等不同時代的沉積層中發現的花粉化石,可以確定植物分布的變化情況,由此推測當地的氣候條件變化。

昆蟲

在不同時期沉積物中經常發現昆蟲的化石,研究昆蟲種類的變化也可以推測當時氣候條件的變化。

海平面變化

用檢潮儀可以檢測海平面的變化情況,現在常用高度計和人造衛星軌道結合測量海平面的變化,海平面的漲落是大氣溫度變化和冰川融化造成的。

正在進行的氣候變化正在由空間、陸地表面以及世界海洋表面和之下的感應器網路監測。過去 200-300 年的氣候變化,特別是自 200 世紀初以來的氣候變化,由儀器或工具記錄和其他檔案記錄。這些書面檔和記錄提供了過去幾百年來一些地方的氣候變化資訊。一些非常罕見的記錄可以追溯到1000多年前。研究儀器記錄之前的氣候變化的研究人員越來越依賴自然檔案,自然檔案是記錄過去氣候某些方面的生物或地質過程。

這些自然檔案,通常被稱為代理證據,是極其多樣化的。它們包括,但不限於過去植物和動物分佈的化石記錄、海洋和大陸以前狀況的沉積和地球化學指標,以及過去氣候特徵的地表特徵。古氣候學家通過收集湖泊、沼澤和海洋沉積物的核心或圓柱形樣本,來研究這些自然檔案。通過研究地表特徵和地質地層;通過檢查活樹和死樹核心或部分的樹環圖案;鑽入海洋珊瑚和洞穴石筍;深入南極、格陵蘭島的冰蓋和西藏高原、安第斯山等高原高海拔冰川;以及各種其他手段。提取古氣候資訊的技術不斷得到開發和完善,新型自然檔案得到認可和利用。


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