全球暖化的正回饋機制

2015年12月195國代表會聚巴黎,經過二週的談判與協商後,終於通過「巴黎氣候變化協定」(簡稱巴黎協定),明訂目標為全球平均氣溫的上升幅度在2100年前不超過2℃,並努力向1.5℃邁進。且在2050年後,使人類活動的溫室氣體排放量與自然界的吸收量取得平衡,以維持地球永續生存發展的適宜環境。

巴黎協定目標的達成與否,端視現今全球暖化的趨勢與速度,以及各國政府所執行調適策略的適宜性與確實性。科學資料顯示,全球測站(陸地與海洋)年均溫的平均值於1900-2000年間增溫之幅度為+0.69℃/100年,但最近1981-2015年期間,氣溫增幅卻猛然上升到+1.57℃/100年,暖化的趨勢明顯變快。全球二氧化碳含量也自工業革命前的280ppm,隨時間持續增加,2015年已達400ppm。要控制增溫幅度在2oC以內,二氧化碳含量需控制在450-500ppm之間。距離現況之發展,未來所剩下的排放空間已不大。進入21世紀後,二氧化碳排放之增加速率約為2-2.5ppm/年,這些數據反應了全球暖化的加劇以及人類努力現況仍待加強。

自然界中,有些環境機制會在反應全球暖化時,生成大規模變化,且其變化結果隨後會強化全球暖化,這類機制稱為正回饋機制。其中,最具代表性也最受人類關注的即是北極融冰。當北極全部均為冰雪覆蓋時,所呈現的白色表面,對入射的太陽光其反射率可達90%,吸收率僅約為10%。受到全球暖化影響,大氣與海洋增溫下,地表額外的能量傾向往較低溫的極區優先傳送,低溫的北極地區吸納顯著的熱量後,海面結冰開始融化,白色的冰面減少而藍色的海面增多。深色的海面對入射陽光之吸收率相當高,約為90%,反射率僅為10%,形成有利於吸收熱量的環境與機制。當全球暖化繼續發展,北極將有更多的海面出現,協助吸收更多來自陽光的能量,促使北極結冰加速融化,形成更多的海面,更少的冰面,結果就是對陽光熱能的吸收越來越大,更加速結冰的融解。在此機制之下,北極原本是反射陽光的區域,融冰後反而變成是吸收陽光而儲存熱源的地區,更會加速暖化的速度,這就是全球暖化的正回饋機制。在此機制,北極平均氣溫上升速度明顯高於其他地區。科學家推估,北極將是未來氣候變遷時,暖化最劇烈的地區,形成所謂的「北極放大」現象。

在人為因素方面,地球人口持續增加,自1960年的30億增加到2016年的74億,短短半個世紀增加了1.5倍。更多的人口下,其食、衣、住、行等各項生存機制的維持,均需更大量的物質,而這些物質的生產與消費,也會造成更大能量的消耗。在人口數持續增加,生產消費與能量消耗也隨之增加的連鎖效應之下,若能源的取得仍主要來自化石燃料的使用,其效應則是促使全球暖化的增強。因此,現今人口的持續增加下對應化石燃料的使用增加,對全球暖化而言,也是另一種的正回饋機制。

▲全球平均溫度(包含陸地與海洋)於1900-2015年間,相對1971-2000年平均值之變化值與暖化趨勢。

(圖片來源:張家治繪)

(本文由科技部補助「海洋與環境變遷」執行團隊撰稿)

責任編輯:王御風∣國立高雄海洋科技大學 基礎教育中心

審校:翁叔平∣國立臺灣師範大學 地理學系

名詞解釋

正回饋機制(positive feedback mechanism):指人為因素或自然界中,有些變化會對全球暖化的增強產生加強作用,以自然界為例:原本在平衡狀態中的地球大氣與海洋,因全球暖化使得海溫增高,更多的水分子得到能量蒸發成水蒸氣,水蒸氣是主要的溫室氣體,因此又回饋大氣的溫室效應,導致溫室效應效果加劇,即為一種正回饋機制。

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本文作者:陳昭銘

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