地球氣候已到臨界點？

地球氣候已到臨界點?
知識通訊評論第39期

地球氣候變遷是否到了無可逆轉的臨界點，是近年的熱門話題。科學家對北極的海冰，覆蓋格陵蘭的片冰以及北歐海域溫鹽環流的探究，同意確有一些改變的具體跡象。這是否代表地球整體氣候有趨近臨界點的危機，或只是系統變遷過程，已引起許多的討論。

《時代》雜誌在其2011年四月三日的封面，刊登一隻孤獨無依的北極熊被溶冰造成的水坑包圍。「近懼遠憂」，緊接在這標題下面的是這樣的警語：「處在臨界點的地球」。

超越某個隱藏極限就會使人類造成的氣候變遷急遽地惡化，這個觀點已經縈繞數十年之久，通常以諸如「非線性」、「正回饋」、「滯後效應」等等技術名詞表達出來。如今它以一個新的名詞再受到矚目：二○○四年，一共有四十五篇報紙文章在談論氣候變遷時，提及「臨界點」(tipping point)；今年頭五個月，已有二百三十四篇這樣的文章。一家英國報紙最近在它的頭版刊登「暖化已達臨界點」的警語；另一家報紙則登出「氣候已近不歸路」，這個概念像傳染病一樣的擴散。

氣候變遷逐漸失控的概念相當抓住人心，在學術論文跟政治辯論裡也跟報紙頭條一樣引人注目。但是氣候真的是處在即將轉入一個天翻地覆狀態的臨界點上？果真如此，那又是什麼意思？

臨界點通常指的是內部動力促動先前由外力造成轉變的起始點。這個概念帶出兩個問題：首先，這個時刻何時達到？第二，一旦度過此刻，是否無論其他地方發生何事，該系統注定都會自行其道？換言之，臨界點是否是條不歸路？

雖然沒有強力的證據顯示氣候整體而言有個關鍵點，超越它就會明顯地轉換成一種全新模式，不過氣候系統中的個別部分有可能處在狀態迅速改變的危險中，而且也許無法回復，其中最顯著的也許就是北極。最北邊是北極海海面上的海冰殼，它的南邊則有覆蓋格陵蘭的遼闊片冰；另外還有起源於北歐海洋一塊小區域的輸送洋流，它攜帶著熱流跟鹽分環遊世界。

如履薄冰

這三者似乎都有著足堪被稱做臨界點的內在危險區域外在力量正在聚集而外在力量正在聚集將它們推向這些臨界點。美國科羅拉多州波德市國家冰雪資料中心的塞拉澤 (Mark Serreze) 表示，幾乎舉世都同意，溫室效應現今正在北極發酵。

「幾乎舉世都同意溫室效應現今正在北極發酵。 —- 塞拉澤」

塞拉澤研究的海冰，是北極三人組中近期最受矚目的成員。海冰在冬季或多或少覆蓋於北極海盆地之上。夏日陽光啃食冰堆，從邊緣萎縮，並在其中製造出一片片開放水域。開放水域的反照率較低，反射的陽光比冰層少得多，因此深邃的開放水域區域愈大，海洋貯存的夏日暖熱也就愈多。貯存熱能愈多意味著下個冬季的冰層就愈薄，再下個夏季也就愈易於融化，然後再下一年就有更多的熱能貯存於開放水域。這就是稱為「冰–反照率回饋」的循環；塞拉澤說融化消退一旦開始，就無法回轉。

看來此一過程的某些部分已經開始。塞拉澤跟他的同事發現，夏日海冰在過去三十年間，以平均每十年百分之八的速率萎縮。過去四年的九月海冰已是歷史新低，二○○五年的冰覆蓋面積比起一九七九年到二○○○年間的平均值，少了百分之二十，約當一百三十萬平方公里的面積，比法國、德國跟英國加起來還大。就是這項發現觸發了許多警語頭條。

比起冰層的面積，它的體積是更有用的數值，只是很難估計。雷達測量可幫上忙，然而設計用來提供這些資料的歐洲 Cryosat 衛星，發射任務在二○○五年十月失敗了；新計畫正在籌備，不過眼前唯一可測定冰層厚度的方式是從其下方著手。美國西雅圖華盛頓大學的羅斯洛克 (Andrew Rothrock) 及張京倫（譯音），在二○○三年分析從一九八七年到一九九七年間，一系列潛水艇巡航結果，並下結論說冰層在那段期間削薄了約一公尺。

炙熱的一月

一個被稱為「北極振盪」(Arctic Oscillation) 的風向及天氣自然擺盪現象，可能在冰層的減損中扮演關鍵角色。這項指標在一九八九年開始進入正向模式，帶動一圈強風環繞北極。張京倫及他在華盛頓大學的同事林德塞 (Roger Lindsay) ，相信是這些強風透過格陵蘭島東方的福蘭海峽，將大量厚冰刷出北極。但是海冰甚至在北極震盪轉入正向狀態之前就已經開始消失，顯然北極震盪並非唯一的成因。

無論其確切機制為何，隨著開放水域裡的熱能傾注到上方的空氣中，冰層減損似乎正在暖化大氣。整個北極盆地在一九九○年代的春季溫度開始上升。北極的冷岸群島今年經歷了一場驚人的熱浪，一月比過去任何一個四月都還要溫暖，四月則比長期平均溫度高出攝氏十二度。

林德塞跟張京倫指出，冰–反照率效應確實已經越過臨界點，其內部動力已較外在因素來得重要。但無論是實際觀察或是理論模型，都沒說這個效應不需外界幫助就會自動消退。英國氣象局愛塞特分部的氣候模型家洛威 (Jason Lowe) 表示，雖然地球幾乎肯定要失去更多冰層，但它不必全然喪失；可是倘若目前的溫室氣體排放跟全球暖化的趨勢持續下去，地球的兩個永久冰帽將只會留下一個。

轉變之風

倘若冰–反照率回饋一路持續下去，與人類引發的氣候轉變整體規模相較之下，預估它所造成的額外暖化效應也不會很大。位在北極圈內不過百分之四點五的地球表面實在是太小了，不足以造成地球能量平衡的激烈改變。然而有線索顯示，失去海冰可能有比單純的「每平方公尺吸收瓦特數」深遠得多的效應。英國諾威治東英格蘭大學地球系統科學家蘭頓 (Tim Lenton) 指出，由南北半球三個大氣循環系統構成，目前相對穩定的風向模式，部分倚靠冰冷白暟的北極而定。

「倘若目前結構的任一部份瓦解，其影響會非常深遠。 —- 蘭頓」

北極的下沈氣流是一個稱為「哈德萊環流」的大氣系統的必要部分，熱帶地區有另一個哈德萊環流；介於兩者之間的則是，則是造就出中緯度地區風暴的強勁西風和層噴射氣流。蘭頓表示，倘若目前結構的任一部份瓦解，其影響會非常深遠；假如這個系統開始在三環流以及一個較不穩定的結構之間產生季節性轉換，噴射氣流的位置就會改變，從而全然改觀。

海冰減少所造成的區域性暖化，也可能影響第二個臨界點：格陵蘭片冰的大小。雖然會延遲數個世紀，其效應在此可就非常強烈了：格陵蘭的冰足以讓海平面上升七公尺。美國賓州州立大學冰河學家艾利 (Richard Alley) 說，紐奧良在卡崔娜颶風過境之後，最深的積水也不過六公尺，格陵蘭可是為全世界的海岸線矗立在那裡。你能夠搬遷城市嗎，或是築一道七公尺高的堤防，還希望它挺得住？

格陵蘭對於北極暖化有何反應，最近還無人能描繪出一個可信的圖像。當這頭的冰河在消退時，那頭的可能在增長；冰可能在內陸累積，卻在沿岸消蝕。然而過去幾年裡，幾乎所有的指標都同樣地指出：格陵蘭正在融化。

土崩瓦解

對格陵蘭進行的衛星測量指出，雖然其內陸最近有積雪，然而沿岸卻在消退。從飛機上取得的雷射測量則指出，沿岸的融化可能足以超過內陸積雪。格陵蘭的冰河似乎也開始蠢蠢欲動。艾利說過去十年裡暖化很嚴重，儘管這是否屬於自然波動還有很多爭論空間，但是格陵蘭漸趨溫暖跟它逐漸縮小，這其中的關連清晰可見。

由英國瑞丁大學的葛瑞哥利 (Jonathan Gregory) 及其同事所做的模型指出，需要全球平均暖化攝氏三點一度，才能將格陵蘭完全冰融。這個氣候上的不歸路大約位在聯合國跨政府氣候變遷研究小組 (IPCC) 預料範圍的中值，但是比同一團隊先前所做的估計來得高。這顯示出該研究領域的轉變有多快，艾利說轉變快速的不只是格陵蘭，新論文出版發表以及意見分歧的速度，同樣令人加倍地吃驚。

這些模型卻沒有將格陵蘭冰河的變動納入考量。美國馬里蘭州格林貝特航太總署高達太空飛行中心的茲瓦利 (Jay Zwally) ，在二○○二年發現夏日融雪一旦出現在格陵蘭中西部的地表，冰就開始滑動得更加快速。這很令人驚訝，因為滑動率應該取決於冰層底部而非其表層的作用；這點出片冰對氣候變遷的反應，可能比任何人以為的都還要來得快。唯一的好消息是這過程要花上數個世紀。

「新論文出版發表以及意見分歧的速度，同樣令人加倍地吃驚。 —- 艾利」

汰舊換新

北極海冰跟格陵蘭片冰的融解，都會牽動它們的鄰居。第三個臨界點是大輸送洋流（或稱溫鹽環流）的起源處。由於其低溫及高鹽度，格陵蘭與斯堪地那維亞半島之間的北歐水域異常稠密因而下沉；海洋表面的水於是被導向北方來補充這些水域，其結果之一就是英國比她所處的緯度要來得溫暖。

這個沈底作用帶動巨量的水，載送大量的熱能環繞大洋。一九八○年代，有模型開始指出北邊的融冰將新水注入此處，會削弱這個系統，並擔心這會導致突如其來的氣候變遷，在歐洲及美洲東部造成冰河時期。今日多數科學家認為這有些言過其實，不過此系統裡的變化仍然有其深遠意涵，而且溫鹽環流似乎也有它自己的臨界點。

乾燥亞洲

好消息是雖然北極確實看似日趨暖和，不過距離危險點尚遠。將消失的海冰、融解掉的格陵蘭跟北極河流量加總起來，也大約只有模型預測臨界值下限的四分之一。

然而對深海洋流的測量顯示，環流可能以未被模型考慮到的方式產生波動。倘若格陵蘭的冰融術速度加快，溫鹽環流效應將會弱化。德國波茨坦氣候衝擊研究中心 (PIK) 的海洋模型學家拉姆斯托夫 (Stefan Rahmstorf) 表示，溫鹽環流的命運繫之於格陵蘭，倘若它融化迅速，對深層海水成形將是噩耗；但假若格陵蘭很穩定，環流完全停止運行的危機就非常微小。

「溫鹽環流的命運繫之於格陵蘭，倘若它融化迅速將是噩耗。 —- 拉姆斯托夫」

任何環流停止運轉，對歐洲的溫度影響可能不大，但是拉姆斯托夫說，由於柯氏效應 (Coriolis Effect) ，這樣的洋流大轉換會重新分配海水，使得北大西洋升高約一公尺。也有人說大西洋漁場會因此崩潰。

不過最大的危險來自更南邊。過去類似的洋流變化，似乎會使得提供亞洲大部分食物的熱帶降雨顯著轉變。拉姆斯托夫表示，如果你把溫鹽環流關掉，熱帶降雨帶就會移轉；所有的模型都指出這一點，這是非常單純牢靠的物理原理。

這三個例子為臨界點提供了什麼樣的啟示？首先是它們難以預測，因為它們時常取決於太過細微，難以被氣候模型捕捉的現象。還要銘記在心的是，「北極三人組」的海冰、片冰和輸送洋流，大多只單單取決於物理原理，所以相當單純；那些涉及生物學的可能臨界點，比方說亞馬遜森林在某個極限之後的潛在枯萎危機，甚至更加難以掌握。

人為因素

另一個啟示是，「不歸路」可能並不特別重要。目前的溫室氣體濃度確定會讓全世界在往後數十年內持續暖化，而現今的世界經濟結構則確定會繼續增加溫室氣體濃度。重點是有何可為，劍及履及；如同艾利所言，人為臨界點也許比自然臨界點更重要，也就是何時情況才變得讓我們無法忍受。

來自北極的訊息告訴我們，仍然來得及避免氣候系統裡的非線性狀態，產生最惡劣的潛在後果。縱然要阻止海冰嚴重減少可能太遲了點，北極三人組的另兩名成員，看來離危險點還有一段距離；何況不像溫鹽環流及格陵蘭的片冰，發生在海冰的改變似乎仍可反轉。

倘若消失的冰層以及垂死的北極熊，得以將社會大眾從「近懼遠憂」推上更積極行動的領域，那麼人類世界中的臨界點可能就會有其正面角色。波茨坦氣候衝擊研究中心經濟學家艾登胡佛 (Ottmar Edenhofer) 發現，在某些探討氣候變遷反應的經濟模型裡，增加燃碳價格會鼓勵再生能源的使用；超過特定的界限之後，即使燃碳價格下跌，再生能源的優點已無可磨滅，揚棄石化燃料的趨勢將會持續下去。艾登胡佛表示，他們的任務就是找到將經濟體系推向新均衡狀態的方法，而他們可利用市場的臨界點來達成目標；臨界點是麻煩所在，但也可以是解決之道。