未來氣候推估的不確定性
未來氣候推估的不確定性
國立臺灣大學大氣科學研究所博士生王啟芸
氣候變遷是目前各國非常關心的議題,根據政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)在2007年所出版的第四次「氣候變遷評估報告(AR4)」,未來全球經濟與人口快速發展的情境下,地表溫度將上升1.4至6.4度,這個數字是怎樣被計算出來的?可信度又有多少呢?
對於未來氣候變遷的推估,目前多以全球氣候耦合模式的模擬結果當作依據,所謂全球氣候耦合模式,是將影響大氣、海洋、陸地、冰等變化的過程,用基本的物理、動力、熱力和化學定律組成的數學方程式加以解析。目前各國已有許多氣候模式,包括像美國大氣研究中心發展的Community Earth System Model (CESM),德國Max-Plank研究所的The MPI-M Earth System Model (MPI-ESM)等,可以模擬各組成包括大氣、陸地、海洋、陸冰和海冰隨時間的變化,從而推估未來氣候狀況。每個氣候模式都會有誤差,因此用氣候模式來推估未來氣候之前,必需要先能將過去及現在的氣候狀況合理的模擬出來,通過科學家們的種種測試之後,才能說服科學家們將其應用在未來氣候的模擬。除此之外,氣候模式一個網格大約數十到數百公里不等,但地球上發生的各物理過程(例如一朵積雲的發展)也許只有數公里,在氣候模式裡為了將這些較小尺度的現象表現出來,必須使用各種參數法加以簡化,甚至直接將小尺度現象忽略,這些也都是氣候模式的不確定性。而各家氣候模式架構不同,百家爭鳴的情況下,不可能只看單一模式的結果,所以IPCC報告撰寫以及各國制定環境政策時,通常採用多模式模擬和系集模擬(ensemble simulation)的方式。
除了氣候模式的不確定性,推估未來氣候時,還有一個重要的推估量,就是如何估計未來能源使用的情況? IPCC在AR4中所使用的排放情境(Emission Scenario)(圖一),主要依據未來能源使用情況,分成A1、A2、B1和B2四大類,其中A1又再依照石化能源與替代能源使用情形分為A1F1(密集使用石化能源)、A1T(石化和替代能源各半)和A1B(主要使用替代能源)。A1代表全球經濟快速發展、人口快速增加,CO2排放至2050年達至巔峰而開始減緩,並且同時發展更多有效率的科技,幫助改善環境問題。A2所呈現的是不均衡的世界,各區域仰賴自己的經濟與技術發展,CO2排放持續增加至21世紀末。B1和A1類似,CO2排放持續增加至2050年後減緩,但是經濟結構轉向以資訊服務為主,並且高度使用潔淨能源。B2則各區域發展自己的經濟策略與潔淨能源技術,由於資源不均因此發展成不一,CO2排放持續緩慢增加至21世紀末。
而即將出版的AR5將使用輻射力(radiative forcing)作為情境的依據,稱作「代表濃度過程」(Representative Concentration Pathways, RCP)(圖二)。相對於先前以減排(mitigation)為目的所設定的排放情境,代表濃度過程是以調適(adaptation)為出發點。主要分為四個情境:RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5,數字部分為輻射力。RCP2.6(低溫室氣體排放情境):大氣輻射力會在21世紀中葉達到最大值3W/m2,然後緩降至世紀末,相當於二氧化碳濃度490 ppm。RCP4.5(各國積極減排情境):大氣輻射力會在世紀末達致穩定,約4.5W/m2,相當於二氧化碳濃度650 ppm。RCP6.0(各國未積極減排情境):大氣輻射力會在世紀末達致穩定,約6.0W/m2,相當於二氧化碳濃度850 ppm。RCP8.5(各國未減排情境):世紀末時,大氣輻射力持續增加並超過8.5W/m2,相當於二氧化碳濃度1370 ppm。
使用氣候模式模擬是目前唯一可以讓人類一窺未來的方式,若能讓普羅大眾瞭解氣候模式的不確定性所在之處,不僅可以讓政府部門以及一般大眾在使用未來氣候推估資料時,更瞭解每個推估出來的數字所代表的意義,減少盲從或危言聳聽的現象發生,亦可激勵科學家們更努力改進氣候模式,增加對未來氣候推估的可信度。
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參考文獻
- IPCC (2007), Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Solomon, S., D. Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt, M. Tignor and H.L. Miller (eds.)].Rep., 996 pp, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA.
- Meinshausen, M., et al. (2011), The RCP greenhouse gas concentrations and their extensions from 1765 to 2300, Climatic Change, 109(1-2), 213-241.
- Wikipedia-global climate model http://en.wikipedia.org/wiki/Global_climate_model
- 2011年台灣氣候變遷科學報告