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。

圖一 IPCC AR4所使用的模擬情境

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。

圖二 IPCC AR5所使用的模擬情境

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

1. 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.
2. Meinshausen, M., et al. (2011), The RCP greenhouse gas concentrations and their extensions from 1765 to 2300, Climatic Change, 109(1-2), 213-241.
3. Wikipedia-global climate model  http://en.wikipedia.org/wiki/Global_climate_model
4. 2011年台灣氣候變遷科學報告