在氣候變遷的影響下，更要聰明的與水一起生活──《科學月刊》

• 本文與台灣科技媒體中心合作，內文經泛科學改寫。
• 本文轉載整合自台灣科技媒體中心《「刺胳針研究：英國Omicron和Delta的住院、死亡風險比較」解析》
• 資料更新至 2022 年 4 月 8 日，完整文章請見上方連結

2022 年 03 月 16 日，國際期刊《刺胳針》（Lancet）刊登一篇研究「Comparative analysis of the risks of hospitalisation and death associated with SARS-CoV-2 omicron (B.1.1.529) and delta (B.1.617.2) variants in England: a cohort study」，主要是想透過英國衛生安全局（UKHSA）的 COVID-19 國內確診數據，分別從就診、住院和死亡的數據上比較相對風險，了解 Omicron 相較於 Delta 的嚴重程度。

這篇研究，是由英國劍橋大學的湯米・尼伯格教授（Tommy Nyberg）團隊，收集 2021 年 11 月至 2022 年 1 月間，英國國內監測 COVID-19 感染後的確診數據，並比較 Omicron 和 Delta 對不同年齡階段、不同免疫狀態的人群感染的嚴重程度，包括就診、住院治療及死亡風險的變化。

mRNA 疫苗保護力強？

其中在比較 mRNA 疫苗施打的結果上，研究發現，施打 mRNA 疫苗加強免疫系統，對防止 Omicron 的住院和死亡，具有高度保護作用。

數據顯示，「有施打 mRNA 疫苗」發生住院與死亡的風險比值（HR）是「未施打疫苗」的 22%。（HR for hospital admission 8–11 weeks post-booster vs unvaccinated: 0·22 [0·20–0·24]）也就是與「未施打疫苗」相比，「施打 mRNA 疫苗」的 8 到 11 週後，發生住院的風險下降了約 78%。

解讀時，要注意！

該研究是在比較「施打 mRNA 疫苗」與「未施打疫苗」發生住院與死亡風險，使用的是風險比（Hazard Ratio, HR），是指在相同時間裡兩個風險率的比值。

如同前面提到，在 Omicron 的研究結果中，「有施打 mRNA 疫苗」會發生住院與死亡的風險，是「未施打疫苗」的 22%。意思是與「未施打疫苗」相比，「有施打 mRNA 疫苗」發生住院的風險下降了約78%。

這邊的 22%，是來自「有施打 mRNA 疫苗」 vs. 「未施打疫苗」兩個群體，發生住院狀況的風險比值，而不是指「未施打疫苗者」發生重症與死亡的發生率。也就是說：「400 萬人未施打疫苗，其中會有將近 80 萬人重症或死亡。」這是錯誤的歸納且與該研究觀察結果無關。

此外，我們也無法透過上述的風險比較，回推「未施打疫苗」群體，發生重症或死亡的比例。

架空世界：任腦中遨遊的世界，嗎？

法蘭克‧赫伯特的《沙丘》是 2021 年上映的硬派科幻電影^[註1]。《沙丘》之名，在科幻迷眼中，被視為科幻類型文本的開山始祖之一，更是難以電影化的科幻小說作品；在電影《沙丘》中，行星厄拉科斯（Arrakis）是作品中的主要場景，一片荒蕪的沙漠行星，除了有著珍貴的香料礦，還有可怕的沙蟲。

這樣的架空世界，屢屢存在於各個作品中，《魔戒》中有中土大陸（Middle Earth），《冰與火之歌》中有維斯特落大陸與厄斯索斯大陸，《星際大戰》更有具雙日的環聯星運轉行星克卜勒16b^[1]塔圖因星球。身為讀者，以及一位地球科學模擬科學家，有時不禁會想：這些架空是否真的有可能存在？這些作家設計的世界，真的能存在嗎？

今日，布里斯托大學氣象研究所的 Dr. Alexander Farnworth 與他的同事 Dr. Sebastian Steinig，以及薛菲爾德大學的 Dr. Michael Farnsworth 就實際驗證了一次，究竟一個架空星球的氣候環境，是否為真？是否真的適合人類居住？

《沙丘》的氣候模型：低碳高臭氧的沙漠環境

在他們發表的文章^[2]中，他們使用了氣候模型來模擬厄拉科斯的氣候。Dr. Farnworth 亦提到^[3]，他們使用的是同樣用在 IPCC（The Intergovernmental Panel on Climate Change，跨政府氣候變化專門委員會）報告中，用以預測未來氣候變遷狀況的 HadAM3B-M2.1D 模型^[4]，其不需要海洋模式，所以海洋模式也就不用運行了（當然也可以省下計算資源）。

這個模型使用與地球相同的物理行為與物理參數。他們也使用了《沙丘百科》所提供的資料，來告之氣候模型應使用的地型狀態以及星球軌道，而星球軌道將大大影響到一個星球上的季節情況。最後，則是厄拉科斯星球的大氣組成：350 ppm 的二氧化碳、0.5% 的臭氧層。這兩個數字會影響到地球的溫室效應，只不過雖然厄拉科斯的二氧化碳濃度低，但是同樣是溫室氣體的臭氧值高，因此具一定的溫室效應。

等這些數據確定後，氣候模型就可以開始運作並且計算。這個氣候模型一共跑了三週多，作者另外提到，他們總共模擬了五百年，而且還使用了地球的部份大氣情況來跑厄拉科斯的數據（當然同樣是為了省下電腦運算資源的策略）。幸運的是，在初始的幾年中，大氣就乾了，而五百年後，大部份的水都保存在地底^[3]。這也不難想象，尚未蒸發到大氣中的水會因重力滲流到地表下保存，而在沒有植物行光合作用的情況下，大氣中的水蒸氣也將成為厄拉科斯上居民爭奪的「黃金」。

為什麼要算五百年的氣候狀態？因為氣候／氣象模型餵進去的只是 Initial Condition，也就是「初始條件」，而初始條件只是氣候模型的開端而已，不能當做結果。所以算到最後，這個氣候模型必須達到「平衡態」——也就是說，模型算出來的四季，與下一年算出來的四季，必須要有極小的差值。等這個差值小到可以忽略時，這種數值模型才算是成功的。

住在「赤道比高緯度區域還舒適」的沙漠星球

在書中描述了厄拉科斯是極為嚴苛的生存環境，像是人會利用「蒸餾服」來回收排出的汗、尿，再自己喝，連血都會快速凝固來防止蒸發。書中描述的厄拉科斯是個非常乾熱的地方，所以大多數的人會住在兩極地區。

但是根據氣候模型，熱帶／赤道地區，在夏天會達到 45°C，冬天則不低於 15°C，但是在中緯度與兩極地區，最高溫會達到 70°C，在中緯度最低溫會達到 -40°C，兩極則會到 -75°C。其主要的原因就是兩極地區的大氣濕度高、雲層厚，造成其極端的氣候狀況。

另外與書中描寫不同的，是降雨狀態。書中的厄拉科斯沒有降雨，但是依據氣候模型的計算，在高緯度的夏天，還有山區與高原地區，還是有非常少量的降雨。也因為前述提到的極端溫差，所以兩極地區也不存在冰帽。

最後的問題，人類可以住在厄拉科斯嗎？根據氣候模型，人類最有可能居住在熱帶地區，而不是書中提到的中緯度：畢竟中高緯度才是最熱的地方，也是最不適合人類居住的氣溫。如果有誰想要用岩石煎牛排，是可以考慮到中緯度一遊吧？

雖然書中的描述與實際氣候模擬的狀況有一點落差，但是作者們也提到，《沙丘》原著出版時間早（1965 年），比真鍋淑郎發表第一支地表模式早了整整四年，在這樣的落差下，《沙丘》原著中對厄拉科斯的氣候描述，雖與氣候模型模擬的結果有部分落差，但並無大錯。

Dr. Alexander Farnworth 給中文讀者的話

筆者與撰寫《沙丘》氣候模擬的文章作者進行了一些交流，除了學術交流外，也榮幸邀請了作者給中文讀者一些感言：

「從數十年前開始，我便一直是法蘭克·赫伯特的作品《沙丘》的超級粉絲，而他也打開了從我童年時開始，對奇幻世界的眼界。這也讓我有機會用一個科學家的角度，來重新檢視童年時有對此世界的奇想。我希望就此成果，也能夠一樣能吸引更多的人來了解我們的氣候是如何運作，知道為什麼要保護我們的星球，更希望能夠激發更多下一代的氣候學家。」^[3]

I have been a massive fan of Frank Herbert’s Dune since childhood due to the fantastical world he first envisioned many decades ago, to be able to look at it as a scientist was a fantastic experience and brought back that childhood wonder. So, I hope this work equally inspires others to learn about how our climate works, how we should not take our planet for granted and maybe even inspires the next generation of climate scientists.

大氣科學是一門很有趣的學問，人類仰望星空，是透過地球的大氣層才有了閃爍的星光，也是有大氣層才保護人類免受宇宙射線侵害。人類在埃及、商朝、伽立略等年代，都建立了對星體運動的了解，但大氣動力學要一直等到納維爾－斯托克斯方程出現後，才有飛躍般的進展，更惶論在能用數值模型解釋氣候、氣象模型，以及人類擁有更精確、更大量的氣象資料後，才能大量驗證大氣運動，進而改良大氣模型，才能達到預測氣象與氣候推測（Climate Projection）的能力。但這非常需要大量的人力，以及大量的知識才能達到。

真鍋淑郎博士在近六十年前，以少數人力建構了第一代的地表模式，而現在最新的《通用地表模式第五版（Community Land Model Ver. 5）》，是橫跨多國的合作開發的模式^[5]，而這還只是地表模式，大氣模型中還有形成雲或雨的 Microphysics、輻射能量傳導模式的 Radiative Transfering Scheme、解大氣間傳輸的 Planetary Boudary Layer Physics、屬海洋領域的洋流模式，屬水文領域的三維地下水模型，以及用來進行數值解的計算流體動力學，更惶論日新月異的電腦資訊工程的發展，這些的確都需要未來學子們加入並一同改進，也是未來泛地球科學學門需要的生力軍。

註解

1. 2021 年上映的科幻電影《沙丘》舊譯為《沙丘魔堡》。除了 1984 年大衛·林區所拍攝的初代電影使用舊譯名稱外，還有九零年代的同名即時戰略遊戲；遊戲版的《沙丘魔堡II》，也是《終極動員令（Command & Conquer) 》創作公司Westwood的代表作之一。

參考資料

1. Doyle, L. R., Carter, J. A., Fabrycky, D. C., Slawson, R. W., Howell, S. B., Winn, J. N., … & Fischer, D. (2011). Kepler-16: a transiting circumbinary planet. Science, 333(6049), 1602-1606.
2. Farnwoth, A, Farnwoth, M, Steinig, S, 2021, Dune: we simulated the desert planet of Arrakis to see if humans could survive there. https://theconversation.com/dune-we-simulated-the-desert-planet-of-arrakis-to-see-if-humans-could-survive-there-170181?fbclid=IwAR2EhRwjxNsGtFdkZGic8SZRS7cOgQbjfFXt27PmGYyZoVLH3BpANma569g
3. Farnworth, A, 2021, Personal Communication.
4. Valdes, P. J., Armstrong, E., Badger, M. P. S., Bradshaw, C. D., Bragg, F., Crucifix, M., Davies-Barnard, T., Day, J. J., Farnsworth, A., Gordon, C., Hopcroft, P. O., Kennedy, A. T., Lord, N. S., Lunt, D. J., Marzocchi, A., Parry, L. M., Pope, V., Roberts, W. H. G., Stone, E. J., Tourte, G. J. L., and Williams, J. H. T.: The BRIDGE HadCM3 family of climate models: HadCM3@Bristol v1.0, Geosci. Model Dev., 10, 3715–3743, https://doi.org/10.5194/gmd-10-3715-2017, 2017.
5. Lawrence, D. M., Fisher, R. A., Koven, C. D., Oleson, K. W., Swenson, S. C., Bonan, G., … & Zeng, X. (2019). The Community Land Model version 5: Description of new features, benchmarking, and impact of forcing uncertainty. Journal of Advances in Modeling Earth Systems, 11(12), 4245-4287.
   https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2018MS001583

受疫情影響延誤數個月，距上次報告發佈八年之久後， IPCC 氣候變遷的第六次評估報告（IPCC Sixth Assessment Report，簡稱 AR6） – 第一工作小組報告的最終版草案^[註1]  終於在 8 月 9 日問世。氣候變遷已近在眼前，在台灣的我們，剛經歷缺水危機後就迎來豪雨水災，極端天氣的三溫暖叫人吃不消，更遑論世界各地所遭遇的熱浪、颶風、林火等天災。這份報告就像地球的體檢診斷書，揭示了氣候變遷影響下，人類未來可能面臨到的衝擊。

IPCC 的報告為什麽如此重要？  

雖然世界上的人還是可以分成「相信氣候變遷正在發生」和「氣候變遷是無稽之談」兩大派，但氣候變遷是真是假，不是靠聲量大小決定，而是必須讓科學實證來說話。而 IPCC（Intergovernmental Panel on Climate Change，全名為政府間氣候變化專門委員） 存在的目的，就是要以嚴謹的科學，去探討氣候變化的情形，以及對人類社會經濟造成的影響。

自 1988 年由世界氣象組織和聯合國環境規劃署成立的 IPCC，正是大家耳熟能詳的《京都議定書》及《巴黎協議》背後的重要推手。他們為地球氣候變化研究所做出的貢獻，也在 2007 年被諾貝爾和平獎肯定，與美國前副總統高爾共享這份殊榮。

大家可能會 OS：IPCC 產出一份評估報告要花 5 到 7 年，這也太久了吧！但就以 AR6 為例，這份多達 3949 頁的報告，引用了超過 14000 份科學論文，是由各國兩百多位科學家綜整各領域研究對氣候變遷的最新數據與分析後，取得從物理到社會經濟各層面共識的集大成之作！這份報告書沒有停留在學術象牙塔，而是讓政策決定者也參與在審核的過程。第一階段由科學家們提出研究結論之後，第二階段讓各國政府代表加入審核，將科學與實踐接軌，提出政策結論，最後再請 195 個成員國政府代表，以逐字審查方式做最終的確認並背書。

在阻止氣候變遷成為失速列車前，地球命運共同體的我們都在和時間賽跑。如何將有限的資源用在刀口上，是有效調適減緩氣候變遷的關鍵。經過嚴格多階段審核的報告書，才能成為各國政府擬定政策可靠的憑據。

延伸閲讀：那些關於溫室效應全球暖化的科學討論：眾志成城的 IPCC 報告是如何誕生的？

瞭解幾個重點關鍵字，就能搞懂 IPCC 報告

在進入正題之前，搞懂幾個重點觀念，你就能比較明白 IPCC 報告在説什麽。IPCC 報告的核心問題，就在於回答：人類活動是否真的造成了全球暖化的發生？如果真是這樣，未來的情況會如何？

為了要檢驗這項假設，科學家建立了可反映和模擬地球氣候與環境變化的氣候模式（Climate Models）。在衆多的氣候模式中，比較常聽見的有大氣環流模式（General Circulation Model，GCM） 和地球系統模式（Earth System Model）。前者建基於基本物理定律，以數學方程式來描述大氣、海洋、冰及地表之間的熱能和物質交換；後者則納入了生物與化學因素對氣候物理過程的影響，可以更深入地探討碳循環、與生物圈的交互作用等回饋機制與氣候變遷的關係。

要讓模型變得更加可靠，就需要用大量、長期的真實氣候數據去「訓練」它，透過與過去氣候資料比較進行校正後，才能更好地模擬未來氣候的走向。可靠的氣候模型，可以模擬過去、現在、未來的氣候趨勢，更可以用來探討在有無人為影響下的氣候變化，是協助我們驗證氣候變遷和擬定調適策略的重要工具。

但要統整世界各地海量的氣候模式資料，光是資料收集就是一大工程，IPCC 的研究又該怎麽進行呢？答案就是透過耦合氣候模式對比計劃（Coupled Model Intercomparison Project，CMIP）的協助！CMIP 扮演了國際公開資料平臺的角色，讓隸屬旗下的各國研究組織，可以讓各自產製的氣候模式資料上線，讓全球研究者能簡便地獲取和分析這些資料。

每一期 CMIP 的模式推估，皆奠基於共同制定的未來氣候推估情境（Scenarios）。就像玩 RPG 游戲時，玩家在特定狀況下設定不同的參數，或在重要關卡做出不同的選擇，都會導向不一樣的結局。科學家於是將不同指標，如人類活動的溫室氣體（Green House Gases，GHGs）排放量高低，來設定各種可能的情境，來預測人類在氣候變遷這場大型生存游戲中，不同的 if 路線下，會遇見怎麽樣的未來地球氣候，所觸發各種極端氣候事件的機率大小。每一次的 IPCC 報告，科學家都會升級 CMIP 所使用的模式中，改善物理、化學與生物過程的表達式、提高資料的解析度，就是為求預測模擬的成果能更好地反映真實的情形。

IPCC 第六次報告的重點一次看！

值得注意的是，IPCC AR6 一改過去保守的口吻，使用了强烈的措辭「毋庸置疑」（unequivocal），説明多年來模式與觀測方法的改進，已讓科學中的不確定性降低，讓氣候科學家越來越確定氣候變遷發生的證據。所以如果你還認為氣候變遷是陰謀論，也許就要重新審視一下自己的立場了。若你向來關心氣候變遷課題，那這份報告便是帶我們重溫那些令人胃痛不已的既有認知：人類在大氣、海洋及陸地暖化上難辭其咎；近期地球氣候系統的變遷是數千年來前所未有的，也和熱浪、豪雨、乾旱等極端事件的發生擺脫不了關係。

這一次，科學家設定了五種情境^[註2]，溫室氣體排放量由低至高依序為：

1. 極低排放減緩情境 SSP1-1.9
2. 低排放減緩情境SSP1-2.6
3. 中度排放情境 SSP2-4.5
4. 高排放情境 SSP3-7.0
5. 極高排放情境 SSP5-8.5

而報告結果顯示，無論在哪一種排放情境，全球地表升溫將會持續到本世紀中。除非人們在幾十年内大幅減少二氧化碳及其他溫室氣體的排放，否則全球暖化幅度，將在 21 世紀時超過《巴黎協定》所訂定的減碳目標 1.5° C 和 2.5°C。

持續的全球暖化，不只讓我們冷氣電費節節上升，還會提升高熱帶氣旋、熱浪、豪雨，以及部分地區農業與生態乾旱的發生頻率與强度。我們將要持續不斷和極地海冰、雪蓋與永凍土說再見。而極端降水事件頻率或強度的增加，在上一次 AR5 中被評估為中度信心，但在這一次則被評為高度信心。這說明了科學家更確定，因地球升溫而被强化的水循環，將會讓旱災洪水變得更嚴重。儘管我們知道海洋與陸地具有碳匯作用，可減緩大氣中二氧化碳的累積，但在二氧化碳排放持續增加的情境下，這些效果都會被減弱。

科學家提醒，過往認為極低機率事件如冰層崩解、海洋環流劇變，以及「禍不單行」的複合式災難（例如熱浪與乾旱一同夾擊），都將可能發生。人們必須做好「情況沒有最糟，只有更糟」的準備，將各種極端事件納入風險評估。

未來的台灣：冬天變短，夏天變長

把視角聚焦回台灣，我們身處的這座小島的氣候變遷趨勢又如何？一直在氣候變遷議題政策推動與推廣工作上不遺餘力的台灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台計畫（TCCIP），也持續為產製在地的未來氣候推估資料做出努力。

根據 TCCIP 分析，台灣年均溫在過去 110 年間已上升約 1.6°C，而且近半個世紀有升溫加速的趨勢。而氣候變遷，更使得台灣的四季分佈出現明顯的變化。二十一世紀初的夏季長度，增加到約 120 至 150 天，近年來的冬季，更縮短到 20 至 40 天。

研究團隊也證實，未來全球高度排放的暖化情境與理想減緩情境相比較，前者對臺灣的衝擊程度將明顯大於後者。根據推估，雖然未來台灣年總降雨量呈現增加的趨勢，但與此同時，年最大連續不降雨日數也會變多，説明旱澇加劇的情況可能會更加頻繁。

雖然未來看起來不太樂觀，但也不需過於絕望

IPCC AR6 明確地警示，氣候變遷已是難以忽視的真相，而且未來推估的情況不容得我們懷有一絲僥幸和樂觀。不過我們也不該太早放棄希望，正如 IPCC 的前副主席巴瑞特所言：從科學的角度來看，每降溫 1°C，甚至小至 0.5°C 或 0.1°C 的改變幅度，都對減緩氣候變遷的影響至關重要。在面對前所未有的氣候變遷挑戰上，我們也需要前所未有的改變、刻不容緩的減碳行動，在 2050 年達到净零溫室氣體排放。

他表示，IPCC 報告的重點就在於指出：人類仍有可以選擇的路徑，去避免最糟的情況發生。這或多或少給了我們一些希望。

在游戲中不小心死翹翹，還可以讀取存檔再來一次。然而地球的氣候變遷，是一場不可重來的生死難關。人們的抉擇到底會不會走向那個無可挽回的 Bad Ending，決定權將交在我們這一代人的手中。

【注解】

1. IPCC 評估報告整體内容包含四大冊，前三冊各由一個工作小組負責，第一工作小組（Working Group，WG I）主責氣候變遷的科學基礎研究；第二工作小組（WG II）則是分析生態與人文系統在氣候變遷下受到的影響與衝擊，及不同群體面對氣候變遷的脆弱度與調適方法；第三工作小組（WG III）肩負了評估減緩氣候變遷的各式方案。第四冊是以較平易淺白的用詞表達，統整前三冊内容的綜合報告（Synthesis Reprot）。目前公佈的為第一工作小組的報告部分，第二和第三工作小組的報告預期在 2022 年公佈，而最終的綜合報告預期在 2022 年底完成。
2. 這次報告的情境設定，都以 SSPx-y 表示，“SSPx” 代表的是納入社會經濟考量的途徑）（Shared Socio – economic Pathway），而 “y” 則是輻射强度（單位是每平方米瓦特），用來表達受自然或人為因素影響的大氣能量通量變化，會受到溫室氣體與氣溶膠的濃度影響；其中，輻射强度的正值代表地球升溫，負值則會降溫。

【參考資料】

1. AR6 Climate Change 2021:The Physical Science Basis
2. IPCC 氣候變遷第六次評估報告之科學重點摘錄與臺灣氣候變遷評析更新報告
3. General circulation model
4. 政府間氣候變化專門委員會
5. Earth is warming faster than previously thought, scientists say, and the window is closing to avoid catastrophic outcomes
6. IPCC AR6：更確定的氣候變遷證據
7. Earth System Modeling, a definition