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積跬步以至千里:用專業為人類前進奠基的研究者們──2018 唐獎得主演講紀錄

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2018/11/15 ・6477字 ・閱讀時間約 13 分鐘 ・SR值 598 ・九年級

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本文由《唐獎教育基金會》委託,泛科學與法律白話文運動企劃執行

  • 文/文詠萱 文字編輯/翁郁涵
圖/唐獎基金會提供

9 月 22 日,2018 年唐獎得獎者齊聚台北,一同帶來整日的精采演說。由法治獎開始,漢學獎結束,得主們從各自的專精領域提出增進學術研究及人類社會發展的建議,以及多年研究的成果分享。

他們為青年學者指路,也為世人留下學習典範,有匪君子,終不可諼。

法治政府要如何守護公民權益?──法治獎約瑟夫.拉茲(Joseph Raz)

相較法治實務工作,拉茲著重在法治學理面的探討,是原創性的法學研究者。本次演講他以〈法自身之品性〉為題,分別就「法治與法的角色」、「法治的根本重要性」兩大主題闡述自身法治看法與建議。對於法治所蘊含之諸多原則,有詳盡且具體的說明。

圖/唐獎基金會提供

政府要依法而治,意味法律必須有「清楚」、「安定」、「公開」、「普遍使用的規則與標準」、「不溯及既往」等特性,並且在保有以上特性的前提下,確實保障公民的權益。拉茲認為,法治的目的是為了避免專制政府,而政府是否恣意妄為,正是取決於是否守護了被治理者之權益

需要注意的一點是:「法治本身無法決定政府是否成功」,拉茲說道。固然,法治可限制政府權力,但它也同時以「權威」角色存於現代社會,因此也需公民的理性思考與批判,甚或是反動等更多的方式檢驗,促使其進步。

此外,全球文化經濟因法治得以交流,卻不代表它須放諸四海皆相同。法治可以因地區、國家、自治組織而定,只是不可為特定文化的展現,而要以自身的中立性,使交流暢通、利益對等,建立各方多元發展的共同基礎。

法治的確是現代社會秩序的重要依據,但法治能否落實,須有相應條件配合,並在不斷的變動中審視、調整自身,適切地為政府、為人民所用。因為法治最重要的是:做公民權益的守護者。

被忽略的一小步,成為癌症發病機制研究的一大步──生技醫藥獎東尼.杭特(Tony Hunter)

今年以癌症研究為核心的生技醫藥獎,由得獎者之一;同時也是本次得獎研究的理論奠基者東尼.杭特,為生技醫藥演講打頭陣。

圖/唐獎基金會提供

世上許多重要的研究,都來自意外的發現,杭特的酪胺酸激酶研究就是一個例子。在研究蛋白質磷酸化的過程中,因為未調配新的電泳緩衝液、緩衝液酸鹼值下降,無意間發現了當時並不為人所知的「酪胺酸磷酸化」的現象。演講中,杭特分享了從 1979 年發表論文至今的種種研究,讓人一探他 30 多年來的豐碩成果。

酪胺酸激酶作為細胞的訊息傳遞者角色,若出現異常,便會連帶使得細胞產生異常的生理行為。最初杭特發現,多瘤病毒致癌的關鍵蛋白,就是酪胺酸激酶;因此失控的酪胺酸磷酸化機制,可能是癌症起源的關鍵之一,而後來的研究也進一步證實了「胺酸激酶的異常確實與許多癌症的發有關。

這項研究讓學界對癌症發病機制的認識大幅提升,也成了現今標靶藥物研發的濫觴,對癌症醫療影響深遠。以此為基礎,後人投入了分離酪胺酸激酶的研究,如今已找到了約 90 種的酪胺酸激酶。演講最後,杭特說接下來他將投入胰臟癌研究,因為這種癌症往往在晚期才被檢測出來,希望透過之前對發病機制的經驗,找到更有效的治療方式。

百年前是絕症的傳染病在今日已可以治癒,相信百年之內,癌症治療也將突飛猛進──生技醫藥獎布萊恩.德魯克爾(Brian Druker)

另一位生技醫藥獎得主德魯克爾,在 1990 年代結合了杭特的發病機制研究,提出構想希望製造出小分子以抑制異常活化的酪胺酸激酶,從而治療慢性骨髓性白血病(CML)。於是,第一代標靶藥物伊馬替尼(imatinib),商品名「基利克®」(Gleevec®) 誕生了。

圖/唐獎基金會提供

若人體骨髓造血細胞出現了染色體易位(chromosome translocation),便會使細胞開始製造 BCR/ABL 基因嵌合蛋白──一種異常的酪胺酸激酶,導致白血球異常增生,這是慢性骨髓性白血病(CML)的發病機制。儘管這個疾病在 1845 年就被記載,直到 1980 年代才真正了解前述的發病機制。演講中,德魯克爾介紹了慢性骨髓性白血病自 1845 年開始的研究歷程,以及自己從 90 年代起與眾多研究者共同開發標靶藥物的過程、研究發現。

伊馬替尼研發後成為美國 FDA 第一個核准的酪胺酸激酶小分子抑制劑,時至今日,德魯克爾的病患五年存活率已超過 90% 以上。在病患中有 60% 的復發是因為激酶的突變,但是若在癌症早期即開始服藥,復發率則極低,後續更研發出第二代、第三代的標靶藥物。

德魯克爾強調,目前的標靶癌症療法還在發展初期。未來希望能配合檢驗分析病患腫瘤細胞與周圍組織檢體,讓醫師做出最快的治療判斷,甚至更進一步將相關研究應用於預防與早期的診斷,成為癌症醫療的核心防線,增加病患存活率。

最後,他十分有信心的說道:「百年前是絕症的傳染病,在今日已可以治癒,相信百年之內,癌症治療也將突飛猛進。」

二十年磨一劍:讓單株抗體從飽受質疑到核准認可的艱辛成就──生技醫藥獎約翰.曼德森(John Mendelsohn)代表人洪明奇院士

美國 FDA 核准的癌症藥物,三種就有一種就是來自美國安德森癌症中心(MD Anderson Cancer Center),可見其對於癌症藥物發展的重要性。而安德森癌症中心有此成就,約翰.曼德森貢獻良多。生技醫藥獎演講最後,由中研院院士洪明奇,代表曼德森教授──另一位在癌症物研發領域居功甚偉的生技醫藥獎得主,介紹其多年來的研究與成果。

圖/唐獎基金會提供

1980 年曼德森與佐藤醫生提出假設,推測抑制 EGF 受體(EGFR)有可能成為抗癌的有效方法,並進一步開發單株抗體作為酪胺酸激酶抑制劑。

發展至今,單株抗體是研究藥物相當有效的方式,而且不僅限於治療癌症還包含很多其他的疾病。諷刺的是,當時大部分的人都懷疑單株抗體做為藥物的可能性,他們的假說因此被科學界輕視,甚至沒有人願意補助他們經費。之後曼德森與佐藤醫生的研發藥物 C225 單株抗體製劑,從發現到 FDA 核准,更用了整整 20 年的時間。

多虧他們的鍥而不捨,才有了現今用於大腸癌和頭頸癌的標靶治療、市面上稱之 Erbitux® 的抗癌藥物;後續也有更多研發跟進,讓應用單株抗體的藥物研發更為廣泛。洪明奇說,單株抗體能從飽受質疑走到被接納、應用,除了曼德森與佐藤醫生,整個科學界都付出了相當多心力。

癌症藥物研究不易,在抗癌的未竟之途上,有他們堅持,才有更多的可能戰勝病魔。

要給年輕研究者好工具、好方法來面對氣候變遷,並以科學態度、科學方法來改變世界──永續發展獎詹姆士.漢森(James E. Hansen)

如今,全球暖化是人盡皆知的事實,從學界到常民也都開始正視此一議題。而將此議題的迫切性帶入世人心中的功臣,便是 30 年前意識到人為溫室效應影響的漢森教授團隊。

圖/唐獎基金會提供

漢森說,過多二氧化碳和溫室氣體就像將棉被蓋在地球上,造成進入地球的能量遠多於散出的能量,讓地球能量失衡。漢森的研究團隊花了多年時間,透過分布全球的 3000 多支觀測器,監測海洋熱含量來了解地球暖化現象。結果發現,地球的熱含量變化正在失控中,能量正在急速增加,特別在淺海地區增加程度最明顯,目前估計地球每天增加的能量,約等於每年每天引爆 50 萬顆廣島原子彈(約一億八千萬顆)所產生的能量

1981 年漢森發表的論文指出,未來地球變暖的情況很可能會超過正常的變動範圍,冰層更會因為地球暖化融化,造成海平面上升,從而引發一連串的連鎖反應。這樣的研究結果,使他更加致力於讓世人理解溫室效應影響的嚴重性,同時他也發現地球能量急速上升的時期,發生在太陽活動極小期,與當時有些科學家認為,地球能量異常是因太陽造成的看法有所出入,於是提出了「地球氣候變遷與人類使用化石燃料有關」的觀點。

30 多年過去了,人類行為產生越來越多的二氧化碳,讓全球暖化持續加重,而當年漢森論文中的論述一一成真了。漢森表示,使用核能可以將人類活動碳排放降至近於零,但因為大眾對於核能的恐懼,讓核能發電研究極度緩慢。漢森強調他並非支持特定發電方式,而是為了完成零碳排放的理想,希望能有更多火力發電以外的技術,取代大量碳排放的發電方法。在零碳排放發電方法未臻完善前,在碳排放大國施行碳費制度,將燃燒化石燃料所產生的氣候變遷、生態破壞與健康影響等外部成本計算進碳費,向使用化石燃料的企業收取,並將收取的碳費直接回饋給社會大眾。透過不斷提高的碳費,抑制化石燃料的使用,是漢森認為目前較理想的解決方法。

人類活動帶來的壓力將使  20~50% 的物種滅絕,而海洋暖化已造成每年至少一種珊瑚礁消失的不可逆傷害,節能減碳不能只是口號,必須立即採取行動

氣候變遷的情況已經到燃眉之急,每個人都要採取行動──永續發展獎維拉布哈德蘭.拉馬納森(Veerabhadran Ramanathan)

同樣研究全球暖化現象的拉馬納森,發現除了二氧化碳,水氣、氟氯碳化物等也都是造成溫室效應物質,因此將其研究鎖定在「非二氧化碳」的溫室氣體研究。演講中,拉馬納森告訴觀眾,溫室效應不只比想像中嚴重,溫室效應的肇因也比想像中多更多。

圖/唐獎基金會提供

他與其研究團隊利用無人飛機,測量太陽照射地球能量與反射出去的能量,分析資料後發現氟氯碳化物亦為溫室氣體。拉馬納森將大氣層比喻為一件毯子,而這件毯子有厚有薄的地方,地球上的輻射會在薄的地方散熱至宇宙,而氟氯碳化物就是在這些薄大氣阻擋輻射排放的物質。

拉馬納森表示,看似無害的水氣,因為能造成空氣溫度上升,所以空氣凝水增加,也會增加極端氣候發生的可能性。在他的研究中更發現「非氣體但也會造成溫室效應」的物質──大氣黑碳(也就是大眾很熟悉的 PM10、PM2.5 )。物質燃燒不完全,煤炭煮飯、工業廢氣等都有可能產生大氣黑碳,更令他擔憂的是,大氣黑碳的在某些地區的排放量相當大,甚至可能超過二氧化碳。

當前暖化另一個嚴重迫切的問題是,當南北極的冰層因為融化露出深色土地,將加速南北極吸熱,無異於火上加油。他還表示,若能將 2050 年全球暖化的溫度控制在攝氏 1.5 度,即可減少 17 億人因熱浪死亡、極端雨量也可減少三分之一,2 億 5000 萬人則免於乾旱造成的死亡。

對於減緩全球暖化速度,拉馬納森提出了建議,與其針對化學生命週期長的二氧化碳(二氧化碳的生命週期長達數百年),如能先致力於減少化學生命週期短的黑碳粒子、氟氯碳化物等排放,降低生活中使用煤炭取暖、烹飪等行為,理論上可較快見效。除了碳之外,牲畜排泄物裡的大量甲烷,也亟待開發更先進的技術去處理。另外,拉馬納森籌組了專家團隊,其中包含物理學家、人文學家、工程學家等,共同對抗全球暖化,並利用經濟誘因來降低碳排放。

「氣候變遷的情況已經到燃眉之急,我們不能再坐以待斃,政府必須拿出政策來,每個人都要採取行動。」拉馬納森最後鄭重的呼籲所有人。

漢學視域與國學視域應相輔相成,文學研究也應突破領域限制──漢學獎宇文所安(Stephen Owen)

14 歲時在圖書館邂逅中國詩歌,讓後來的宇文所安開啟了用創新視角研究中國文學的學者生涯。相較於母語為中文的人,宇文少了自然形成的文化底蘊,但也因為身處不同文化環境,讓他在詮釋中國詩歌時,免去不少文化包袱。

圖/唐獎基金會提供

呼應演講主題「文章裡的意義:胸中之竹與腹中之竹」,宇文現場解析蘇軾的〈文與可畫篔簹谷偃竹記〉,從三位文人之間的議論,探討當時文人的美學、哲學觀,更加入當時的社會背景探討,讓紙上的「畫竹」成為窺見的時代思想的媒介。他表示,在文人治國的宋代,知識分子的價值觀,也代表著很大一部分的社會價值。

另外他也由畫竹延伸到《莊子輪扁》,宇文說,莊子散文內容常與生死有關,卻透過寓言、議論交替的方式,平衡議題的輕重,使文章不過於生硬,造就莊子獨特的語言風格:時而飄渺;時而言之有「道」。再回到主題,蘇氏兄弟與文同對於〈輪扁〉一文的認知接受,也是我們後人在解析蘇軾〈文與可畫篔簹谷偃竹記〉的重要參考。宇文認為,不同文本之間的解讀、比較,除了從彼此互文的地方下功夫,更要有「作者為何如此寫作」的問題意識。

交通與社會分工是唐宋經濟、社會整合的關鍵改革力量────漢學獎斯波義信

本日最後一位演講者──漢學獎得主斯波義信,專長中國文化社會史。這場演講中,他向聽眾分享了他對中國史上商人地位的了解,談及他們地位的變化,他們如何改變其時的政治體系,如何影響國家發展方向。斯波尤其強調社會發展最為蓬勃活潑唐宋時期。

圖/唐獎基金會提供

他以史料與實證的態度,分就交通變化、社會分工、社會移動和都市化研究中國商人的地位。他從《管子》士農工商四民之說談起,分析社會分工與封建體系的相互頡頏,以及由世襲促成的專業分工家族制對社會的影響。

斯波接著提到,中土運河的快速發展讓商業行為得以拓展到更遠的疆界,並大幅縮短貨運時間、成本,使更多商品有機會送往較遠的地區,增加彼此交流。此外,水運貿易讓專業市鎮興起,地域特產商號藉由獨佔市場累積大量財富,連帶也改變了當地經濟活動樣貌,更因南北資源不均,讓整體經濟呈現傾斜狀態,使南北政治勢力產生變化

但是改變並非完全由商人單向帶動。斯波最後提到,唐宋之所以成功,是因為國家順勢結合官營事業與民間商業勢力,補強財政、稅收,甚至軍事費用,從而也提升了國家資源的整合與運用效率。這是過去官僚制持續強化的歷史上,由民間力量帶動,因經濟改善政治的特別成功的史例。

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熱穹所壟罩的世界!——熱浪對全球造成的衝擊
科學月刊_96
・2022/11/26 ・4035字 ・閱讀時間約 8 分鐘

  • 駱世豪/中研院環境變遷研究中心博士後研究學者。

Take Home Message

  • 歐美熱浪的主因是噴流增強了熱穹的下沉,造成熱空氣北移和累積。臺灣的熱浪則是受到副熱帶高壓的影響。
  • 熱浪發生頻率變頻繁且強度變強,與溫室氣體排放造成的全球暖化效應增加有很大的關係。
  • 熱浪事件對生態、糧食、經濟和健康等面向都造成威脅,全球與臺灣熱浪的持續天數和強度都有增加的趨勢。

古代傳說中,后羿射下九個太陽讓地上的氣候適宜、萬物得以生長,古代的預言已經告訴我們,炎熱的氣候條件不利於萬物的生長。而在現今全球暖化的情況下,另外九個太陽會復活嗎?以上雖是玩笑話,但今(2022)年歐洲國家就受到熱浪(heatwave)嚴重影響,葡萄牙與西班牙最高溫度達到45℃以上;英國更出現54℃以上的極端高溫,發布有史以來第一個紅色高溫預警,並進入緊急狀態。

據統計,歐洲各國在6月因熱浪死亡的人數高達2468人。中國的溫度也突破近62年的歷史同期最高夏季平均氣溫,有23個省分出現40℃以上高溫,許多地方都出現因熱浪致死的案例。臺灣也在7月中出現接近40℃的溫度,並在多地出現35℃左右、維持數天的極端高溫。近年來熱浪的強度和發生頻率不斷提高,造成人員經濟的損傷也愈來愈多,而究竟什麼是熱浪?它形成的背後機制為何?

熱浪是什麼?

「熱浪」是夏季主要造成災害的極端事件之一,根據世界氣象組織(World Meteorological Organization, WMO)的定義:「熱浪現象是指一個地區超過該地區的歷年最高溫度平均值5℃以上,並且持續5天以上。」一個地區能維持極端高溫並持續一段時間,背後一定有些天氣系統所導致。

如近年歐洲、北美熱浪頻傳,主要因素就是噴流(jet stream)與熱穹(heat dome)所造成;東亞主要受太平洋副熱帶高壓(subtropical high)影響;印度和亞馬遜等熱帶區域則主要是受到降雨的影響。各區域因為氣候背景與緯度位置不同,造成熱浪的成因也有所不同,接下來我們會依序介紹世界各地氣候與緯度間的相互關係。

高空之龍所環抱的氣團

當北半球夏季中高緯地區噴流向北蜿蜒形成一個像Ω(omega)的形狀時,就有可能形成熱浪(圖一),或因為它的特殊形狀而被稱為阻塞高壓(omega blocking)。噴流是一股由西往東的氣流,通常位於對流層頂,它的水平長度達上萬公里、寬數百公里,中心風速有時可達每小時200~300公里。

而噴流就像一個在地上亂甩的水管,蜿蜒的波動有時往北有時往南,當噴流在北美或歐洲地區蜿蜒向北時,會形成一個Ω的形狀,也會造成反氣旋(順時針)式風切,進而讓大氣產生下沉運動。在此區域內不易形成對流,造成穩定且乾燥的環境,也就是所謂的熱穹,或是阻塞高壓。噴流和熱穹是相輔相成的關係,噴流增強熱穹的下沉機制,將南邊的暖空氣往北傳送,並將熱空氣累積,所以才形成熱浪。

圖一:熱浪形成原理與機制
(資料來源:AFPgraphics)

而在東亞的夏季,氣溫主要受太平洋副熱帶高壓(subtropical high,以下簡稱副高)影響。副高中心約位於太平洋(東經160度、北緯30度左右),在它的增強過程中會向西伸擴張至中國東南沿岸,而當副高處於增強的狀態時,副高系統會再向西延伸且壟罩整個臺灣。

如上述所說,高壓壟罩的狀況下屬於對流穩定的晴朗天氣,配合上夏季的西南季風,將暖濕空氣往北傳送並堆積在副高所壟罩的區域上,最後在此區域形成熱浪現象。相較於北美、歐洲區域的乾熱浪,臺灣的熱浪屬於濕熱浪(wet heatwave)。除了極端高溫外,還有著高濕度的影響,悶熱的環境對人體有更大的傷害和影響。

另外,印度和亞馬遜熱帶區域雖屬於終年偏高溫的地區,但仍有熱浪現象產生,主要原因是降雨。熱帶地區主要氣候分為乾季與溼季,溼季通常為該地區的夏天,下雨能有助於該地區降溫,所以當降雨系統未出現、延遲或偏移,就很有可能會造成嚴重的熱浪。

熱浪造成的嚴重影響

熱浪事件對生態、糧食、經濟、健康等面向都造成諸多影響,以下將分為四類說明:

生態浩劫

根據聯合國(United Nations, UN)底下的政府間氣候變遷專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)第六次評估報告預測,如果到了2100年全球的溫度升高達到2℃,陸地上大約18%的物種將面臨滅絕的高風險;如果升溫至4.5℃,在我們有紀錄的所有動植物物種中約有一半將受到威脅。臺灣也面臨相同的狀況,當熱浪發生的頻率愈來愈高,持續時間和強度也都增加的狀況下,將發生物種多樣性減少、物種的分布改變、增加外來物種入侵機會等情況,對整體生態系平衡或農業生產造成衝擊。

糧食危機

IPCC於2019年報告中指出,全球主要農產品(如玉米、小麥、大豆)產量都會受到全球暖化影響減產1.8~4.5%。若情況持續惡化,到21世紀中則可能導致產量下降5~30%。

經濟損害

美國報導指出熱浪會造成極端高溫,進而對人體產生危害,所以對於生產力(gross domestic product, GDP)也有影響。在高於平均水平的夏季氣溫下,每升高1℃,美國各州的GDP就會下降0.25%。國際信評機構標普全球(S&P Global)的報告預測,氣候變遷恐導致2050年前全球每年經濟產出損失4%,臺灣位處的東亞區域則會有1%左右的損失(圖二)。

圖二:全球GDP損失分布預測
預估全球於2050年在中度暖化情境(RCP4.5)下,GDP因水災、自然災害以及熱浪所造成的損失分布。
(資料來源:S&P Global Ratings, Trucost, 2022)

人體危害

對於人體而言,熱浪最嚴重的傷害為熱衰竭(heat exhaustion)。根據臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平臺計畫(TCCIP)的報告指出,2003年的歐洲熱浪估計已造成七萬多人死亡;2010年俄羅斯熱浪則導致超過5萬6000人死亡。科學家警告:「如果各國家和企業不採取激烈行動來削減溫室氣體排放,2050年時的英國與高溫相關的死亡人數預計將增加兩倍,而且世界將經歷更頻繁、更強烈、更危險的熱浪危機。」

越來越熱的台灣——極端高溫天氣的頻率增加

熱浪發生頻率變頻繁且強度變強,主要與溫室氣體排放造成全球暖化效應增加有很大的關係。更進一步使用溫度發生機率圖解釋(圖三),若峰值愈接近右邊,代表高溫事件發生的機率愈高;反之,若峰值愈接近左邊,低溫事件發生的機率愈高。當全球暖化效應增強時,就如同圖三所顯示的新氣候,整體機率分布相較於舊氣候來說會往右偏移,往更高溫度的地方移動,造成熱浪事件的發生機率更高。

而實際上全球的變化也是如此,根據科技部、中央研究院環境變遷中心以及國家防災中心的報告,比較全球早期(1951~1980年)和近期(1981~2010年)的日最高溫資料(圖四左),在機率分布圖上可以看到往右偏移的情形,表示極端高溫事件的頻率與溫度都有增加的趨勢。

臺灣的夏季日最高溫度也有相同的趨勢變化,以臺北的資料為例,比對早期(1960~1990年)和近期(2006~2017年)的夏季日最高溫度,能發現近期的頻率分布向右偏移,夏季日最高溫度的發生機率增加,平均值也增加近1℃(圖四右)。全球與臺灣的平均氣溫或極端溫度發生頻率皆有增加的趨勢。

圖三:全球溫度發生機率變化分布圖
若峰值愈接近右邊,代表高溫事件發生的機率愈高;愈接近左邊,低溫事件發生的機率愈高。當全球暖化效應增強時(新氣候),整體機率分布會往右偏移,造成熱浪事件機率增加。而實際上全球的變化也是如此。(資料來源:Matt 科學Taylor, BBC Weather)
圖四:日最高溫與日最低溫觀測頻率分布圖
(資料來源:《臺灣氣候變遷科學報告2017-物理現象與機制報告》)

在未來(21世紀中後期)趨勢的變化中,研究學者利用模式推估,指出以現在的熱浪門檻為標準,未來若是能將全球暖化程度控制在低暖化情境(RCP2.6),則臺灣地區的熱浪不管是在頻率、持續時間或強度上,和現今的差異不大。相反的,在高暖化情境(RCP8.5)情境下,21世紀末臺灣整個夏季都可能處於熱浪狀態。未來若暖化情況持續增長,熱浪的發生將成為常態,而且持續天數和強度也有增加的趨勢。

TCCIP計畫依據IPCC所設定的溫室氣體排放情境,進行臺灣地區的溫度模擬:在高暖化情境(RCP8.5)推估下,世紀末可能增溫超過4℃,而北部地區增溫較南部嚴重,高溫有可能影響農作物生長與收成。臺灣在未來將面臨更嚴重的熱浪衝擊,對於能源使用、公共衛生健康等都可能帶來前所未有的考驗,而這急迫性的問題,就像電影《普羅米修斯》(Prometheus)裡女主角說的:

「如果不阻止它,我們就會無家可歸!」(If we don’t stop it, there won’t be any home to go back to!)

溫室氣體排放情境假設:「RCP」

IPCC的報告中長使用到的濃度路徑「RCP」為representative concentration pathways的英文縮寫,代表不同程度暖化路徑的人為溫室氣體排放量的「情境假設」,其中假設四種不同暖化情境,由輕微到最嚴重分別為RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5,分別代表的意義如下:

  • RCP2.6:增溫最小且緩慢的情境,輻射強迫力先在21世紀中期達到最大值3 Wm-2,大約和二氧化碳濃度490 ppm相似,然後再緩慢下降到21世紀末。
  • RCP4.5:輻射強迫力會在21世紀末達到一個穩定狀態的情境,約為4.5Wm-2,和二氧化碳濃度650 ppm相似,代表世界各國會想盡辦法做到溫室氣體減量的目標。
  • RCP6.0:和RCP4.5相似,但輻射強迫力為6 Wm-2,約為二氧化碳濃度850 ppm,代表世界各國並沒有盡全力積極做到溫室氣體減量的目標。
  • RCP8.5:輻射強迫力持續的增加到大於8.5 Wm-2,即二氧化碳濃度會大於1370 ppm,代表世界各國並無任何減量的動作。
圖五:輻射強迫力隨時間的變化圖
(資料來源:TCCIP; Representative Concentration Pathway, GRID-Arendal/Studio Atlantis, 2021)
  • 〈本文選自《科學月刊》2022 年 11 月號〉
  • 科學月刊/在一個資訊不值錢的時代中,試圖緊握那知識餘溫外,也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。
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靠天吃飯行不通,氣候變遷下的「進擊農業」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/12 ・2354字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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根據聯合國政府間氣候變遷專門委員會在 2022 年發布的第二工作小組「衝擊、調適與脆弱度」報告 (AR6 WII) ,人為導致的氣候變遷包含更頻繁、強度更強的極端天氣事件,以及在升溫情境下人類和自然都將面臨各種風險。

傳統的水稻耕作法在插秧時需要使用大量的水。(圖/envato)

去年 (2021) 年斯德哥爾摩研究所的報告指出,農業是受氣候變遷衝擊最大的產業之一, 不論是極端天氣或長期氣候模式轉變,農業所承受的風險是其他產業的好幾倍。

過去一年,臺灣各地經歷了大大小小的淹水和乾旱,我們常說農業是「靠天吃飯」,在氣候變遷之下,臺灣農業會遭受什麼衝擊呢?

靠天吃飯的農業

由於臺灣農作大多露天生產,更容易受溫度和雨量影響。暖化趨勢可能會使作物產期提前或延後,進而影響到品質與產量,以稻米為例,溫度上升的情境下,全臺稻米產量呈減少趨勢,二期稻作又比一期減產程度更大。

至於爲什麼稻作會分成一期和二期?主要因為臺灣介於熱帶、亞熱帶氣候之間,氣溫溫暖且雨量豐沛,一年內適合種植水稻的月份達十個月,因此每年可以種植兩期水稻,第一期通常在冬末春初時插秧,夏季收成,期間約在每年二月至六月;而第二期在七月至十一月,由於氣候條件不同,第二期的單位面積產量通常比第一期低,氣候變遷的升溫情境下,二期產量下降又更為明顯。

極端氣候的影響下,降雨分布也呈現兩極化,乾旱或是暴雨成為常態。(圖/envato)

此外,當降雨型態轉變,雨量太少時造成農作物缺水、強度過大則破壞外觀及品質;而大氣中的二氧化碳濃度提高,會導致植物體碳氮比上升,使農作物更容易遭受病蟲害感染。

雖然「靠天吃飯」的農業受到許多氣候變遷下的衝擊,但其實還有一句俗諺説:「只靠雙手不靠天,修得水利萬年甜。」

臺灣農業究竟如何要克服這些困難呢?一起來看看這些調適策略吧!

水資源不夠「旱田直播」行不行

這邊的直播可不是指在田梗間架手機鏡頭,現場 Live 給大家看作物生長,而是一種直接將水稻種子播在土裡的種植方式。但為什麼要採用旱田直播,而非插秧灌溉這種大家熟悉的方法呢?

水稻種植需要許多水,尤其在插秧時更需要長達三個月的「淹田」,也就是將插滿秧苗的田灌滿水,才可以讓秧苗好好長大。

而故事就要從新竹縣新豐鄉說起,新豐是新竹縣稻米產量最大的產區,然而卻是位於俗稱「風頭水尾」的地區,由於地理位置在石門水庫最尾端,灌溉時搶水搶不過上游的農田。

前面有提過,臺灣水稻一年中可以分兩期栽種,在一期稻作的淹田工作期間大約是一月至四月底,恰好落在臺灣十一月至四月的枯水期,正需要水的時候卻沒有水,使在地的青農開始思考,若未來水情更緊張時,新豐還能繼續種植水稻嗎?因此,必須找出能永續種植的解方。

於是,他們便開始嘗試「旱田直播」的種植方式,直播與傳統種植最大的不同在於,初期不插秧、不淹田,省去這兩個步驟便可以減少大量的灌溉用水。

旱田直播的前三步驟便是關鍵,首先為種子處理,就像是打電動時,在對戰前要先把裝備穿好以防止被攻擊,由於直播不會經過育苗,種子會直接在土壤裡發芽,必須先將種子消毒、裹上藥劑,避免感染水稻在發芽過程的常見疾病;接著是整地,透過整田機具打破犁底層,未來水稻種子發芽時,根系可以更深入土壤表層生長,即便在水分不充足時,秧苗也可以自己在土壤裡找水份;最後為播種,將種子直接播種至土上,再覆上一層土壤保水,給種子適合發芽的環境。

當然,最重要的還是秧苗長得怎麼樣,與生長時間相同的傳統秧苗單株作比較,旱田直播秧苗根系更長、更茂密;由於不用育苗,整地播種的時間提前至十二月底,地上部的莖、葉也有較充裕的時間生長,更為強健、耐旱,有可能成為未來氣候變遷下水稻產業的永續策略之一。

「好天要存雨來糧」—— 農業調適策略還有這些

這句古諺意思是告訴人們要未雨綢繆,替之後的變化做準備,就像現在的我們面對氣候變遷帶來的衝擊,也需要不同的調適策略,應對未來的挑戰。例如使用分子標記輔助育種,找出與性狀相關的基因後做記號,縮短育種時間,開發出能抵過逆境的品種。

而開發新品種的基礎建立在遺傳資源上,這些是幾萬年來大自然演化之下的結果,因此臺灣作物種原庫就像是一座銀行,保存著珍貴的遺傳資產 —— 作物活體種子。

就如同戰鬥組合技,有時經典能力加上新裝備就能發揮最大效用,過去農業發展過程中,前人便留下許多經驗的傳承,搭配現代科技及資訊,有望在未來走出一條永續的路。

臺灣的農業故事展示廳,介紹臺灣農林漁牧業各面向的新發展。(圖/國立科學工藝博物館)

位於高雄的國立科學工藝博物館「臺灣的農業故事展示廳」,便展示了臺灣農業的多元發展,不僅是氣候變遷的農業調適,從臺灣農業的本土特色到科技成就,例如從博物館級的「植物工坊」了解全人工光源、無土的栽種方式,智慧農業 4.0 又是如何改善畜牧業的生產,以及透過 DNA 互動遊戲理解新品種如何產生等,在參觀的過程中看見臺灣農業的今天和未來。

參考資料

  1. 斯德哥爾摩環境研究所報告
  2. 臺灣氣候變遷推估資訊平台
  3. 氣候變遷對台灣農業生產體系的影響
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淨零碳排 ≠ 不排碳!?  解密 COP26 後的永續關鍵字
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/11/11 ・1951字 ・閱讀時間約 4 分鐘

「2050 淨零碳排」從第二十六屆聯合國氣候變遷大會 (COP26) 後,便成為 2022 年各國政府和產業永續發展的熱門關鍵字。

到底什麼是「淨零碳排」?為什麼需要達到「淨零碳排」?COP 26 又是什麼?為什麼要特別在 2021 年提出來呼籲?

國立科學工藝博物館「氣候變遷展示廳」,模擬平均溫度升高1~6°C全球的改變。
(圖/國立科學工藝博物館)

加加減減的淨零碳排

「淨零碳排 (Net Zero Emission) 」雖然提到「零」這個字,但意思並非我們完全不能排放溫室氣體,而是利用加減法的概念,在特定一段時間內使「人為造成的溫室氣體排放 — 移除溫室氣體 = 0」

因此若要達成淨零碳排的目標,我們需要減少人為溫室氣體排放,其中包括生產能源過程的排放,以及產業排放;而移除溫室氣體的方法可以分為兩大類,一是自然碳匯,像是森林及海洋都能夠吸附、保存溫室氣體,二是人為開發負碳技術,例如碳捕捉、封存等。

至於為什麼要在 2050 年之前達到「淨零碳排」,首先需要先了解聯合國跨政府氣候變遷小組(簡稱 IPCC) 的第六次評估報告 (AR6),在透過過往資料以及氣候模式推估後,預估全球地表溫度將持續上升,至世紀末地表溫度上升將超過 2 ℃,除非在幾十年內大幅減少溫室氣體排放。而若希望將地表增溫控制在一定範圍內,必須要以淨零碳排為目標積極減碳。

一切要從巴黎協定說起 —— COP26 是氣候期中考

而 COP 其實是「締約國會議」的簡稱,是簽署「聯合國氣候變遷綱要公約 (UNFCCC) 」的國家們,一年一度齊聚一堂,共同討論怎麼應對氣候變遷的會議。COP26 是第二十六屆會議的簡稱,由於 2020 年 Covid-19 疫情爆發,實體會議延後至 2021 年在英國舉行。

COP26訂出2050淨零排放的目標。
(圖/ UNclimatechang flickr, CC BY 2.0)

看到這裡是不是不禁有個疑問:既然每年都開會,為什麼特定在 COP26 呼籲各國積極往淨零碳排的目標前進呢?

這就必須將時間倒轉回 2015 年,舉辦在法國巴黎的締約國會議 COP21,當時各國通過《巴黎協定》各締約方協議未來將一起努力控制地球氣溫的上升幅度,與工業化前的水平相比控制在 2 ℃ 以內,最好不要超過 1.5℃ 。要達到這個目標,就必須不以化石燃料作為能源及運輸,停止森林開發、徹底改革糧食生產,並想辦法減少溫室氣體。

但就和大學生作期末報告一樣,一開始就要訂好每個人的進度,寫好分工表後再約定時間一起檢視離完成還有多遠,為了達到目標,各國提出自己的承諾及實現計畫,巴黎協定規定簽署國家須提出「國家自主貢獻 (NDCs) 」,並且每五年或十年提交報告和檢討。

而在 2020 年時因疫情各國透過虛擬集會,來檢視各國是否有達成當初立下的承諾,就像是期中考,根據當年的聯合國報告發現,儘管因為 Covid-19 而造成二氧化碳排放量短期下降,但到本世紀末全球氣溫上升幅度仍可能超過 3℃,超過了巴黎協定的限制目標。

期末考能不能過 —— 關鍵在未來十年

雖然期中考結果有些不盡理想,但還不至於被死當,根據 2021年 IPCC 報告,在本世紀末前我們仍然有機會將地表增溫控制在 1.5℃ 以內,前提是在未來十年內,也就是 2030 年之前,須將全球溫室氣體排放量減半、導入潔淨技術,並在 2050 年達成淨零。

因此,COP26 就如同發出「期中預警」,是全球氣候行動的關鍵峰會,呼籲各國儘快提交淨零碳排策略,蔡總統在今年世界地球日宣布淨零轉型也是臺灣的目標,在追逐目標的過程中,從我們的生活周遭,包括交通、建築、消費等,到能源、產業結構,都將產生劇烈的變化,究竟永續轉型對我們的生活會有什麼影響,到時候地球會變什麼樣子呢?

氣候變遷展示廳「淨零島計畫」互動單元,介紹淨零排放的路徑。
(圖/國立科學工藝博物館)

今年國立科學工藝博物館的「氣候變遷展示廳」與經濟部能源局攜手規劃以「淨零策略」為主軸,由氣候緊急時代談起,介紹什麼是氣候變遷,從科學事實、氣候變遷造成的衝擊等,了解對我們的居住環境、糧食安全有何影響,以及能源轉型怎麼轉,臺灣發展再生能源的優勢在哪裡等。展覽中還有許多有趣的知識,像是豬的糞便竟然可以用來發電,還算是「循環經濟」的一種!

「未來已來-能源技術面面觀」-透過互動了解臺灣再生能源的過去、現在與未來發展。
(圖/國立科學工藝博物館)

想更了解氣候變遷和淨零碳排、能源轉型是怎麼回事,一起到國立科學工藝博物館「氣候變遷展示廳」參觀吧!

參考資料

  1. Emissions Gap Report 2020
  2. IPCC AR6 WGl
  3. Conference of the Parties (COP) – UNFCCC
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