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IPCC 報告揭示全球氣候危機,解方是:2050 年溫室氣體零排放——《科學月刊》

科學月刊_96
・2021/10/07 ・3418字 ・閱讀時間約 7 分鐘
  • 作者 / 許晃雄|人為氣候變遷專題中心、中央研究院環境變遷研究中心特聘研究員兼專題中心執行長。

聯合國政府間氣候變遷專門委員會(IPCC)在今年 8 月,公布了第六次氣候變遷評估報告(IPCC AR6),指出工業革命後,過多的二氧化碳排放量,已對地球環境造成嚴重危害。自 2000 年以來,溫室氣體排放與暖化不斷加速,更使得全球升溫 1.5℃ 的情況提前到來,若要在 21 世紀末之前限制升溫程度,經濟發展與能源使用需要徹底轉型,而唯一可能的路徑為「2050 年溫室氣體淨零排放」。

今(2021)年 8 月 9 日,聯合國政府間氣候變遷專門委員會(Intergovernmental Panel for Environmental Changes, IPCC)公布由第一工作小組完成的第六次氣候變遷評估報告第一冊(Sixth Assessment Report, AR6 WGI),統整了氣候科研團隊自 2013 年發布的第五次報告(Fifth Assessment Report, AR5)以來,對過去、現在、未來氣候變遷的進一步理解。

IPCC在 1992 年發布第一次氣候科學評估報告(First Assessment Report, FAR)後,啟動研究循環機制,每隔幾年便會發布一次氣候評估報告,並將每一次報告稱為一循環(cycle),在每次評估報告發布後,就啟動下一循環的科研結果統整,並於適當時機發布特別報告。第六循環於 2015 年啟動,最終成果為 AR6。而在 2015 到 2021 年間,IPCC 還發布了 1.5°C 全球暖化特別報告(Global Warming of 1.5°C, 2018)、氣候與陸地特別報告(Climate and Land, 2019),以及變遷氣候中的海洋與冰雪圈特別報告(The Ocean and Cryosphere in a Changing Climate, 2019)。這 3 份報告,再加上最新的研究成果,成為了 AR6 的主要內容。

聯合國政府間氣候變遷專門委員會(IPCC)最新發布的 AR6 報告封面。圖/IPCC

這份報告揭露了哪些關鍵資訊?

AR6 第一工作小組釋出的報告,在全球引起了海嘯般的反應。這也是有史以來第一次,從各國政府、企業、新聞媒體到廣泛大眾,皆意識到問題的嚴重程度。這份報告揭露的關鍵資訊整理與詮釋如下:

科學研究證實,全球暖化的全面衝擊正持續發生

這些現象包括:200 萬年來最高的二氧化碳(CO2)濃度、2000 多年來最嚴重的冰河退縮、破 1 萬 2500 年紀錄的近 10 年全球氣溫、比過去 3000 年任何時期都快的海平面上升速度、比過去 1000 年任何時期都小的夏季北極海海冰面積、自上個冰河期約 1 萬 8000 年前)以來最快的海洋暖化速度,以及 2 萬 6000 年以來最嚴重的海洋酸化。

這些不斷破紀錄的現象,都與工業革命以來過多的二氧化碳排放量有關。在過去近 100 萬年期間,地球經歷多次冰期(glacial period)與間冰期(interglacial period),大氣中的二氧化碳濃度約在 200~300 ppm 間擺盪。而在工業革命後,人類排放出越來越多二氧化碳與其他溫室氣體,例如甲烷(CH4)、氧化亞氮(N2O)、氟氯碳化物(CFCs)。二次世界大戰後,人口劇增、糧食增產、工商業快速發展,更導致溫室氣體的排放速度以幾何級數般增長,在去(2020)年,其濃度已經高達 414.24 ppm。

繼工業革命和二戰以來,二氧化碳與其他溫室氣體的排放速度急遽成長。圖/Pixabay

人為溫室效應所吸收的多餘熱量,約 90% 儲存於海洋,海水因此暖化且膨脹,再加上近年來日漸明顯的陸冰融化,導致海平面上升速度越來越快,甚至發生海洋熱浪(ocean heat wave)事件。全球暖化也使夏季北極海海冰覆蓋面積大幅減小,且厚度變薄。海洋吸收二氧化碳是地球系統重要的去碳機制,但大氣中的二氧化碳濃度持續攀升,使海洋吸收了更多二氧化碳,海洋 pH 值下降,酸化的海水間接衝擊海洋生態,暖化已經影響整個地球系統。

無論哪種排放情境,1.5℃ 升溫已經無法避免

1.5°C 升溫的情境,其實在之前 IPCC 的報告中,就已經推估遲早會發生,但西元 2000 年以來,加速的溫室氣體排放與暖化,將使得 1.5°C 升溫提前到來。在世界氣象組織(World Meteorological Organization, WMO)每年發布的十年氣候預報中,去年就曾提及 1.5°C 升溫可能在 2021 至 2024 年間發生。而 AR6 報告指出,只有在溫室氣體的最低排放情境下,全球溫度才會在本世紀中達到 1.6°C 升溫,然後再開始緩慢下降,而在其他排放情境,都會使溫度持續上升。在最高排放情境下,20 世紀中的升溫約 2.4°C,世紀末則可能高達 4.4°C。

近年來,極端豪雨、乾旱、熱浪、野火在世界各地頻傳,且熱浪不只發生在中緯度陸地,也發生於北極圈內與南極洲邊緣。近期,格陵蘭高地冰川也罕見發生降雨。至於以往,在秋季才會於美國加州發生的野火,提早至 6 月發生,範圍更擴及美國西北部與加拿大西岸。許多研究發現,這些極端現象的頻繁發生與暖化有關。當空氣溫度愈高、空氣中的可含水量越高,一旦發生降雨時,可降下來的雨量便會增加,且水蒸氣凝結成水時釋放出的潛熱,更進一步強化天氣系統,降下更多的雨,形成惡性循環,造成破紀錄的豪雨事件。

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近年來,極端氣候現象頻傳,範圍遍及世界各地。圖/GIPHY

想避免 1.5℃ 升溫,可排碳量所剩不多

最低排放情境與最高排放情境,在 2100 年對地球的相對影響如下表。根據下表數據顯示,高排放情境的影響,分別是低排放情境的 3.1、3.5、2、8 倍。如同前述的劇烈天氣,即使在最低排放情境中,情況仍然會惡化,但是相較於高排放情境,衝擊會小很多,相對容易調適。報告估計,如要避免暖化超過 1.5°C,只能再排放 400 Gt(gigatone)的二氧化碳。以目前每年二氧化碳排放量約 36.4 Gt 來計算,大約再過 10 年,二氧化碳的總排放量就會超限。

最低排放情境最高排放情境
溫度變化上升 1.4℃上升 4.4℃
全球年平均雨量變化增加 2.4%增加 8.3%
全球海平面高度變化上升 0.38 公尺上升 0.77 公尺
9 月北極海海冰面積變化減少 2.4×106 平方公里減少 0.3×106 平方公里
表/科學月刊 整理

減少二氧化碳排放、溫室氣體淨零排放,21 世紀末升溫仍有機會不超過 1.5℃。

IPCC-AR6 報告指出,在 21 世紀末之前,仍有可能限制升溫程度在 1.5°C 以內,但經濟發展與能源使用需要徹底轉型。而唯一可能的路徑為「2050 淨零排放」,從大氣中捕捉二氧化碳,並將它儲存於森林、土壤、地層、海洋。去碳行動包括復林與植林、改造土壤增加吸碳量、發展生質能捕集二氧化碳,並封存於地下、強化海洋生物吸碳能力、從空氣直接捕捉並封存等。

即使達到了淨零碳排,溫度還是會持續上升,這是因為減少碳排的同時,也降低了氣膠排放,而氣膠整體而言有降低地表溫度的作用。亦即,減少碳排的降溫效果,有一部分會被氣膠濃度下降的增溫所抵銷。唯有在 2020 年代,讓所有溫室氣體的排放量迅速減少,而且在 2050 年達到淨零排放,方能讓全球溫度在 21 世紀末不超過 1.5°C。

在有限的時間裡採取行動

AR6 第一工作小組的報告,是有史以來結論最明確的,更指出了人為暖化造成的氣候變遷衝擊已經無法避免。即將於明(2022)年初公布的第二工作小組報告,將更明確指出不同排放情境下的全球暖化衝擊、地球系統脆弱度,以及所需調適作為。第三工作小組報告,則將指出應有的氣候變遷減緩作為,如何有效的快速減排與去碳。

能避免巨大衝擊的時間越來越有限,人類已經走向不歸路,僅能採取所有可能的行動,調整人類社會的運作方式,降低衝擊。危機也能是轉機,適當且必要的調整,或許能開創出嶄新的、有朝氣的永續循環人類世界。

延伸閱讀

  1. 台達基金會解讀聯合國 IPCC 氣候報告 AR6 WGI SPM。
  2. 趙家緯,臺灣永續棧 IPCC 第六次評估報告(物理科學基礎報告)重點整理,台灣永續棧,2021 年 8 月 23 日。
  3. 科技部等,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,臺灣氣候變遷推估資訊與調適知識平台,2021 年 8 月 10 日。
  • 〈本文選自《科學月刊》2021 年 10 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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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》