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熱浪來襲,是天災還是人禍?

李柏昱
・2013/10/03 ・1500字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 565 ・九年級
熱浪成因示意圖,當高氣壓盤據一地上空,會造成該地區空氣被不斷加熱,最後形成熱浪。(圖片來源:wikimedia commons,作者:U. S. National Weather Service)
熱浪成因示意圖,當高氣壓盤據一地上空,會造成該地區空氣被不斷加熱,最後形成熱浪。(圖片來源:wikimedia commons,作者:U. S. National Weather Service)

2013年8月8日,台北氣象站測到設站以來歷史最高溫39.3度,媒體紛紛用「熱浪」來報導這次異常高溫事件。回顧過去,熱浪可說是惡名昭彰,1995年在芝加哥奪走600多條人命;2003年的歐洲熱浪更導致3萬多人死亡;而2013年這一波熱浪或許沒這麼致命,不過卻同時打破中國、美國、英國多地的最熱紀錄。不過,究竟什麼是熱浪?成因是什麼?跟全球氣候變遷又有什麼關係呢?

一般而言,熱浪多與大氣中的高壓系統有關,當高壓系統盤踞在一地上空時,因為高壓中心氣流下沉,不易成雲降雨冷卻地表,地面附近的空氣被持續加熱直到超過平均的氣溫。目前世界各國對熱浪並沒有一致的定義,而根據世界氣象組織(World Meteorological Organization, WMO)公布的熱浪定義為:連續5日氣溫高於歷年最高溫度平均值 5℃以上。根據此一定義,臺北市須連續5天出現39.3℃高溫,才符合熱浪的天氣定義。而國內氣象學者建議制訂台灣的熱浪標準,例如連續3天或5天出現35℃或36℃以上高溫即為熱浪,中央氣象局也正在規劃適用於台灣的熱浪定義。

熱浪近年來發生頻率與規模都有擴大的趨勢,這是否是全球暖化所造成的呢?

美國航太總署NASA的氣候學家詹姆士‧漢森(James Hansen)說道:「任何年紀夠大、記得1951〜1980時氣候的人,都能指出氣候變遷確實存在,尤其在夏天。」漢森率領的團隊利用1951〜1980這段氣候相對穩定的時期作為基準,量測異常氣溫出現的頻率與規模。根據他們的分析,全球平均溫度自那時以來已上升攝氏0.5〜0.6度,並在部分地區造成巨大的影響。自2006年以來,全球約有10%的陸地,受到極熱夏季(比平均氣溫高攝氏3.5度)的影響。

漢森的研究並不是第一篇探討極端氣候與全球暖化關聯的學術文章,然而卻是首次明確主張溫室氣體需要對炎夏與熱浪負責。但這樣的斷言引起氣候學家的爭論。

美國國家海洋暨大氣總署(NOAA)的氣象學家馬丁‧赫爾林(Martin Hoerling)便指出,從更長期的氣候紀錄,看不出溫室氣體與個別熱浪間的關聯。他表示溫室氣體與全球的微幅暖化並不能充分解釋極端氣溫的成因,而是因為自然本身的差異性造成極端氣溫,全球暖化只是強化這個差異。

美國國家大氣研究中心(National Center for Atmospheric Research, NCAR)的氣候學家凱文‧崔伯斯(Kevin Trenberth)則說,漢森的研究能讓一般大眾了解全球暖化的趨勢,以及人類活動在大氣系統中扮演的角色。崔伯斯憂心,會有人會對此研究做出錯誤的結論,也就是「人類並未造成任何影響。」他認為,「極端氣溫絕對不會只是由人類所造成,也不會只因為是自然的差異所導致。」(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫─重大天然災害之防救災科普知識教育推廣」執行團隊撰稿)

責任編輯:鄭國威|元智大學資訊社會研究所

本文原發表於行政院國家科學委員會科技大觀園「科技新知」。歡迎大家到科技大觀園的網站看更多精彩又紮實的科學資訊,也有臉書喔!

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李柏昱
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成大都市計劃所研究生,現為防災科普小組編輯。喜歡的領域為地球科學、交通運輸與都市規劃,對於都市面臨的災害以及如何進行防災十分感興趣。


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地球在20年間「亮度」變低了!——地球暖化讓陽光反照率直直落

Mia_96
・2021/10/23 ・2757字 ・閱讀時間約 5 分鐘

地球暖化會造成溫度升高?不稀奇!地球暖化會造成人類生活環境越來越嚴峻?也不稀奇!但你有聽過,因為地球暖化,讓我們的亮度竟然逐年遞減,地球變得越來越暗嗎?

地球亮度的改變並不是近期才出現的新興議題,關於地球亮度的變化,科學家早在 1990 年代前後便提出一種現象「全球黯化」(global dimming)去解釋為何地表獲得的太陽光能量越來越低。

當時透過資料指出,進到地球的太陽能量大幅降低,從 1950 到 1990 年入射至地表的太陽光能量,竟然平均減少 4%! 也就是身處在地球上的人類會覺得地表的亮度似乎逐漸地降低。

但入射地表能量降低的原因並非是太陽發出能量的變化,而是因為近幾年我們最常耳聞的,空污現象! (圖/pixabay

當人類使用石油、煤炭等非再生能源發電時,會在環境中產生許多氣膠微粒,而這些氣膠微粒進入大氣,微粒可以吸收、反射入射到地球的太陽光,使太陽之能量無法進到地球表面,進而造成地球亮度降低。

而全球黯化同時也影響著人們過去對於全球暖化的理解,當全球黯化造成入射到地表的太陽光減少時,代表著地球所獲得的能量並不如過往我們所想像的這麼多。換句話說,全球黯化所造成的冷卻效應竟比不上人們所造成的暖化速度!

知曉地球改變亮度的方法——地照!

近期最新研究更是顯示,1998 年到 2017 年近十年內,地球的反照率逐年下降!除全球黯化造成地表獲得太陽能量減少外,當從外太空看著地球時,地球竟然也越來越暗了!

反照率是一種常用於亮度表示的方式之一,其指的是太陽電磁波段入射至地表的總量質,除以被地表反射的量值所得出的數字。不同的地表特性即有不一樣的反射量質。因此,透過反照率的升降,科學家也可以推估氣候變遷對環境所產生的變化與影響。

計算反照率的方式十分特別,在科學中我們將其稱為「地照」!

地照現象指的為當太陽光照射到地表,地表會反射部分太陽光,而當地表反射太陽光至月球未被太陽照到的地方時,月球又會將地表所反射至月面的光線反射回地球。

看似應該沒有被太陽光照射到的月球表面,其實也會因為地球反射之陽光而產生微弱的光。而最適合觀測地照的時間通常為弦月時分。 (圖/Wikipedia

地照的變化與地表的改變息息相關。例如冰雪的反射率較高,當地表溫度較低,累積較多冰雪時,地照數據便可能會上升;而洋面的反照率較低,當地表溫度較高,造成冰雪融化成海洋,則地照數據便可能會下降。

透過地照反射的光線強弱,可以推測地球反照率的變化,進而推測地表本身變化。 (圖/Wikipedia

除了利用地照觀測地球反照率外,為使觀測更加精確,科學家利用於 2000 年發射的 CERES 儀器(Clouds and the Earth’s Radiant Energy System)觀測大氣至地表的太陽光輻射與地表放出之輻射,並進一步分析對影響地球溫度的重要因子──雲,和太陽輻射的交互關係。

CERES 主要希望可以解答雲在氣候變遷中所扮演的角色與造成的影響,是美國國家航空暨太空總署地球觀測系統(EOS)計畫中的一部分。 圖/Wikipedia

研究結果分析發現,從 2000 年到 2015 年,地球反照率曲線一直維持接近平坦的狀態,但近年,地球反照率的衰退卻日益明顯,如下圖表示:

(圖/參考資料 1

橫軸座標為年度,縱軸座標為地照反照率之異常改變(單位為每瓦/平方公尺),黑色為地照異常之數據,藍色為 CERES 觀測到異常之數據,而灰色陰影區域則為誤差範圍。從圖中可以看出,地照反照率在這幾年下降約 0.5 W/m2,而 CERES 之數據則是下降約 1.5 W/m2

十年一變──太平洋年季震盪

科學家推測,改變反照率的原因,是週期性發生在太平洋的氣候變化──太平洋年季震盪。

太平洋年季震盪指的為太平洋的海水溫度會以十年為週期尺度產生變化:當北太平洋和熱帶太平洋間的海水溫度較高時,稱作暖相位;而當北太平洋和熱帶太平洋間海水溫度較低時,稱作冷相位。

而地球亮度改變的原因,正是因為太平洋年季震盪到了暖相位,造成海面低雲減少,反照率降低!

低雲較為溫暖,其主要成分是由水滴組成,當太陽輻射照射水滴時,較多太陽反射至太空,地球的反照率較高,也造成地表溫度降低;而高雲主要成分由冰晶組成,透光性較佳,再加上高雲通常體積較低雲薄,故太陽輻射可以順利進入地表,地球反照率相對降低。

當北太平洋與熱帶太平洋間海水溫度升高時,洋面上空氣需達到飽和的水氣量相對增加,氣塊達到飽和條件較高,低層雲較難生成。(其實背後原因極其複雜,作者僅是以最簡單的方式嘗試解釋。)當低層雲減少時,反射率降低,造成較少太陽輻射至太空,地球亮度因此變得越來越暗。

雲在地球輻射能量中一直扮演著重要的角色,低雲反射太陽輻射的能力較強,高雲吸收地球輻射的能力較強,因此較多的低雲往往造成地表降溫,而較多的高雲則會造成地表增溫。 (圖/pixabay

交織纏繞的反饋機制

看完整篇文章也別急著下結論!其實地球上的現象不僅環環相扣,影響因素更是族繁不及備載,從海溫改變的原因、高低雲量多寡的變化、反照率升降的主因……,我們都很難用單純或是絕對的一段話去完整解釋自然界的現象。

科學家所能做到的,是透過原因推導、盡力的去解釋現象,所以關於地球反照率下降的趨勢原因,除了太平洋年季震盪、海溫升高、低雲變化等,或許也還有科學家尚未清楚的其他可能性。

但同時,令科學家擔心的事情是,因全球暖化造成地表的反照率降低,代表地表接收到的能量、進到地表之能量相對增加,而吸收的能量又加速全球暖化的速度,地球或許會因為這樣的回饋機制持續升溫,造成更加嚴重的溫室效應。如何去因應溫度上升造成的種種問題,也將會是我們需要不斷去思考問題。

參考資料

  1. AGU AdvancesEarth’s Albedo 1998–2017 as Measured From Earthshine
  2. science alert,《Two Decades of Data Show That Earth Is ‘Dimming’ as The Planet Warms Up
  3. Wikipedia,《Clouds and the Earth’s Radiant Energy System
  4. Wikipedia,《行星照

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Mia_96
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喜歡教育又喜歡地科,最後變成文理科混雜出生的地科老師
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