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超音波感測器掃描雷達圖

馥林文化_96
・2014/06/30 ・2611字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 522 ・七年級
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文/CAVEDU教育團隊

本期專題是延伸自2014 年3 月號的〈機器人感測器結合Google 雲端圖表〉,會讓感測器砲塔進行一次掃描後,以雷達圖的方式來呈現資料。有接觸過App Inventor 的師長朋友們,歡迎從App Inventor 中文學習網下載原始碼回去加入更多有趣的功能。

請注意本範例需用到網路連線,請確認您的手機是使用Wifi 或3G行動網路來連上網路, 否則將無法顯示Google 雲端圖表。

超音波感測器砲塔

NXT 超音波感測器是一種I2C 數位感測器,它能讓機器人「看到」物體並在撞上去之前避開,這是觸碰感測器所辦不到的。超音波感測器會發出一連串的超音波,並記錄超音波被物體反射後所需要的時間,再轉換成距離回傳給NXT。請注意:超音波感測器的預設單位是公分。實際使用時,超音波感測器可測到的最短距離約為5 公分,最遠距離約為220 公分。

請將馬達組裝在NXT 主機側面,並超音波感測器安裝在馬達上,當馬達轉動時,超音波感測器也會隨著馬達掃視水平面。在App Inventor 中, 我們使用NxtUltrasonicSensor 元件的GetDistance 指令來取得超音波感測器值(圖1)。

002
圖1 App Inventor 中用來取得超音波感測器值的指令。

開始玩機器人

範例的機器人只要將一個超音波感測器接在NXT 主機的4 號輸入端,再將馬達接在輸出端B 即可。請確認NXT 主機的藍牙已啟動,接著將NXT主機與Android 手機進行藍牙配對(註2),完成之後就可以把機器人放到一邊了。啟動藍牙之後,您可以從NXT主機的螢幕左上角看到藍牙的符號。

接下來依序介紹程式的各個功能:

STEP1 登入畫面:

首次進入程式的畫面如圖2a, 這時只有「連線」按鈕可以按,其它所有按鈕都無法操作。點選「連線」按鈕後進入藍牙裝置清單(圖2b),請找到剛剛配對完成的NXT 主機名稱(本範例為abc), 點選之後就會由Android 裝置對NXT 主機發起藍牙連線。順利連線成功的話,「連線」按鈕會變成不可按的狀態,其他按鈕則都可按(圖2c)。

2abc
圖2a程式首次執行的畫面。 圖2b 點選連線按鈕後進入藍牙裝置清單。 圖2c連線成功後的畫面。

STEP2 程式初始化:

在點選連線清單之前(ListPickerConnect 的BeforePicking 事件),需先將清單內容指定為Android 裝置上的藍牙配對清單(圖3a)。點選之後則先測試連線是否成功,成功則將「連線」設為不可點選,「開始記錄」、「位置歸零」與「斷線」等按鈕設為可點選(圖3b)。

005a
圖3a指定藍牙配對裝置清單。
005b
圖3b 連線成功後啟動相關元件。

STEP3 開始掃描:

每當我們點擊一次「開始記錄」按鈕時, 就會讓B 馬達轉動2cm , 這是根據預設輪胎直徑計算出的距離,在此是一個經驗值,您可能需要根據實際狀況來調整這個參數。接著將超音波感測器當下的數值搭配一個半形逗號組合到sensorValue 這個字串中。count 變數是用來計算一共記錄了幾筆資料,累計到五筆資料之後,count 變數值會設定為1 ,代表要重新開始記錄新的五筆資料(圖4a)。

006a
圖4a啟動砲塔掃瞄並記錄感測器值。

接著「產生圖表」這個按鈕會變為可按。您可以調整count 變數值來修改在圖表中所要呈現的資料筆數。每次掃描完之後,您可以點選「位置歸零」按鈕, 讓B 馬達反向轉動10cm以回到原來的位置(圖4b)。

006b
圖4b 砲塔回歸原位。

在此難免會有轉過頭或不足的狀況發生,這時可用手把砲塔對正。

STEP4 按鈕取得Google雲端圖表:

Google Chart 雲端圖表讓我們可用超連結的方式來取得各式圖表。以本範例來說,我們只要將五筆超音波感測器值組合到chart 字串變數的後方,再由WebViewer 元件去取得這個超連結就可以了。說穿了就是去操弄這個字串,就能取得我們所需要的圖表。

讓我們來看看chart 這個字串中的一些重要參數(圖5a):

  • http: //chart.googleapis.com/chart?
  • chs=320×320:圖片尺寸為320 x320像素。
  • cht=r:圖表類型為雷達圖(radar)。
  • chm=s ,CC3366,0, -1,12,0| s ,FFFFFF,0,-1,8,0:以紅色空心方格來呈現資料點。
  • chls=4:兩點之間連線的粗細。
  • chxt=y,x:以同心圓方式顯示格線。
  • chxp=0,0,30,60,90,120:格線之間的數值距離。
  • chd=t : : 圖表資料, 我們就是把sensorValue這個變數組合在chart變數之後來組成一個完整的超連結。每筆資料之間需使用半形逗號隔開。按下「產生圖表」按鈕,會先把sensorValue最後一個字元(就是半形逗號)刪除,接著使用WebViewer.GoToUrl來載入chart與sensorValue兩者所組合成的超連結,在此就會順利載入圖表了。為了讓下次也能順利執行,最後要把sensorValue內容清空(圖5b)。
圖6a
圖5a本範例所用到的變數。
圖6b
圖5b 按下按鈕顯示Google 雲端圖表。

STEP5 斷線:

按下「斷線」按鈕之後,會中止藍牙連線(BluetoothClient.Disconnect指令),並使畫面上的各個元件恢復到程式一開始時的狀態(圖6)。

008
圖6 按下「斷線」按鈕時中斷藍牙連線。

操作

實際執行的時候,請先確認NXT 已經開機且藍牙也啟動了。接著在您的Android 裝置上點選畫面中的「連線」按鈕,會進到如圖3b 的藍牙清單畫面,點選您所要的NXT 主機名稱並連線成功後,就能點選「開始記錄」按鈕來取得超音波感測器值,每次點選都會將數值顯示在標題列上,如下圖紅框。點選五次之後才能點選「產生圖表」按鈕(圖7a),這時就可以看到精美的雷達圖了(圖7b、7c)。操作一次之後,請點選「位置歸零」按鈕,讓砲塔回到初始位置。

請注意:您的手機需要有網路連線,否則無法取得Google Chart 雲端圖表。

7abc
圖7a記錄五筆資料之後,才可點選「產生圖表」按鈕。 圖7b 取得雷達圖1 (42, 33, 95, 59, 64) 。 圖7c取得雷達圖2 (97, 49 ,80, 32, 40) 。

本期專欄介紹了如何製作一個感測器值砲塔, 並結合Google 雲端圖表來產生漂亮的雷達圖。請參考GoogleChart API 的官方網站來看看更多有趣的圖表範例,也請繼續關注CAVE的機器人專欄!

本程式已上架Google play,請到Google Play搜尋「CAVEDU教育團隊」就找得到我們的樂高機器人系列app了。歡迎大家到App Inventor 中文學習網的檔案庫下載本程式的aia原始檔與apk安裝檔。

註:

  1. 想學如何開發App Inventor程式嗎?請到App Inventor 中文學習網與我們一同學習。
  2. 將Android手機設定為可安裝非Google Play下載的程式以及讓手機與樂高NXT主機連線等說明請參考此處
  3. 與NXT連線後如果出現[Error 402]之錯誤訊息請不必理會,程式依然能正確執行。

文章原文刊載於《ROBOCON》國際中文版2014/7月號

文章難易度
馥林文化_96
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馥林文化是由泰電電業股份有限公司於2002年成立的出版部門,有鑒於21世紀將是數位、科技、人文融合互動的世代,馥林亦出版科技機械類雜誌及相關書籍。馥林文化出版書籍http://www.fullon.com.tw/

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使用「藍碳」捕捉二氧化碳的速度比森林快四倍!這個方法可行嗎?——《圖解全球碳年鑑》
商業周刊
・2022/10/05 ・4523字 ・閱讀時間約 9 分鐘

沿海濕地中的藻類、海草、紅樹林、鹽沼、和其他植物在生長過程中會吸收和捕獲二氧化碳。沿海和海洋生態系統捕獲和儲存二氧化碳的方式,稱之為「藍碳」。

被封存在海底的碳有一半以上來自這些沿岸的森林,它們捕獲二氧化碳的速度比傳統森林快了 4 倍,因為大部分的碳都進入幾米深的潮濕土壤中。以這種方式捕獲碳可以將之從大氣層中移除,降低空氣中二氧化碳的總含量。

1 公頃的紅樹林每年可以捕獲多達 8 噸的二氧化碳,遠比 1 公頃熱帶森林所能捕獲的量還要多。

在過去半個世紀以來,世界上約 30% 到 50% 的紅樹林遭到破壞

1 公頃的紅樹林每年可以捕獲多達8 噸的二氧化碳,遠比1 公頃熱帶森林所能捕獲的量還要多。圖/商業週刊

土壤的碳儲存方式

土壤是有生命的。當泥土被無數的有機微生物寄居時,就變成了土壤,成為植物生長的重要基質。

土壤還將世界上大量的碳儲存在一種物質當中,也就是所謂的土壤有機質(soil organic matter,SOM)。有機一詞在此並不是指沒有化肥或殺蟲劑,而是指存在大量的碳。通常土壤有機質含有 50% 到 60% 的碳。大多數用於農業的土壤含有 3% 到 6% 的有機質。

當植物原料(如葉子或莖)凋零掉落到土地上時,會被土壤中的微生物分解,這個過程將植物轉化為碳,並產生有機質。碳被封存在土壤中,不再以二氧化碳的形式釋放到大氣中。

當植物原料凋零掉落到土地上時,會被土壤中的微生物分解,這個過程將植物轉化為碳,並產生有機質。圖/Pixabay

犁田耕作會破壞土壤有機質和碳的儲存。耕地時,會使有機質暴露地表,更容易被微生物利用,迅速消耗土壤有機質,將二氧化碳釋放到大氣層中。每年由於耕作、侵蝕、或與氣候相關的土壤變化(如永久凍土融化),造成儲存在土壤中大約 10 到 20 億噸的碳,以二氧化碳的形式釋放回大氣層中。

土壤有機質可以保留或重建,使得大氣中的二氧化碳返回土壤長期封存。農民在施肥、將植物廢棄物(如玉米秸稈)留在田間進行分解、或種植覆蓋作物時,會增加土壤有機質。覆蓋作物是在生長季節過後、田間空無作物時種植,通常是草或三葉草,根部很深,能穿透土壤。如果在種植新的經濟作物之前讓覆蓋作物在田間分解,能夠顯著增加土壤中的有機質和碳。

最小化耕作(稱為保護性耕作)是另外一種防止土壤有機質流失(或使土壤慢慢再生)的方法。其中所謂的免耕種植,是指利用專門的播種機將種子放入一小塊翻鬆的土壤中,因此無須翻耕整片田地。

讓土壤恢復健康

泥土並不完全相同,土壤的養分含量會隨著時間根據其處理方式、和所處的環境而發生變化。

世界上三分之一的土壤已經退化到幾乎無法再支持動植物生存的地步。主要的一些原因是:

  • 土壤耕作。
  • 牛群過度放牧。
  • 砍伐和焚燒樹木和植物(砍燒耕作法)。
  • 未在冬季種植覆蓋作物。
  • 覆蓋物不足。

亞洲、歐洲、北美和南美的大型工業化農場,由於大量重植大豆、小麥、大米和玉米等商品,因而加劇了土壤侵蝕。市場和債務的經濟壓力使可持續性農業做法在短期內難以實施。

由於大量重植大豆、小麥、大米和玉米等商品,因而加劇了土壤侵蝕。圖/Pixabay

從生產的食物品質到大氣中的碳含量,土壤健康都具有深遠的影響。土壤很健康時,可以平衡水循環、並發揮避震作用以防止洪水和侵蝕。1930 年代美國西部的沙塵暴侵襲(Dust Bowl)、和 2017 年波多黎各的洪水災害,都是氣候變化的災難性衝擊、和土壤侵蝕造成的自然災害實例。這些變化會對農業產生重大影響。

根據美國農業部的說法,農民可以透過 4 種方式創造更好的土壤:

盡量減少干擾

  • 限制耕作。
  • 使化學品發揮最大效益。
  • 牲畜輪替。

強化土壤覆蓋

  • 種植覆蓋作物。
  • 使用有機覆蓋物。
  • 保留植物殘留物。

強化生物多樣性

  • 種植多種不同的覆蓋作物。
  • 利用多樣化的作物輪作。
  • 整合牲畜。

強化活根的存在

  • 減少休耕。
  • 種植覆蓋作物。
  • 利用多樣化的作物輪作。

在地方層面,一般公民可以透過投票支持可持續性農業發展的立法和政策,以及購買可持續性農業經營的產品。

房屋所有者也可以透過全年種植多樣化的植物種類,讓自然生態發展,改善其房產周圍的土壤健康,這樣能強化活躍的根系、並創造生物多樣性。

健康的土壤如何平衡水循環?圖/商業週刊

大規模改變環境的「地球工程」

如果你生起營火、或是隨意處置一台冷氣機,那就是在用個人的行動改變環境。但是,當公司和國家有意大規模改變環境時,這被稱為「地球工程」(geoengineering)。

地球工程策略聽起來像是科幻電影情節似的:在太空中部署太陽遮屏,以使部分太陽能量反射回太空,或是從大氣中吸取二氧化碳,將之送入地下層變成石頭。科學家們正在探索更多這一類大規模修補地球系統的方法,使地球降溫,但迄今為止,許多方法都成本高昂、存在爭議、也充滿著風險。

以太陽遮屏為例,雖然聽起來像部署固體金屬片,但其實是模擬大規模火山噴發時的情況,在空中噴灑出濃密的灰燼和化學物質,進而阻擋太陽能量。可能在噴氣燃料中加入化學物質,以便高空飛行的噴氣機將之擴散到高層大氣中。

超級計算機預測,以這種方式噴射到平流層的反射硫粒子,可能會產生冷卻效果,當然,也會影響降雨、降雪和季節性溫度。目前還不清楚會到什麼程度,如果天氣變化太過劇烈,就不容易挽回損失,造成人人受苦。即使可以逆轉噴灑,停止這樣的計畫也可能造成危險,因為太陽射線突然少了阻擋而導致全球氣溫和溫室氣體驟升。

至於直接從空氣中吸取二氧化碳,將之儲存在地下岩層中,歐洲和北美已有 19 家工廠做到這一點,每年吸收約1 萬噸的二氧化碳。沒有人知道這種方式可以安全地封存二氧化碳多久。

直接從空氣中吸取二氧化碳,將之儲存在地下岩層中,歐洲和北美已有19 家工廠做到這一點,每年吸收約1 萬噸的二氧化碳。圖/Pixabay

一旦出現洩漏,土壤、水和空氣可能會受到汙染,而從地下層收集氣體也可能引發微震和地震。不管怎麼說,這個過程若想要成功,也必須得降低成本、提高效率才行(目前每噸的成本高達 600 美元),我們將會需要相當多家的碳捕獲工廠,才可能有辦法消除每年所排放的數千兆噸二氧化碳,以實現 2050 年淨零排放。

不同於將二氧化碳儲存於地下岩層,鐵質施肥(iron fertilization)是以海洋為重點的選擇。這個過程是將硫酸鐵注入海水中,促進藻類大量繁殖以吸收二氧化碳,然後沉入海底。成功率參差不齊,有 5% 到 50% 的藻類增殖,沉入到足以造成封存影響的深海。然而,完全有效可能需要付出代價:過量的藻類或許也會引發有毒浮游植物的生長高峰,而將二氧化碳儲存在海洋可能會加速海水酸化。

將二氧化碳儲存在海洋可能會加速海水酸化。圖/Pixabay

地球工程是一個冒險的賭注,一些科學家表示,這對於全球氣溫的衝擊微乎其微,尤其是考慮到不採取行動造成不良後果的可能性很高。但也有科學家指出,仰賴快速的工業解決方案,可能會使人們和企業忽略對於實際減少碳排放、或停止使用化石燃料應付出的努力。

有無數的公司和國家正在單方面從事地球工程研究。預計這些實驗將在世界各地不同軌道上展開。

利用二氧化硫進行地球工程

有些工程師提出一種低成本又快速的方法來減緩氣候變化⸺整頓碳房,同時「擺脫困境」。

就像鏡子反射光線、黑色車道在夏日變得炎熱一樣,外層大氣從太陽反射的光熱,也會對全球溫度產生影響。

30 年前,菲律賓的皮納圖博(Mt. Pinatubo)發生了 100 年來最嚴重的一次火山爆發,所噴發的灰燼造成了驚人的影響:一整年地球的平均溫度下降了約 0.5° C。透過使地球大氣層反射陽光,而不是吸收,地球變得比較涼爽。

地球工程學家正專注研究此一概念,在地球外圍創造一個人為的太陽遮屏。利用特殊裝備的大型噴氣式飛機,將不同的化學物質噴灑到高層大氣中,希望能一次改變地球多年的反射率,以人為方式降低地表的平均溫度。

透過地球工程,在大氣中添加懸浮微粒來複製火山噴發的自然效果。平流層氣溶膠注入的作用:

  • 散射太陽光。
  • 讓天空更明亮一些。
  • 反射部分太陽熱量。
  • 讓地球更涼爽一些。
透過地球工程,在大氣中添加懸浮微粒來複製火山噴發的自然效果。平流層氣溶膠注入的作用:讓天空更明亮一些。圖/Pixabay

透過在大氣中注入二氧化硫、鈦、或其他化學或礦物質,可以增加行星反照率(反射率)。

太陽能地球工程透過改變地球的輻射平衡,來治療氣候變化的徵狀,這方面的科學研究稱為「平流層氣溶膠監測」(stratospheric aerosol modification,SAM)。

據估計,這種方法一年成本不到 100 億美元,在大多數的氣候變化因應措施當中只是九牛一毛。一些專家認為,只要動用幾百架飛機即可完成,而且可以比預期更早開始。

研究人員馬克.勞倫斯(Mark Lawrence)2006年指出,「對地球工程可能性的嚴肅科學研究,如克魯岑和西塞隆(Crutzen & Cicerone)發表文章中所討論的,完全沒有得到氣候和大氣化學研究界的包容」,然而,到了 2016 年,他總結道,「在這些文獻發表後的 10 年間,雖然氣候工程仍然是極具爭議性的問題,但是在更廣泛的地球科學研究領域,那種禁忌感基本上已不存在」。

這種方法,還是有許多未經測試的現實問題:

  • 這些化學物質將會使臭氧層出現什麼反應?
  • 該由哪些國家規範這個過程、又該如何決定干預措施的地點和程度?
  • 有什麼辦法能阻止組織和國家單方面進行?若有國家想要暖化加劇、或是有億萬富翁只是想要名利,該如何處理?
  • 這將對人類、動物、植物、和海洋的健康造成什麼影響?
  • 我們準備好長久持續進行了嗎?如果沒有,一旦陷入了相對低成本和快速的解決方案,又該如何下決心停止呢?

——本文摘自《圖解全球碳年鑑:一本揭露所有關於碳的真相,並即時改變之書》,2022 年 9 月,商業周刊,未經同意請勿轉載。

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商業周刊
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食品界的奇葩:讓人又愛又恨的納豆
iGEM NTHU_96
・2022/10/05 ・2204字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

納豆原本是日本的傳統食品,現在台灣也到處都可以看得到了。雖然不好聞,而且還黏黏的,很多人卻因此就愛這一味,連台灣人也不例外。那麼納豆到底是怎麼來的?又是怎麼做的呢?

納豆是由大豆經過名為 Bacillus subtilis natto 的枯草桿菌發酵後製成,氣味獨特,類似辛辣的陳年奶酪。攪拌納豆會產生許多粘稠的細絲,通常被當作早餐吃(拌/不拌派戰起來!),可以放在米飯上,再搭配芥茉、醬油,或是日本洋蔥,稱為 納豆ごはん (米飯上的納豆)。

納豆偶爾也用於其他食物,例如壽司、吐司、味噌湯、玉子燒、沙拉,或是作為御好燒、茶飯的成分,甚至可以與義大利麵一起食用。看著看著,再加上想像,是不是就讓人垂涎欲滴呀!

納豆飯。圖/Unsplash

儘管有許多人覺得它的味道令人不快,其他人卻將它作為佳餚。眾所皆知,納豆在日本關東東部地區很受歡迎,但在關西地區不太受待見。

在 1990 年左右,「乾納豆」和「油炸納豆」問世,氣味和黏性降低,這對不喜歡傳統納豆氣味和質地的人來說,更容易食用;而另一種名為「豆乃香」的發酵大豆,也透過改良大豆和納豆芽孢桿菌品種,降低了黏性。

納豆是從哪裡來的?有兩種故事版本!

關於納豆的最早起源眾說紛紜、莫衷一是。一種理論認為,納豆是在遙遠的過去,在多個地方各自起源的,因為它的製作材料及工具,自古以來就很常見。

  1. 日本的傳奇起源

西元 1086 年至 1088 年間,武士源義家在日本東北部進行一場戰役。某天,部隊在為馬兒煮大豆時,不巧遭到襲擊。他們急忙收起豆子,過幾天重新打開草袋,發現裡面的大豆竟然已經發酵了!士兵們或毫不在意,或硬著頭皮地吃了下去,才驚覺意外地好吃。於是,這種獨特而濃郁的風味,很快便在日本流行起來。

源義家是日本平安時代後期的著名武將。圖/Wikipedia
  1. 中國起源

在納豆之前,中國有一種類似的黑豆發酵食品,叫做「豉」或「豆豉」。這些在中國發明的大豆調味料,經由商品化後,傳播到整個東亞。這種食物通常由整粒發酵的大豆,透過鹽漬、發酵和陳化等手法製成。

但是,中國與日本的成分和製作方法有所不同:中國人使用黑豆和黃豆來製作豆豉,日本人卻只使用黃豆來製作納豆。另外,鹽的用量也會影響豆豉和納豆的味道和外觀。

大豆的種植方法是在彌生時代從中國傳入日本的。後來,鹽開始在日本流通,成為豆豉開始生產的契機。不過,當時的鹽非常昂貴,所以有些人認為,納豆是在生產豆豉時,偶然發明出來的食物。

除此之外,平城京出土的木簡上頭寫著「豉」字,因此,也有人認為是在中國豆豉傳入日本後,日本人才得以藉此發明納豆。

不同品牌的豆豉。圖/Wikipedia

想製作納豆?你可能得花費不少時間

納豆是由大豆製成的,通常會優先選擇較小顆的豆子。如此一來,在發酵過程中,就能更輕易地發酵到中心部位。首先,豆子會先被清洗乾淨,然後在水中浸泡 12~20 小時,以增加它們的大小,接下來再蒸 6 小時。

此時,必須特別注意,使材料遠離雜質和其他細菌。這些混合物需要在 40℃ 發酵長達 24 小時。之後置於冰箱冷卻、陳化一個禮拜,使納豆變得黏稠。在這些加工過程中,都必須盡可能地避免接觸到大豆,否則大豆也可能會受到皮膚上的菌群汙染。

納豆富含營養,卻不是人人能吃

那麼,納豆是如何從日常佳餚,搖身一變,成為保健食品呢?

大豆在發酵過程中,化學成分會有很大的改變。除了保有原本的蛋白質、鈣質、維生素 B1、食物纖維等營養素之外,更增加了發酵生產的多種維生素,例如維生素 B2、B6、K2 等等。納豆的營養素相當多元且豐富,每 100 公克就含有多種礦物質與維生素,包括:鐵(每日建議攝取量的 66%)、錳(73%)和維生素 K(22%)。

此外,納豆內含一種稱為「納豆激酶」的酵素,更是有多種保健功效,可以降低血壓、降低動脈硬化、降低因心血管疾病造成的死亡率、溶解血栓、強健骨骼、維護腸道健康、增強免疫系統。

然而,不是所有人都適合食用納豆激酶,因為納豆激酶有抗血栓(凝血)及降血壓的功用,不建議與抗凝血劑、降血壓藥一起服用。如果患有出血性疾病,也不建議食用。但一切都應在醫師的指示下,再作定奪。

如果不確定能不能吃納豆,可以先諮詢醫師喔!圖/Unsplash

參考資料

  1. Hosking, Richard (1995). A Dictionary of Japanese Food – Ingredients and Culture. Tuttle.
  2. McCloud, Tina (7 December 1992). “Natto: A Breakfast Dish That’s An Acquired Taste”. Daily Press.
  3. Deutsch, Jonathan; Murakhver, Natalya (2012). They Eat That?: A Cultural Encyclopedia of Weird and Exotic Food from Around the World. ABC-CLIO.
  4. William Shurtleff; Akiko Aoyagi (2012). History of Natto and Its Relatives (1405–2012). Soyinfo Center.
  5. “起源は?発祥は?知られざる納豆の歴史 | ピントル”. 納豆専門ページ | ピントル (in Japanese).
  6. “History of Natto and Its Relatives (1405-2012) – SoyInfo Center”. www.soyinfocenter.com.
  7. “History of Soy Nuggets (Shih or Chi, Douchi, Hamanatto) – Page 1”. www.soyinfocenter.com.
  8. “糸引きの少ない納豆「豆乃香」の開発” (PDF) (in Japanese). Ibaraki Prefectural Industrial Technology Center.
  9. “納豆が出来るまで。納豆の製造工程”. Natto.in. 2004. Archived from the original
  10. USDA Database: https://fdc.nal.usda.gov/fdc-app.html#/food-details/172443/nutrients
  11. Chen H, McGowan EM, Ren N, Lal S, Nassif N, Shad-Kaneez F, et al. (2018). “Nattokinase: A Promising Alternative in Prevention and Treatment of Cardiovascular Diseases”. Biomarker Insights.
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We are the team of National Tsing Hua University (NTHU) for the iGEM competition (international genetic engineering machine).

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極端氣候的問題就在眼前,我們可能面臨什麼樣的未來?——《圖解全球碳年鑑》
商業周刊
・2022/10/04 ・5452字 ・閱讀時間約 11 分鐘

沒有比現在更急迫需要預測未來。上千名氣候科學家和經濟學家共同建立並測試嚴謹的電腦模型,來估計地球在一、兩個世代後的樣貌。

政府間氣候變化專門委員會(IPCC),由世界各地的志工科學家組成,他們評估目前關於氣候變遷的科學知識——過去、現在和未來的風險與可能性——從而找出共識。

他們發表一系列報告,為 2050 年及其後的世界,做出 5 個可能的結果,這些情況是根據複雜的運算,測量溫室氣體排放、土地使用和空氣汙染對氣候的影響。

做出 5 個可能的結果,這些情況是根據複雜的運算,測量溫室氣體排放、土地使用和空氣汙染對氣候的影響。圖/Pixabay
圖/商業週刊

經濟成長、人口以及溫室氣體排放的未來軌跡,預期將使地球的平均溫度上升。情況的名稱是根據共享社經路徑(Shared Socioeconomic Pathways, SSP), 依照 1 到 5 編號,每個編號有個比過去更負面的結果。

5 個未來會面對的暖化問題

5 種情況的暖化程度,在以下幾個方面存在顯著差異:

  • 氣候的激烈程度
  • 海平面上升
  • 熱浪
  • 降雪和降冰的減少
  • 未來的行動和政策

這些情況說明問題如何隨時間加劇,以及改變目前的做法對未來可能的巨大影響。

IPCC 過去的估計已經證實太過樂觀,因此最近 IPCC 的報告預測,全球地表溫度將提早 10 年升溫超過 1.5° C,儘管如此,自從出版那份報告以來所收集的資料,顯示近期的暖化程度要比過去所做的大膽估計更加嚴重。

二氧化碳排放量。圖/商業週刊
情況升高攝氏 /華氏說明
1. 極低排放量(SSP1-1.9)1.4° C /2.5° F2050 年前後,全球二氧化碳排放減到淨零,符合巴黎公約(Paris Agreement)中,維持全球暖化(最多)高於工業前溫度1.5° C,而後穩定在1.4° C 直到2100 年。永續作法被即刻採行,改變經濟成長和投資,人們感受的氣候變遷效應,相較其他情況顯著較輕微,速度也較慢。
2. 低排放量(SSP 1-2.6)1.8° C /3.2° F全球二氧化碳排放大幅降低,但不足以在2050 年以前達到淨零排放。2100年結束時,升溫穩定保持在大約1.8° C。
3. 中排放量(SSP2-4.5)2.7° C /4.9° F邁向實踐永續的進展緩慢,與歷史趨勢相近。二氧化碳排放量維持在目前水準,本世紀結束前達不到淨零。2100 年前溫度上升2.7° C。
4. 高排放量(SSP3-7.0)3.6° C /6.5° F排放量和溫度穩定上升,大約是目前的兩倍,各國趨向彼此競爭,要求更多糧食供給的保障,且提高對糧食供給的警覺。2100 年以前平均溫度已經上升3.6° C。
5. 極高排放量(SSP 5-8.5)4.4° C /7.9° F2050 年以前二氧化碳的排放將加倍,能源消耗增加以及過度使用化石燃料加速經濟成長,但是……2100 年以前全球平均溫度將升高4.4° C。
表/商業週刊
IPCC 假設的情況。圖/商業週刊

了解 IPCC 勾勒出未來的 5 種情況

想像集體行動的後果,是前進的必要的一步,政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的 5 種情況,清楚勾勒未來的樣貌。

他們的報告顯示,人類具備科學的理解、技術的能量和金融手段,將碳排放量限制在 1.5° C,但也清楚說明勇敢行動和政治意志極為重要。

溫度上升 0.5° C,差別就很大

情況 1——正負 1.5° C

這是唯一符合《巴黎公約》,維持全球溫度比工業化前溫度高 1.5° C 目標的情況。

在這情況中,極端氣候比較常見,但世界避免了氣候變遷的最糟衝擊。依然會有健康風險以及氣候改變的風險,但嚴重度會比其他情況好很多。不過,將升溫限制在 1.5° C,將需要能源、土地、基礎建設、交通運輸、工業系統等,作出前所未見的轉變。

將升溫限制在 1.5° C,將需要能源、土地、基礎建設、交通運輸、工業系統等,做出前所未見的轉變。

情況 2——正負 2° C

在低碳排放的情況,世界在 2030 年後不久就會違反 1.5° C 的公約,但還是設法達到巴黎公約中,2100 年以前將溫度上升維持在比工業化前水準高 2°C 以內。

全球二氧化碳和非二氧化碳溫室氣體的排放,如同在「情況 1」中被大幅削減,但不如「情況 1」快速,2050 年之後才達到淨零排放。如同「情況 1」,也需要透過造林、碳捕捉等方法,移除大氣的二氧化碳。

溫度上升 0.5 度或許看似差別不大,但是 IPCC 的報告清楚指出,每增加 0.5 度,對人類和自然系統的負面影響將顯著提高。

舉例來說,極度高溫的天氣事件,如熱浪、火燒、洪水和乾旱,將會愈來愈激烈且頻繁,有時會同時發生,加上海平面上升和海水酸鹼度提高,不僅使人類等物種失去居住和棲息的地方,也會因為作物產出下降和漁獲量減少,而導致糧食不足。IPCC 估計,這個情況會比「情況 1」多出高達數億人受到氣候相關風險的負面影響。

關注的區域情況1情況2差異
全球暖化全球意味地表溫度相對工業化前的水準上升1.5° C2° C0.5° C 以上
嚴重的熱浪每5 年全球人口至少一次暴露在嚴重熱浪中14%37%糟2.6 倍以上
海平面上升2100 年以前,全球人口每年都有海平面上升的風險6,900 萬7,900 萬多1,000 萬
海冰平面北極海夏季無冰的頻繁度每100 年至少一次每10 年至少一次糟10 倍
失去生物多樣性脊椎動物失去至少一半地理範圍的脊椎動物4%8%糟2 倍
生物多樣性昆蟲):失去至少一半地理範圍的昆蟲6%18%糟3 倍
生態系統轉變受生態系統轉變影響的全球陸地區域7%13%糟1.9 倍
失去珊瑚礁與目前相比,形成礁的珊瑚減少70-90%99%糟1.2 倍
農作物產出下降暴露在作物產出下降的全球人口數3,500 萬3.62 億糟10.3 倍
表/商業週刊

情況 3——政治和經濟的力量沒辦法短期內做出決定

這是假設政治和經濟的力量,使得難以在短期內採取明快的大動作。

由於累積的二氧化碳排放量與全球地表溫度上升之間有接近線性的關係,因此升溫 1.5° C 的上限有可能在 2030 年代初就被超越,距離本年鑑出版不到 10 年。

在這情況中,溫室氣體排放到 2050 年都沒有降低,預期本世紀末的升溫將大約 2.7° C。上一次氣溫高於工業化前的水準 2.5° C,估計是在 3 百多萬年前。

暖化會呈現地區性差異,平均而言陸地的暖化將比海洋嚴重,北半球緯度愈高的暖化會比南半球嚴重,北極對暖化的敏感度高於南極,自從工業化年代以來,北極的暖化速度比世界其他地方快了 2 倍。

降雨量會增加。在所有全球暖化超過 1.5° C 的情況中,預期降雨量將會增加,特別是陸地。全球地表平均溫度每上升 1°C,中數降雨量將增加 1% 至 3%(全球和年皆然)。

儘管整體的降雨量增加,但會因緯度而有地區性差異。高緯度和潮濕的熱帶地區,降雨量會增加,但是乾旱地區,包括部分的亞熱帶如地中海、南非、部分的澳洲和南美洲,降雨量會減少。

高緯度和潮濕的熱帶地區,

降雨量會增加,

但是乾旱地區,降雨量會減少。

凡是升溫超過 1.5° C 的情形,到本世紀結束前,9 月將更有可能沒有北極海冰,當暖化到達 2° C 時,這個可能性幾乎是確定發生。圖/Pixabay

北極海冰會融化。凡是升溫超過 1.5° C 的情形,到本世紀結束前,9 月將更有可能沒有北極海冰,當暖化到達 2° C 時,這個可能性幾乎是確定發生。全球地表溫度上升,將使冰河和大冰原的面積更大幅度縮小,導致全球海平面中數(global mean sea levels,GMSL)上升,在前面 3 種情況中,預期在整個 21 世紀將加速,海洋在這些情況下也會變得更酸,這是因為排放量增加使海洋吸收更多碳的緣故。有些系統將會永遠地被改變,持續的全球暖化將可能永久造成:

  • 海平面上升
  • 大冰原喪失
  • 永凍土的碳排出

情況 4——只顧國家利益,沒有同心協力

這個情況是,隨著全球氣候變遷惡化,國際的協調將受挫。各國沒有同心協力來解決問題,反而只顧國家利益,而以關於能源與糧食保障為主。

由於高度仰賴化石燃料來解決燃眉之急,導致溫室氣體排放穩定成長。到 2100 年前,二氧化碳排出幾近加倍,每年超過 800 億公噸,空氣汙染控制不力,加上非二氧化碳的排出量持續增加,導致地球暖化惡化。

溫度遽升。由於各國達不到氣候誓約,21 世紀的溫度可能上升 2° C,不到 10 年可能跨越 1.5° C 的門檻。

降雨和乾旱的區域擴大。在全球暖化超過 2° C 的情況(情況 4 和情況 5),全球平均降雨量將比 1995-2014 年間增加 2.6%。

降雨和乾旱的區域擴大。在全球暖化超過 2° C 的情況(情況 4 和情況 5),全球平均降雨量將比 1995-2014 年間增加 2.6%。圖/Pixabay

海洋改變。到本世紀末,全球海面溫度上升 2.2° C,上升的海洋溫度可能影響大西洋經向翻轉環流(Atlantic Meridional Overturning Circulation,AMOC),這是最大的洋流系統,如果 AMOC 停止將造成廣泛影響,例如季風轉變和歐洲與北美州的降雨減少,AMOC 可能永久停止。海洋溫度上升導致 GMSL 上升,主要是因為熱擴散,凡是升溫跨越 2° C標記的情況,就會提高南極大冰原崩解的可能,也造成 GMSL 在 2100 年前後上升至少 1 公尺,有些預測認為會超過 2 公尺。

如果 AMOC 停止將造成廣泛影響,例如季風轉變和歐洲與北美州的降雨減少,AMOC 可能永久停止。

情況 5——二氧化碳的年排放加倍

面對氣候緊急事件惡化下,化石燃料的開發和能源使用勢必更積極,導致溫室氣體排放大幅增加。2050 年以前,二氧化碳的年排放加倍,在本世紀前超過 1,200 億公噸。

再生能源技術的進步加上人們的接受度上升,使這情況不太可能發生。但是碳循環回饋可能影響大氣濃度,從而製造地球反應的循環而導致這種情況,此外基於全球地表溫度升溫在 10 年內預期將跨越 1.5° C,而短期的暖化現象比估計的還要嚴重,因此即使可能性較低也不容忽視。

在這情況中,溫度上升 1.5° C 被認為在近期內很可能發生,大約是 2027 年前後。幾十年內升溫可能來到 2° C,本世紀末之前無法想像的升溫 4.4° C 可能發生。人類從未曾生活在如此氣候狀況下。

這個情況與其他不同的,在於假設強度的空汙控制,以及預測中長期除了甲烷以外「臭氧前兆」的下降,預測甲烷將上升到 2070 年。

跟其他情況相同的是,較大程度的暖化,預期會擴大區域性暖化趨勢的差異。例如相較 1995 至 2014 年的溫度範圍,部分亞馬遜或其他熱帶陸地將升溫 8° C,其他熱帶陸地區域可能升溫 6° C。

降雨量急遽上升,在暖化程度較大的情況下,預期高低降雨量的差異將擴大,冰原將消失,海平面和溫度將上升,世界失去格陵蘭和南極最大冰原,將導致海平面上升與冰河消失。由於冰原的成長緩慢但融化快速,失去任何面積可能無法逆轉。

海洋吸收愈來愈多熱,變得愈來愈暖,於是水往外擴。海平面上升近 1 公尺可能影響居住在海岸區、島嶼以及容易遭到洪水肆虐的近 10 億人生計。

海平面上升近 1 公尺可能影響居住在海岸區、島嶼以及容易遭到洪水肆虐的近 10 億人生計。圖/Pixabay

海平面上升近 1 公尺

可能影響居住在海岸區、島嶼

以及容易遭到洪水肆虐的近 10 億人生計。

我們沒有丟掉任何東西,

只是把我們的問題變成別人的問題。

⸺賽門.西奈克(Simon Sinek),暢銷作家

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——本文摘自《圖解全球碳年鑑:一本揭露所有關於碳的真相,並即時改變之書》,2022 年 9 月,商業周刊,未經同意請勿轉載。