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全球暖化讓龍捲風變多還是變少?

陳妤寧
・2014/06/25 ・2006字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 573 ・九年級

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文 / 陳妤寧

[配圖] 全球暖化讓龍捲風變多還是變少
美國中部由於位處乾冷/暖濕兩股空氣的南北交會處,容易醞釀出有利形成龍捲風的劇烈對流天氣系統。(圖片來源:Wikipedia)

2014 年 4 月 29 日,美國中西部和南部受龍捲風侵襲,已在阿肯色、奧克拉荷馬及愛荷華等三州至少造成 21 人喪生,不少房屋遭嚴重破壞,部份地方失去電力供應。CNN 指出美國中西部和南部將近 400 萬人處於中度至高度龍捲風危險下,其中約 140 萬人住在高危險區。

美國中西部是世界上龍捲風最頻發的地區,被稱為「龍捲風巷」(Tornado Alley)。奧克拉荷馬州的龍捲風特別多,因為南來之墨西哥灣暖濕空氣與北來之洛磯山脈乾冷空氣在此交會,暖空氣急速上升,有利於劇烈對流系統的發生。而近年來全球暖化議題發燒,龍捲風的數量是否會隨著氣候暖化而有所變化呢?

科學家們大致同意氣候變遷會引起更多的「極端天氣事件」,但對於全球暖化下的龍捲風會如何發展卻還未有定論。此外,近年來的龍捲風數量是否確實增加也是一個大哉問,不同地區對於龍捲風的觀測能力、關注程度和播報熱度都不盡相同,而這些人為因素在在影響了人們對於龍捲風數量的感受。民調顯示美國人認為氣候暖化是造成益加猛烈的龍捲風的元兇,然而氣候學家表示這種想法並不完全正確。

「普遍的觀察結果是全球暖化伴隨了更多更強的暴風雨,但這並不等同於暖化會造成更多龍捲風。」密西西比州立大學地球科學家 Grady Dixon 專攻龍捲風氣候學,他表示龍捲風的形成仰賴特定的交互作用,形成一個龍捲風的要素有很多,暖化問題一方面強化了某些因素、另一方面卻同時弱化了另一些因素。

古怪多變的龍捲風季

近年來的龍捲風季變得越來越古怪而飄忽不定。美國國家氣象中心的 Harold Brooks 說,2011 年是美國傷亡第二慘重的龍捲風季,共計發生了 1700 起龍捲風,造成 553 人喪生。隔年 2012 年四月起,龍捲風數量已經增加到往年的兩倍,但五月開始的龍捲風數量卻銳減到六十年來最低,同年的加拿大薩斯喀徹溫省卻遭遇比平常多三倍的龍捲風。

對大多數美國人來說,龍捲風季好發於春季,並在溽暑中踏入尾聲。但隨著夏季變得越來越長,在探究龍捲風季之前,搞清楚紊亂的四季分野對美國人來說反而是首當其衝的問題。

美國普渡大學的大氣科學教授 Jeff Trapp 說:「各地的龍捲風盛行季節不同,但期間都被拉得更長更久。」Harold Brooks 則提出不同的論點,他認為全球暖化下的龍捲風可能產生「濃縮效應」,亦即每年的龍捲風盛行季節縮短,但期間內會產生數量更多的龍捲風。

「水氣」和「風切」之間的拉鋸戰

Harold Brooks 和其他人正在尋找其他引發龍捲風的要素,他們主要關注於兩大因素:大氣中的對流可用位能(convective available potential energy,CAPE)以及風切效應(wind shear)。「對流可用位能」是由較高海拔與較靠近地表之間空氣的濕度差和氣溫差所決定,「風切效應」則是指較高海拔與較靠近地表之間的風速落差。當水氣越高、風切越大,越容易造就龍捲風的誕生環境。

在暖化情況下,大氣可承受更多的水氣,靠近地表的空氣越趨潮溼和增溫,促成更多龍捲風所需的能量;但風切效應則相反,全球暖化在北方創造了更溫暖的氣流,相對地減少了風切的可能,根據 Grady Dixon 的論點,如此一來將減少龍捲風的數量。

水氣和風切兩大因素之間彼此消長,Jeff Trapp:「我們所不知道的是,這些因素對於龍捲風的強度和頻率的影響力究竟孰輕孰重。」

史丹佛大學的地球科學家 Noah Diffenbaugh 則表示,最近一次電腦模擬的結果顯示水氣的影響力略勝一籌,即使沒有顯著的增加龍捲風數量,也製造了更多的大規模暴風雨。Jeff Trapp:「若未來持續暖化,暴風雨也會隨之變得更加頻繁。」

電腦模擬氣候模型是研究突破關鍵

《美國氣象學會通告》的一份新研究調查了所有種類的極端天氣事件,以及它們在全球暖化的環境下如何演變。這個研究指出龍捲風是各種極端天氣事件之中最難預測的,因為龍捲風通常屬於小規模氣候事件,尚無法在目前的大型氣候模型中被精確模擬出來。

「形成龍捲風的變數大量增加,如果我們連現在的龍捲風季都無法洞悉,那麼對於它未來的發展以及數量上的變化,我們亦將無法預測。」Harold Brooks 說。唯有發展出更高階、更精密的模擬氣候模型,科學家們才能進一步的分析龍捲風各種成因中的關鍵要素。(本文由科技部補助「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科技部-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!

備註

2021/12/12更新:將原文中的「極端氣候」修正為「極端天氣事件」。

延伸閱讀:

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陳妤寧
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熱愛將知識拆解為簡單易懂的文字,喜歡把一件事的正反觀點都挖出來思考,希望用社會科學的視角創造更宏觀的視野。

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金魚的記憶才不只 7 秒!記憶力怎麼回事?好想要超大記憶容量
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/12/01 ・2720字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 美光科技 委託,泛科學企劃執行。

你是不是也有過這樣的經驗?本來想上樓到房間拿個東西,進到房間之後卻忘了上樓的原因,還完全想不起來;到超巿想著要買三四樣東西回家,最後只記得其中兩樣,結果還把重要的一樣給漏了;手機 Line 群組裡發的訊息,看過一轉身回頭做事轉眼就忘了。

發生這種情況,是不是覺得很懊惱:明明才想好要幹嘛,才不過幾秒鐘的時間就全部忘記了?吼呦!我根本是金魚腦袋嘛!記憶力到底是怎麼回事啊?要是能擁有更好的記憶力就好了!

明明才想好要幹嘛,一轉眼卻又都忘記了。 圖/GIPHY

金魚的記憶才不只 7 秒!

忘東忘西,我是金魚腦?!無辜地的金魚躺著也中槍!被網路流傳的「魚只有 7 秒記憶」的說法牽累,老是被拖下水,被貼上「記憶力不好、健忘」的標籤,金魚恐怕要大大地舉「鰭」抗議了!魚的記憶只有 7 秒嗎?

根據研究顯示,魚類的記憶可以保持一到三個月,某些洄游的魚類都還記得小時候住過的地方的氣味,甚至記憶力可以維持到好幾年,相當於他們的一輩子。

還有科學家發現斑馬魚在經過訓練之後,可以很快學會如何走迷宮,根據聲音信號尋找食物。但是當牠們壓力過大時會記不住東西,注意力分散也會降低學習效率,而且記憶力也會隨著衰老而逐漸衰退。如此看來,斑馬魚的記憶特點是不是跟人類有相似之處。

記憶力到底是怎麼回事?

為什麼魚會有記憶?為什麼人會有記憶?記憶力跟腦袋好不好、聰不聰明有關係嗎?這個就要探究記憶歷程的形成源頭了。

依照訊息處理的過程,外界的訊息經由我們的感覺受器(個體感官)接收到此訊息刺激形成神經電位後,被大腦轉譯成可以被前額葉解讀的資訊,最終會在我們的前額葉進行處理,如果前額處理後認為是有意義的內容就有可能被記住。

在問記憶好不好之前,先了解記憶形成的過程。圖/GIPHY

根據英國神經心理學家巴德利 Alan Baddeley 提出的工作記憶模式,前額葉處理資訊的能力稱為「短期工作記憶」,而處理完有意義、能被記住的內容則是「長期記憶」。

你可能會好奇「那記憶能被延長嗎」?只要透過反覆背誦、重覆操作等練習,我們就有機會將短期記憶轉化為長期記憶了。

要是能有超大記憶容量就好了!

比如當我們在接聽客戶電話時,對方報出電話號碼、交辦待辦事項,從接收訊息、形成短暫記憶到資訊篩選方便後續處理,整個大腦記憶組織海馬迴區的運作,如果用電腦儲存區來類比,「短期記憶」就像隨機存取記憶體 RAM,能有效且短暫的儲存資訊,而「長期記憶」就是硬碟等儲存裝置。

從上一段記憶的形成過程,可以得出記憶與認知、注意力有關,甚至可以透過刻意練習、習慣養成和一些利用大腦特性的記憶法來輔助學習,並強化和延長記憶力。

雖然人的記憶可以被延長、認知可以被提高,但當日常生活和工作上,需要被運算處理以及被記憶理解的事物越來越多、越來越複雜,並且需要被快速、大量地提取使用時,那就不只是記憶力的問題,而是與資訊取用速度、條理梳理、記憶容量有關了!

日常生活中需要處理的事務越來越多,那就不只是記憶力的問題,而是有關記憶力容量的問題了……。圖/GIPHY

再加上短期記憶會隨著年齡增加明顯衰減,這時我們更需要借助一些外部「儲存裝置」來幫我們記住、保存更多更複雜的資訊!

美光推出高規格新一代快閃記憶體,滿足以數據為中心的工作負載

4K 影片、高清晰品質照片、大量數據、程式代碼、工作報告……在這個數據量大爆炸的時代,誰能解決消費者最大的儲存困擾,並滿足最快的資料存取速度,就能佔有這塊前景看好的市場!

全球第四大半導體公司—美光科技又領先群雄一步!除了推出 232 層 3D NAND 外,業界先進的 1α DRAM 製程節點可是正港 MIT,在台灣一條龍進行研發、製造、封裝。日前更宣布推出業界最先進的 1β DRAM,並預計明年於台灣量產喔! 

美光不久前宣布量產具備業界多層數、高儲存密度、高性能且小尺寸的 232 層 3D NAND Flash,能提供從終端使用者到雲端間大部分數據密集型應用最佳支援。 

美光技術與產品執行副總裁 Scott DeBoer 表示,美光 232 層 3D NAND Flash 快閃記憶體為儲存裝置創新的分水嶺,涵蓋諸多層面創新,像是使用最新六平面技術,讓高達 232 層的 3D NAND 就像立體停車場,能多層垂直堆疊記憶體顆粒,解決 2D NAND 快閃記憶體帶來的限制;如同一個收納達人,能在最小的空間裡,收納最多的東西。

藉由提高密度,縮小封裝尺寸,美光 232 層 3D NAND 只要 1.1 x 1.3 的大小,就能把資料盡收其中。此外,美光 232 層 NAND 存取速度達業界最快的 2.4GB/s,搭配每個平面數條獨立字元線,好比六層樓高的高速公路又擁有多條獨立運行的車道,能緩解雍塞,減少讀寫壽命間的衝突,提高系統服務品質。

結語

等真正能在大腦植入像伊隆‧馬斯克提出的「Neuralink」腦機介面晶片,讓大腦與虛擬世界溝通,屆時世界對資訊讀取、儲存方式可能又會有所不同了。

但在這之前,我們可以更靈活地的運用現有的電腦設備,搭配高密度、高性能、小尺寸的美光 232 層 NAND 來協助、應付日常生活上多功需求和高效能作業。

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參考資料

  1. https://pansci.asia/archives/101764
  2. 短期記憶與機制
  3. 感覺記憶、短期記憶、長期記憶  
  4. 注意力不集中?「利他能」真能提神變聰明嗎?

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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

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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

上網搜尋,種一棵樹

安裝一個簡單的應用程式,

就可以在你每次上網搜尋時種一棵樹。

——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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褐色北極圈,植物正快速枯竭
Else Production
・2022/02/10 ・2516字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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假如北極圈能生長出更多的植物,相信沒有人會認為這是一件可喜可賀的事情。因為這直接證明了全球暖化日益嚴重,令北極圈不再寸草不生,給了當地動植物一個「溫暖」的家。但假如我告訴你:現在北極圈的植物枯萎速度快了,你的第一反應可能認為這是一個天大喜訊,好像氣溫下降了、生長環境極端了才有這個現象,但事實是否是這樣?

破解迷思:植物在北極圈的存在

其實一直以來,北極圈都有一點點的植物,當中包括常見的杜鵑花科、十字花科等,一般都會在當地的夏季生長及開花,只是大多都只是一些非常低矮的灌木、地衣及苔蘚等,而正常的樹木則難以生長出來。至於學界經常探討的 Arctic Greening(綠化)和 Arctic Browning(棕化),計算的是他們生長的比率、覆蓋率以及生理週期的長短,藉此研究對地球的影響。

簡單來說,北極圈綠化是指植被不斷增加,而棕化則是植物出現枯萎或死亡的跡象。科學家會透過每年的衛星圖像,計算北極圈的 NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,即常態化差值植生指標,當中透過紅光與近紅外光的反射情況顯示出植物生長、生態系的活力與生產力等資訊)。

葉綠素對近紅外光會大量反射,以及對紅光光譜區之太陽光會大量吸收;因此 NDVI 數值愈高代表該地區反射紅外光的能力愈強,亦表示該地區植物生長會更健康及茂盛。反之,植物的植被葉片如果出現紅色、黃色、褐色等變化,NDVI 的數值便會降低。從下圖我們可以清晰看見,北極凍土帶大部份地方都有綠化的情況,而在格陵蘭、美國阿拉斯加以及俄羅斯則有棕化的情況。當中只有格陵蘭的地方亦保持純白色,即是全年均是冰川,其他地方都已經淪陷了。

北極凍土帶的植被變化。圖/美國國家海洋及大氣管理局

棕化與極端天氣的關係

上述的數據在每年夏天取得,這意味著植物的枯萎來得比正常週期快,而這絕非一個好兆頭。英國謝菲爾德大學(University of Sheffield)教授 Gareth Phoenix 及研究人員 Rachael Treharne 指出,由於受到極端天氣的影響,北極圈在冬天中段亦有一段回暖的日子,令植物表層的雪層融化而提早發芽,而當植物暴露在陽光下,它們的抗寒能力便會大大減低,而當暖風已過、回歸寒冬時,便令它們冷不提防的情況下被殺個措手不及。

另一個原因則是極端天氣引致的霜凍。由於空氣溫度突然下降,植物儲存的水份會脫水結冰,但土壤仍然處於冰封的狀態,令它們無法從泥土中補充所需要的水份而提早枯萎,形成大範圍的褐色現象。

除了北極圈的氣候變化之外,昆蟲入侵亦加劇了棕化現象。隨著冬天和夏天的溫暖,食葉昆蟲能茁壯成長並進入北極圈,令灌木落葉更為嚴重。其中一個例子便是冬蛾(O.brumata)在北歐地區爆發性增長。蛾卵會在 -30°C 左右死亡,但近年的蛾卵卻能在冬季存活並提早孵化,結果令當地白樺林大規模落葉,面積接近一萬平方公里,生態系統受到不能逆轉的干擾。

棕化現象。圖/Wikipedia

棕化對大自然及人類的影響

棕化最直接且最重要的影響便是加劇全球暖化。隨著植物枯萎,它們吸收人類排放的二氧化碳並進行光合作用的能力則會「大幅減少」,也讓北極圈更熱並令棕化問題更嚴重,形成惡性循環。

慈濟大學生命科學系助理教授葉綠舒指出[7],當大氣中二氧化碳濃度節節上昇時,寒帶森林植物生長速度會比熱帶森林高出四倍以上,因此在大自然中,寒帶森林植物在全球暖化下本應肩負著吸收更多碳的責任。然而,寒帶森林出現棕化現象後,卻讓光合作用的能力大打折扣。

此外,當植被範圍棕化並減少時,植物便失去了遮擋陽光的作用,令冰面更容易蒸發,加速冰川融化並帶來更多極端天氣。

據國家地理雜誌的數據[6],大氣中的 CO2 濃度至少在過去 80 萬年中一直介於 180 到 290 ppm 之間,但在 2019 年 9 月卻錄得 412 ppm的濃度,並以每年 2ppm 的速率上升,這項數據間接證明了大自然中二氧化碳濃度不平衝,專家預測未來可能會衍生出其他問題,包括中緯度地區的乾旱。

這些極端天氣也為生活在北極圈的人民帶來各種社會上的災難。在挪威的朗伊爾城,由於氣溫上升,當地降雪量因為融雪情況而大大增加,引發多次雪崩報告,除了破壞民居,雪崩也堵塞了當地的主要幹道及天橋,並影響航班升降,嚴重影響運輸業、旅遊業及貨物進出口。此外,隨著降雪量上升,天線也遭受破壞,不只令機場等依賴信號系統的設施停擺,積雪亦使人民無法正常通勤。

自然界生物鏈亦會因為棕化而受到牽連。植物本身是陸地食物網中重要一環,棕化現象會令很多食草動物如馴鹿等失去食物。此外,全球暖化也會影響候鳥遷徙,假如種子無法在北極圈等地方散播,再加上棕化現象更會嚴重影響當地的食物鏈,令當地的稀有動物有絕種的危機。

當然,由於棕化現象經常出現在科學家難以到達的區域,我們仍未完全了解棕化形成的原因及情況,但隨著科技進步,我們寄望未來衛星能拍攝更高解析度的影像,讓科學家掌握更多有關棕化的數據以作研究。

延伸閱讀

參考資料

  1. Hansen, B. B., Isaksen, K., Benestad, R. E., Kohler, J., Pedersen, Å. Ø., Loe, L. E., Coulson, S. J., Larsen, J. O., & Varpe, Ø. (2014). Warmer and wetter winters: Characteristics and implications of an extreme weather event in the High Arctic. Environmental Research Letters, 9(11), 114021.  
  2. Hoag, H. (2019, August 8). Climate change made the arctic greener. now parts of it are turning brown. Science News. Retrieved January 17, 2022  
  3. From Doris Friedrich. (2018, December 21). Arctic browning: An overlooked threat that might accelerate climate change. High North News. Retrieved January 17, 2022 
  4. Tundra Greenness. Arctic Program. (n.d.). Retrieved January 17, 2022  
  5. Sheffield, T. U. of. (2019, September 19). Turning the Arctic Brown. Eos. Retrieved January 17, 2022  
  6. 氣候暖化促進了植物成長,但也讓地球變得更「渴」. 國家地理雜誌中文網. (n.d.). Retrieved January 17, 2022  
  7. Press, C. (2018, July 12). 二氧化碳多,植物就會長得快嗎?. CASE報科學. Retrieved February 11, 2022

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Else Production
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馬朗生,見習地球物理工程師,英國材料與礦冶學會成員,主力擔任海上測量工作,包括海床勘探、泥土分析、聲波探測等。