【專欄】氣候變化:事實還是虛構?

民報新聞

無論人類在地球上的位置如何,所有人類都會在有生之年經歷氣候變異和變化。最熟悉和可預測的現象是季節性週期,人們調整他們的服裝,戶外活動,恒溫器(溫控器)和農業實踐。然而,沒有兩個夏天或冬天是完全相同的地方,有些比其他地方更溫暖、更潮濕或更猛烈。氣候的這種年際變化是燃料價格、作物產量、道路維護預算和野火危害逐年變化的部分原因。

氣候變化和變化也可能在較長時期內發生,例如幾十年。一些地方經歷了多年的乾旱、洪水或其他惡劣條件。這種氣候的分年變化對人類活動和規劃提出了挑戰。例如,多年乾旱會擾亂供水,導致作物歉收,並導致經濟和社會混亂,如1930年代北美中部大陸的「大塵暴(Dust Bowl)」乾旱。多年乾旱甚至可能導致大範圍的饑餓,如1970年代和80年代發生在北非的薩赫勒(Sahel)乾旱。薩赫爾是非洲北部撒哈拉沙漠和中部蘇丹草原地區之間的一條總長超過5,400公里、最寬可達1,000公里的地帶。

季節性變化

地球上的每個地方都經歷氣候的季節性變化。這種迴圈變化是由太陽輻射供應到地球大氣和表面的季節性變化所推動的。地球繞太陽的軌道是橢圓形的,它靠近太陽(1.47億公里)靠近冬至,距離太陽(1.52億公里)更靠近北半球的夏至。此外,地球的自轉軸相對於其軌道以傾斜角度(23.5°)發生。因此,每個半球在冬季都向太陽傾斜,在夏季向太陽傾斜。當一個半球向遠離太陽時,它接收的太陽輻射比另一個半球要少,而此時的太陽光指向太陽。因此,儘管太陽在冬至時離太陽更近,但北半球在冬季受到的太陽輻射比夏季要少。也是由於傾斜,當北半球經歷冬天,南半球經歷夏天。

年際氣候變化

年際氣候變化,包括乾旱、洪水和其他事件,是由一系列複雜的因素和地球系統相互作用引起的。在這些變化中發揮作用的一個重要特徵是熱帶太平洋區域大氣和海洋環流模式的週期性變化,統稱為厄爾尼諾(El Niño)和南方濤動(ENSO)變化。雖然其主要氣候影響集中在熱帶太平洋,但ENSO的級聯效應,往往延伸到大西洋區域、歐洲和亞洲內陸以及極地地區。這些影響稱為遠端連線,是因為太平洋區域低緯度大氣環流模式的變化,影響了鄰近和下游系統的大氣環流。因此,風暴軌道被改道,大氣壓力脊(高壓區域)和槽(低壓區)從通常的模式中移位。

例如,當熱帶太平洋的東風減弱或相反時,就會發生厄爾尼諾現象。這關閉了南美洲西海岸深冷海水的向上流,使東太平洋變暖,並逆轉了西太平洋的大氣壓力梯度。因此,地表的空氣從澳大利亞和印尼向東移動,向太平洋中部和美洲移動。這些變化導致秘魯,通常乾旱的沿海地區出現強降雨和山洪暴發,澳大利亞北部和印尼,通常潮濕的地區也發生嚴重乾旱。特別嚴重的厄爾尼諾現象,導致印度洋區域季風失敗,導致印度和東非發生嚴重乾旱。同時,西部和風暴軌道向赤道移動,使加利福尼亞和美國西南部的沙漠出現潮濕、暴風雨的冬季天氣,並導致太平洋西北地方的冬季條件,這些天氣通常是潮濕的,變得更溫暖。西風的流離失所還導致,中國北部和巴西東北部通過委內瑞拉的大部分地區發生乾旱。歷史文獻、樹環和珊瑚礁珊瑚的ENSO變化的長期記錄表明,厄爾尼諾現象平均每二到七年發生一次。但是,這些事件的頻率和強度會隨時間而變化。

北大西洋濤動(North Atlantic Oscillation,NAO)是年際振盪的另一個例子,它產生重要的氣候效應,在地球系統內產生,並可能影響整個北半球的氣候。造成這種現象的結果是壓力梯度的變化,或通常位於亞速爾群島和直布羅陀之間的亞熱帶高氣壓與冰島和格陵蘭之間以冰島低點為中心的低氣壓之間的差異。當由於強烈的亞熱帶高和深冰島低(正相)的壓力梯度陡峭時,北歐和亞洲北部經歷溫暖潮濕的冬季,頻繁的強冬季風暴。與此同時,南歐是乾燥的。美國東部在NAO積極階段也經歷了溫暖、少下雪的冬季,儘管其影響不如歐洲。當NAO處於負模式時,壓力梯度會受到抑制,也就是說,當存在弱的亞熱帶高和冰島低時存在較弱的壓力梯度時。當這種情況發生時,地中海地區冬季降雨量充沛,而北歐則寒冷乾燥。在負NAO階段,美國東部通常更冷、下更多雪。

ENSO 和 NAO 週期由海洋和大氣之間的回饋和相互作用驅動。年際氣候變化是由這些週期和其他週期、週期之間的相互作用和地球系統中的擾動(如火山噴發大量注入氣溶膠引起的)所推動的。1991年菲律賓皮納圖博(Mount Pinatubo)火山爆發,導致次年夏天全球平均氣溫下降約0.5 °C(0.9 °F)。

十年際氣候變化

氣候在十年時間規模上有所不同,多年聚集的潮濕、乾燥、涼爽或溫暖條件。這些多年集群對人類活動和福利有重大影響。例如,16世紀後期的三年嚴重乾旱可能導致北卡羅來納州羅阿諾克島(Roanoke Island)的「失落的殖民地」(Lost Colony)遭到破壞,隨後的七年乾旱(1606–12 年)導致高死亡率。此外,一些學者還把持續和嚴重的乾旱作為西元750年至950年間中美洲瑪雅(Maya)文明崩潰的主要原因。然而,21世紀初的發現表明,與戰爭有關的貿易中斷起到了一定作用,可能與饑荒和其他與乾旱相關的壓力相互作用。

最近的研究表明,氣候的十年規模變化是海洋和大氣相互作用的結果。其中一種變化是太平洋十年振盪(Pacific Decadal Oscillation,PDO),也稱為太平洋十年可變性(Pacific Decadal Variability,PDV),它涉及北太平洋海面溫度的變化。SST(Sea Surface Temperature)影響阿留申低(Aleutian Low)的強度和位置,進而嚴重影響北美太平洋沿岸的降水模式。

類似的振盪,大西洋十年振盪(Atlantic Multidecadal Oscillation,AMO),發生在北大西洋,並嚴重影響北美東部和中部的降水模式。AMO與PDO相互作用,並且都以複雜的方式與年際變化(如ENSO和NAO)相互作用。這種相互作用可能導致乾旱、洪水或其他氣候異常的擴大。

地球的氣候系統是由太陽輻射驅動的,氣候的季節性差異最終是由地球軌道的季節變化造成的。大氣中的空氣和海洋中的水的迴圈對來自太陽的可用能量的季節性變化作出反應。地球表面任何給定位置發生的特定氣候的季節性變化,主要是由來自太陽的能量轉移造成的。大氣和海洋環流。夏季和冬季之間發生表面加熱的差異導致風暴軌跡和壓力中心改變位置和強度。這些加熱差異還導致雲量、降水和風的季節性變化。生物圈(特別是植被)和低溫圈(冰川、海冰、雪原)的季節性反應也影響大氣環流和氣候。落葉樹進入冬季休眠狀態時,落葉樹的落葉增加地球表面的反光率(反射率),並可能導致更大的局部和區域冷卻。同樣,積雪堆積也增加了陸地表面的變熱,並經常放大冬季的影響。

百年規模變化

歷史記錄和代理記錄(特別是樹環、珊瑚和冰芯)表明,在過去 1,000 年中,氣候在百年規模上發生了變化,也就是說,沒有兩個世紀是完全一樣的。在過去150年中,地球系統經歷了一個叫做小冰河時期的時期,在北大西洋地區和其他地方,其特點是溫度相對較低。特別是20世紀,許多地區出現了大量變暖的格局。其中一些變暖,可能是由於小冰河時代或其他自然原因的過渡造成的。然而,許多氣候科學家認為,20世紀氣候變暖的大部分時間,特別是在後幾十年,是由於大氣中溫室氣體(特別是二氧化碳)的積累造成的。

小冰河時代之前,北歐和中歐的時期相對溫和。這個間隔,被稱為中世紀溫暖時期,發生在大約西元1000年至13世紀上半葉。溫和的夏季和冬季導致歐洲大部分地區獲得豐收。小麥種植和葡萄園在比今天高得多的緯度和海拔地區蓬勃發展。冰島和格陵蘭的北歐殖民地繁榮昌盛,挪威各方在拉布拉多和紐芬蘭海岸捕魚、狩獵和探索。中世紀的溫暖(The Medieval Warm)時期在北大西洋地區的大部分地區都有詳細的記錄,包括來自格陵蘭的冰芯。和小冰河時代一樣,這一次既不是氣候均勻的時期,也不是世界各地氣溫均勻溫暖的時期。在此期間,全球其他地區缺乏高溫的證據。

在11世紀和14世紀之間發生的一系列嚴重乾旱,人們繼續關注許多科學問題。這些乾旱,每一次跨越幾十年,在北美西部的樹環記錄和大湖地區的泥炭地記錄中都有詳細的記錄。這些記錄似乎與太平洋和大西洋盆地的海洋溫度異常有關,但仍然不能充分理解。資料顯示,美國大部分地區容易遭受持續乾旱,對水資源和農業造成毀滅性打擊。

千禧年和多千年變化

過去一千年的氣候變化與千禧年和更大時期的變化和趨勢疊加在一起。來自北美東部和歐洲的許多指標顯示,在過去 3,000 年中,冷卻增加和有效水分增加的趨勢。例如,在美加邊境的五大湖—聖勞倫斯地區,湖泊水位上升,泥炭地開發和擴大,愛滋潤的山毛櫸和鐵杉等愛潮濕的樹木向西擴展,北方樹木的數量增加,如雲杉和美洲落葉松增加和擴大向南。這些模式都表明有效水分增加的趨勢,這可能表明降水量增加。冷卻或兩者兼而有之,減少蒸發。模式不一定表示整體冷卻事件,可能發生更複雜的氣候變化。例如,在過去3000年中,在北美東部和西歐,山毛櫸向北擴展,雲杉向南延伸。山毛櫸的膨脹可能表示冬季較溫和或生長季節較長,而雲杉的擴張似乎與較涼爽、潮濕的夏季有關。古氣候學家正在應用各種方法和代理來説明識別新世時期季節性溫度和水分的變化。 專欄屬作者個人意見,文責歸屬作者,本報提供意見交流平台,不代表本報立場。