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公曆農曆對照
氣候變化

氣候變化小百科


 
 
 

 

米蘭科維奇循環

塞爾維亞天文學家米盧廷.米蘭科維奇在二十世紀初提出地球圍繞太陽運行時的三個軌跡幾何參數會影響地球冰河時期的始末興衰。第一個參數是地球環繞太陽公轉軌跡的形狀,軌跡有時較接近圓形,但有時卻呈橢圓形,而這個參數的變化週期約為100,000年。軌跡的改變會影響在不同季節抵達地球的太陽能量。

圖一

圖一   左:圓形軌道;右:橢圓軌道(來源:美國太空總署)

  

第二個參數是地球自轉軸心的傾斜角度,它會在22.1度至24.5度之間變化,週期約為40,000年。這個參數的變化不會改變抵達地球的太陽能量,但會影響日照在不同緯度的分佈。

圖二

圖二   地球自轉軸傾斜角度的變化(來源:美國太空總署)

  

最後一個參數是地球自轉軸心的進動,亦即地球軸心的搖晃,變化週期約為26,000年。地球軸心的搖晃同樣會影響日照在不同緯度的分佈。

圖三

圖三   地球自轉軸的進動(來源:美國太空總署)

  

米蘭科維奇認為這三個參數對抵達北半球高緯度地區的日照影響至為重要,因為地球大部份的冰雪面都集中在這些地區,而冰雪面的變化可以引致一些「正回饋」作用。舉例當北半球高緯度地區所接收的日照減少,夏季的升溫不足以融化上一個冬季的冰雪,全年整體的冰雪便會增長,把更多的陽光反射回太空,減少地球接收到的熱力,幫助冰雪進一步增加,造成惡性循環。年復一年的冰雪增長最終會把地球推進冰河時期。

經過科學家的反覆檢視,米蘭科維奇的理論終於在二十世紀後期獲得接納。

  

 

南極洲西部的冰川融解已不能遏止?

2014年5月有科學家聲稱南極洲西部阿蒙森海區域的冰川流失已走上了不歸路(見網誌「走上不歸路」),換句話說冰川最終會全部融化。

這些備受關注的冰川的基岩位於海平面以下,冰川流過接地線後便成為浮在海水上的冰架。研究人員分析過去二十年的衛星數據,發現這些冰川的接地線正迅速地往內陸方向後撤,原因可能與浮冰下較暖的洋流有關。由於冰川基岩在海平面以下,並且往內陸向下傾斜,隨著接地線後撤,較暖洋流得寸進尺,冰層更容易受到侵蝕。通常往外流失到海洋的冰會隨著接地線上冰層的厚度而增加。而這裡接地線上的冰層厚度正是隨著前者後撤而增加,意味著有更多冰流向海洋。唯一可以打破接地線後撤和冰川流失的惡性循環,是在基岩某一點出現高聳的阻擋地勢,但可惜這也是南極洲西部地貌所欠缺的天然屏障。

  

陸地上的冰蓋流向海洋。(來源:IPCC)

  

 

科學家是如何重構過去數萬年的氣溫呢?

隨着雪在兩極地區一年復一年的累積,表面的積雪會漸漸被新降下的雪所掩蓋,並壓成固態的冰,故此冰蓋底層的冰較表面的古老。從格陵蘭和南極冰蓋中鑽探出來的冰芯內,有能夠估計過去地球氣溫的替代數據。

自然存在的氧(O)主要有兩種(化學上稱為同位素),一是有八顆質子和八顆中子的O16,另一是有八顆質子和十顆中子的O18。O16的重量比O18輕且較常見,兩種氧同位素都能與兩顆氫原子合成水分子(H2O)。O18與O16的比例在溫暖氣候時段會較高,因為有更多的能量去蒸發含O18較重的水份子,它們隨著大氣環流抵達極區並凝結成雪降下。在較冷的氣候裏,會有較少含較重O18的水份子能被蒸發,其中很多會在抵達極區前便凝結成雨或雪降下,能夠抵達極區的就更少了。因此,科學家從冰芯內的O18與O16的比例便可大約知道地球過去的氣溫情況。

有很多方法為冰芯定年。最直接的方法是數算O18與O16比例的年際變化(在夏季時稍高而在冬季較低)。另一個有用的方法是從其他氣候記錄中(例如樹木年輪和沉積記錄等),辨認出一些特別的事件(例如火山爆發),利用這些事件以校正冰芯記錄的時間尺度,從而重建出過去數萬年的氣溫時間序列。

  

參考

Petit, J.R., D. Raynaud, C. Lorius, J. Jouzel, G. Delaygue, N.I. Barkov, and V.M. Kotlyakov. 2000: Historical isotopic temperature record from the Vostok ice core. In Trends: A Compendium of Data on Global Change. Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, U.S. Department of Energy, Oak Ridge, Tenn., U.S.A. doi: 10.3334/CDIAC/cli.006

Australian Antarctic Division, Ice Cores
http://www.antarctica.gov.au/about-antarctica/fact-files/climate-change/ice-cores

  

一位科學家正測量冰芯 (來源: NASA A global change master directory portal)

  

從南極Vostok站鑽探到的冰芯所重構的溫度時間序列。溫度的變化是相對於南極現時的表面溫度-55.5oC。 (來源: Petit et al., 2000)

  

 

什麼是中世紀暖期?

中世紀暖期(Medieval Warm Period)一般是指大約在公元900至1300年在北半球一些地區(例如北大西洋、格陵蘭南部、歐亞大陸的北極地區和北美部分地區)的溫暖時期。由於缺乏公元1600年以前的數據,中世紀暖期的確實持續時間、溫暖地區的分佈範圍,以及它是否一個全球現象仍在研究當中。聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)的第四份評估報告和最近一些研究指出,現時仍沒有充分的證據支持中世紀暖期的整體溫度能與20世紀相比。根據 IPCC第四份評估報告,在20世紀後期的變暖遍及全球,而20世紀後期的北半球平均溫度很可能是在過去1300年中最高的。

中世紀暖期和20世紀後期的變暖原因也截然不同。中世紀暖期主要由自然因素引起,例如太陽活動和火山活動。然而,正如IPCC第四份評估報告指出,20世紀的變暖很有可能是由人類活動造成大氣中溫室氣體濃度增加所引致的。

  

各顏色線分別代表12種氣候代用記錄(樹木年輪、鑽孔、冰芯/冰鑽孔等)所重建過去1300年的北半球溫度變化記錄,而黑色線則是利用儀器記錄的溫度變化資料。 (來源: IPCC第四份評估報告,第一工作組,圖6.10)

  

參考:

IPCC AR 4, Working Group I, 2007: Chapter 6: Palaeoclimate.

Mann, M. E., Z. Zhang, S. Rutherford, R.S. Bradley, M.K. Hughes, D. Shindell, C. Ammann, G. Faluvegi and F. Ni, 2009 : Global Signatures and Dynamical Origins of the Little Ice Age and Medieval Climate Anomaly. Science, 326, 1256-1260.

P. A. Stott, S. F. B. Tett, G. S. Jones, M. R. Allen, J. F. B. Mitchell, and G. J. Jenkins, 2000 : External Control of 20th century temperature by natural and anthropogenic forcings. Science, 290, 2133-2137.

National Research Council (U.S.), Committee on Surface Temperature Reconstructions for the Last 2,000 Years, 2006 : Surface temperature reconstructions for the last 2,000 years, National Academies Press, ISBN 9780309102254.

Koch J. and J. J. Clague, 2011: Extensive glaciers in northwest North America during Medieval time. Climatic Change, 107, 593-613.

  

 

「天氣」與「氣候」有什麼不同?

雖然「天氣」與「氣候」同樣是形容大氣狀態的名詞,但它們所描述的時間尺度有很大分別。 「天氣」是指一個地區瞬時或較短時間內(幾小時到幾天)的大氣綜合狀態(包括風速、雲量、溫度、降雨、氣壓等氣象要素)。 「氣候」是指一個地區在一段較長時期裏的平均氣象狀況及變化特徵。簡單來說,「氣候」可以解作“平均的天氣”。根據世界氣象組織(WMO)的定義,用作氣候統計的參考年期為不少於30年。

有關香港的氣候特徵及資料,可瀏覽以下天文台的「氣候資料服務」網頁:

http://www.weather.gov.hk/cis/climat_c.htm

 

 

什麼是氣候變化?

根據政府間氣候變化專門委員會(IPCC),氣候變化是指氣候隨時間的任何變化,無論其原因是自然變率,還是人類活動的結果。這有別於聯合國氣候變化框架公約(UNFCCC)中的用法。在公約中,氣候變化是指直接或間接歸因於改變全球大氣成分的人類活動,所引起的氣候變化,這種變化是疊加在同期觀測到的氣候自然變率之上的。

 

 

IPCC是甚麼?

IPCC是政府間氣候變化專門委員會(Intergovernmental Panel on Climate Change)的英文簡稱,它是世界氣象組織(WMO)和聯合國環境規劃署(UNEP)底下的一個科學組織,專責評估人類活動引致氣候變化所帶來的風險。氣候變化是一個非常複雜的課題,決策者需要多方面的客觀資訊,包括氣候變化的成因,對環境、社會和經濟的潛在影響,以及應對這些影響的調適和減緩方案。這是1988年成立IPCC作為氣候變化權威機構的主要原因。

IPCC的主要工作是定期編寫評估報告。1990年發表的第一份評估報告對《聯合國氣候變化框架公約》的確立發揮了決定性的作用。1995年發表的第二份報告為《京都議定書》的談判提供了重要參考資料。2001年發表的第三份評估報告和多份特別報告為《聯合國氣候變化框架公約》及《京都議定書》的發展提供了相關資訊。2007年發表的第四份評估報告確認全球氣候暖化是無庸置疑的。2013年發表的第五份評估報告除了重申這個結論外,更指出人類的影響極有可能是自20世紀中期以來所觀測到的暖化現象之主要原因。

相關連結:

政府間氣候變化專門委員會

《聯合國氣候變化框架公約》

《京都議定書》

聯合國與氣候變化

 

 

 

 

人類活動如何引起氣候變化?

自18世紀開始,經濟及工業活動急速發展,人類大量耗用地球上的能源和資源,尤其是燃燒會釋放大量溫室氣體的化石燃料。大氣中人為溫室氣體濃度增加,引致溫室效應增強,並帶來全球變暖。人類對氣候的影響已超過了其他自然因素,例如太陽和火山活動。

人類活動所產生的主要溫室氣體包括二氧化碳、甲烷和氧化亞氮,它們會在大氣中逗留數十年甚至多個世紀,暖化氣候的作用及其影響是深遠的。正因如此,很多科學家及政策決策者都認為全球變暖是人類現在及未來都要面對的最嚴重問題。

三大人為溫室氣體

排名

溫室氣體

主要人為排放源

1

二氧化碳 (CO2)

使用化石燃料及土地利用變化

2

甲烷 (CH4)

農業活動及使用化石燃料

3

氧化亞氮 (N2O)

農業活動

 

 

0-2005年主要人為溫室氣體(包括二氧化碳、甲烷和氧化亞氮) 在大氣中的濃度  (來源:IPCC, 2007)

 

 

極端天氣事件是否越來越多?

 

 

在全球氣候變暖的背景下,為什麼在某些地區間中仍出現雪災和嚴寒天氣?

在某地某時(例如:一星期或一個月)出現的寒冷天氣事件只是天氣,並不是氣候。全球氣候變暖是指在自然的氣候變率下,自20世紀因人類活動造成的長期全球平均氣溫上升情況。雪災和嚴寒天氣是在全球升溫背景下的極端氣候事件。這些事件是自然氣候變率的一部分,並不會因全球氣候變暖而不再發生。不過,全球氣候變暖在過去數十年間減低了嚴寒天氣出現的頻率。如果全球升溫持續,嚴寒天氣出現的頻率會繼續減少。

 

 

能用自然因素解釋20世紀的變暖嗎?

請參閱以下網誌:

沉寂的太陽可會遏止地球暖化?
不斷伸延的曲棍球球棍
火山、天氣與氣候

 

 

海洋也在變暖嗎?

人類活動令大氣中溫室氣體濃度上升,引致溫室效應增強,令整個地球累積額外的熱能。大部份額外的熱能都進入了海洋。暖化並不局限於海洋表面,觀測數據顯示從海洋表面到2000米以下亦有暖化跡象。海洋暖化的一個直接後果是海平面高度上升。根據政府間氣候變化專門委員會 (IPCC) 第五份評估報告,在1993至2010年間,海水受熱膨脹對全球平均海平面上升的貢獻是每年約1.1毫米。

  

 

由不同觀測資料得出的全球海面温度距平 (相對於1961-1990年) (來源:IPCC, 2013)

 

 

什麼是「兩度目標」?

歐盟(European Union)於1996年根據政府間氣候變化專門委員會第二次評估報告書(1995)中的影響評估報告,首次提出「兩度目標」這個概念。歐盟在1996年於盧森堡舉行的第1939次會議中指出,假如能將全球表面平均氣溫維持在不超過工業革命前2℃或以下的水平,便能避免人類及自然生態系統因氣候變化而遭到嚴重衝擊。在1990-2000年時,全球平均氣溫已較工業革命前(1750年代或1850年代)高約0.6℃,亦即是說離開「兩度目標」只剩下1.4℃的空間。

「兩度目標」後來被一些國家所採用,而且這目標也被很多研究學者、綠色組織及機構視作為全球暖化的可接受上限。

關於歐盟「兩度目標」更多的資料可到以下網站瀏覽:
http://ec.europa.eu/environment/climat/pdf/brochure_2c.pdf (只有英文版本)

 

什麼是溫鹽環流?

溫鹽環流是大尺度的海洋環流,由溫度和含鹽度的差異所致,也受風力和潮水所推動。在北大西洋,溫鹽環流的表面暖水向北流動,而深海冷水向南流動 (見附圖),造成淨熱量從熱帶向北輸送,為歐洲高緯地區送暖。

有人擔心與氣候變化相關的降雨增加和陸上冰雪融化可能會令到海洋的含鹽度改變,使溫鹽環流減慢,甚至停止。直至20世紀末,部分大西洋溫鹽環流顯示出很大的年代際變化,但是從觀測資料上看不出它的強度有一致的變化趨勢。根據政府間氣候變化專門委員會的第四份評估報告,預料在21世紀,大西洋的溫鹽環流很有可能減慢,但不大可能出現突變。

  

 

輸送洋流的簡化示意圖(源自:氣候變化2001-綜合報告, IPCC)

 

氣候變化與極端降雨事件:兩者是否有關連?

雖然個別極端降雨事件不能單單歸因於氣候變化,但有科學研究指出,長期來看,氣候變化有可能影響極端降雨事件的發生頻率。這是由於人為的溫室氣體使對流層暖化,令大氣的持水量增加,並可能加速水循環和使大氣的不穩定性上升。一個較不穩定和持水量較高的大氣會為強降雨事件發生提供有利的條件。

除此以外,一些研究指出城巿化效應也可能是令巿區出現較大雨的部分原因。這是因為城市熱島效應加強了城市地區的對流活動,同時城市化令城巿地面粗糙度增加,使風暴的移動速度減慢。而且各種城市活動增加了空氣懸浮粒子濃度,令雨雲更容易形成並發展。

本港方面,一項極端降雨事件的研究顯示,過去120多年以來在香港發生的大雨事件頻率有所增加。

 

參考資料:

Weather extremes in a changing climate: Hindsight on Foresight, World Meteorological Organization, WMO-No. 1075, 2011

Min, S.K., X. Zhang, F.W. Zwiers and G.C. Hegerl, Human contribution to more-intense precipitation extremes, Nature 470, 378–381, 2011

Allan, R. P. and B. J. Soden, Atmospheric warming and the amplification of precipitation extremes, Science 321, 1481–1484, 2008

IPCC AR 4, WG1, Chapter 3, Section 3.4.2.1 : Surface and Lower-Tropospheric Water Vapour, page 272-273, 2007

Shepherd, J. M., H. Pierce, A. J. Negri, Rainfall modification by major urban areas: observations from spaceborne rain radar on the TRMM satellite, J. Appl. Meteor. 41, 689-701, 2002

Cao, K., Z. Ge, M. Xue and Y. Song, Analysis of Urban Rain Island Effect in Shanghai and Its Changing Trend, Water Resources and Power 27 (5), page 31-33, 54, 2009

Wong, M.C., H.Y. Mok and T.C. Lee, Observed Changes in Extreme Weather Indices in Hong Kong, Int. J. Climatol., October 2010, DOI: 10.1002/joc.2238, HKO Reprint No. 941

附註 : 降水泛指降雨、降雪及其它由雲降下的固態或液態水。

 

火山比人類活動釋放更多二氧化碳嗎?

由火山釋放到大氣的二氧化碳,是造成古氣候變化的自然因素之一。然而,各項研究顯示在過去一個世紀每年由人類活動排放的二氧化碳重量,遠遠超過由陸地和海底火山所釋放的總和。在2010年由人類活動引起的二氧化碳排放量估計約為 350億噸,是全球火山二氧化碳估計排放量(約每年2.6億噸)的100倍以上。

參考:

U.S. Geological Survey, Volcanic Gases and Climate Change Overview.

Gerlach, T., 2011 : Volcanic versus anthropogenic carbon dioxide. EOS, Transactions, American Geophysical Union, 92(24), 201-208.

 

什麼是碳循環?

 

 

 

 

 

 

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