环境污染与全球气候变化的关系

人们都知道现代社会的环境污染，然而很少人去思考过它的严重程度，以及对我们和后代生活方式、生存环境的影响。最近，《科学》杂志连续4期以「地球的状况」 （State of the Planet）为题发表了多篇这一领域的学术论文；《自然》杂志也在12月4日有数篇这类文章，指出这一问题已迫在眉睫。

在 12月5日《科学》杂志上一篇题为「全球空气质量及污染」（Global Air Quality and Pollution）的文章中，日本科学家Hajime Akimoto研究了环境污染及现代交通工具对大气、农业、生态环境的严重影响。比如，气溶胶（Aerosols） 以及氮氧化物 （Nitrogen Oxide）是一些已知的污染因素。而且，亚洲地区的污染已经超过北美和欧洲。文章作者指出，很显然改善空气质量需要全球各国的努力。

发表在同一期《科学》杂志上题为「当代全球的气候变化」（Modern Global Climate Change」）是报导了美国「海洋及大气管理局」（ National Oceanic and Atmospheric Administration）科学家的研究成果。文章中指出，当代社会的气候变化主要是人类的行为引起的。具体来讲，石油及矿业的开采，能源的利用，土地的不合理使用，都会改变大气的成分。

报导中说，尽管人们对气候变化的研究有所进展，但还存在许多未知因素，比如气候变化的速度会有多快。这些未知因素使得科学家们尚无法预测气候变化对人类带来的后果到底有严重。

大气污染和全球气候变化还在加剧，这也意味著我们正在给人类未来的生存造成越来越大的难度。因此，如何面对和解决这一问题也就成了刻不容缓的事情。

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一、前言

自从有人类以来，为了求生存以及求更好的生存环境，人类不断向大自然争取生存空间，成为影响环境变迁的因素之一。人类居住越久、人口越多的地方，受到的影响也越大。当人口稀少、科技不发达，人类焚烧森林扩张耕地，对大自然的影响是区域性而且缓慢的。随著人口快速增加、科技不断突飞猛进，人类的影响不断加速而且扩大影响范围，假以时日演化成森林缩小、土壤流失、水污染、空气污染、降低生物的多样性、沙漠化,甚至可能导致全球气候变迁。

工业革命以来，人类大量地制造二氧化碳、氧化亚氮、甲烷、氟氯碳化物等温室气体。人类对大自然的影响不再只是局限於地表，而是扩张至大气，而且藉由大气的运动，将影响逐渐布及全球，大幅提高了全球暖化的可能性。科学家也因此惊觉到气候不只变幻莫测，更可能因人类的过度发展而发生更剧烈的变化。1980年代以来，全球平均气温迅速上升，不寻常的天气与气候现象频频发生频率，使得气候变迁突然成为世人瞩目的议题。

本文从科学的角度，讨论温室气体增加可能产生的气候变迁，预测气候变迁所面临的科学问题，以及我们应采取的态度。

二、温室效应

温室效应是一自然现象，自盘古开天以来，就存在於地球。如果地球没有大气，在辐射平衡状态下，地球表面的平均温度约为 -18° C，比目前地表的全球平均气温15° C低了许多。大气的存在使地表气温上升了约33° C，温室效应是造成此一温度差距的主要原因。地球大气中的许多气体几乎不吸收可见光，但专门吸收地球放射出去的辐射。这些气体，允许约50%的太阳辐射穿越大气为地表吸收，但却拦截几乎所有的地表及大气辐射出的能量，减少能量的损失，并且再将之放射出来，使得地表及对流层温度升高。大气放射出的辐射不但暖化地表温度，而且在夜晚继续放射，使地表不致於因缺乏太阳辐射而变得太冷。这些气体的影响类似农业用温室的暖化作用，因此称为温室气体，它们的影响则称为温室效应。温室效应不只发生在地球, 金星及火星的主要大气成份为二氧化碳。金星大气的温室效应高达523° C，火星大气太单薄，温室效应只有10° C。

地球大气的温室效应，创造了适合生物生存的环境。但是，如果大气中的温室气体含量过高，将拦截过多的地球辐射使得地表气温逐渐上升。自从欧洲工业革命以来，人类的工业活动大量使用化石燃料( fossil fuel，如煤、石油 )，制造了大量的二氧化碳，并将之排放至大气之中。在工业革命之前的一千年，大气中二氧化碳含量一直维持在约280ppmv( 亦即，一百万单位体积气体中含有280单位体积的二氧化碳，图1)。工业革命之后，二氧化碳含量迅速增加，1950年代之后，增加速率更快，到1995年浓度已达358ppmv。

从18世纪后叶至1990年代，二氧化碳含量增加了30%。这些增加量主要是来自燃烧化石燃料、水泥制造及土地利用。煤及石油中的炭在燃烧过程中被氧化成二氧化碳;石灰岩被制成水泥的过程中也产生二氧化碳;土地的开发利用不但减少了植物吸收二氧化碳的的量，也加速残枝败叶的腐坏而产生二氧化碳。我们现在所使用的煤大多是泥炭纪(三亿多年前)的树木因某种原因被掩埋在地层之中，逐渐形成的化石。三亿多年前植物吸收太阳辐射所遗留下来的能量，近代人类却在一、二百年之间就将之消耗殆尽。

除了二氧化碳，甲烷、氧化亚氮、氟氯碳化物( CFC )等皆因人类人口的增加、经济活动日趋活络，而迅速增加(图2)。比如，从工业革命之前到1994年， 甲烷含量由700ppbv (part per billion by volume,十亿分之一)增加到1721ppbv; 氧化亚氮由275ppbv增加到311ppbv。CFC为人造化学物质在1950年代才大量出现, 而后迅速增加。最近由於蒙特娄公约禁用氟氯碳化物, 其含量在1990年代已不再增加。

如果与二氧化碳相比，甲烷、氧化亚氮、氟氯碳化物的温室效应更高。比如， 一个甲烷分子的温室效应是一个二氧化碳分子的21倍，氧化亚氮为206倍，氟氯碳化物则为数千倍到一万多倍。不过由於二氧化碳含量远大於其他气体含量， 因此二氧化碳的温室效应仍是最大的。图3为1980到1990之间各种人造温室气体造成的大气中辐射增加量的比例。二氧化碳的效应占了55%，甲烷15%，氧化亚氮6%，氟氯碳化物则共占了24%。

上述的温室气体的另一个特性是它们在大气中停留的时间( 亦即, 生命期)相当的长。二氧化碳的生命期为50～200年，甲烷12～17年，氧化亚氮为120年，CFC-12为102年。这些气体一旦进入大气，几乎无法回收，只有靠自然的过程让它们逐渐消失。由於它们在大气中的长生命期，温室气体的影响是长久的而且是全球性的。从地球任何一角落排放至大气的二氧化碳分子，在它长达100年的生命期中，有机会遨游世界各地，影响各地的气候。即使，人类立刻停止所有的人造温室气体的排放，从工业革命之后，累积下来的温室气体仍将继续发挥它们的温室效应，影响地球的气候。

三、 温室气体对未来气候的可能影响

地球气候史中多次暖期发生时，温室气体含量也较高。在未受到人为干预的情况下，大自然自有其一定的韵律，地球上的生物想躲也躲不掉。然而，现代人类面临的问题是，过多的人造温室气体的排放，是否已经或即将破坏大自然的韵律，留给后代子孙一个毁灭的未来。

如果大气中的温室气体含量持续升高（不可避免的事实！），「政府间气候变迁研究小组」（Intergovenmental Panel for Climate Change；IPCC）的科学家估计到2100年，全球平均气温将比1990年高出0.9° C到3.5° C（图4）。其中，二氧化碳的温室效应大约占70%，其他温室气体约占30%。由於海洋热容量大，比较不容易增温，陆地的气温上升幅度将大於海洋，其中又以北半球高纬度地区上升幅度最大，因为北半球陆地较多。但是，北大西洋的气温不但不上升，反而下降。依据推估，二氧化碳浓度升高将使全球平均降水增加，尤其以冬季的高纬度地区最为明显。在低纬度地区，原本降水量就比较大的地区的降水量普遍增加，尤其是南亚与东南亚。全球平均气温上升，海水温度也上升，体积膨胀加上极区冰雪溶化，使得全球平均海平面逐渐上升，在 2100年时将比1990年高出38公分至56公分（图5）。海平面上升的主要原因是海水体积膨胀，格陵兰及南极洲冰川溶化的影响较小。

在气候变异度( variability )及极端气候方面, IPCC 科学家作了以下结论:

气候平均或变异度的微小变化可能使极端气候发生频率产生相当大的变化。
普遍增温将导致高温情况的发生频率升高, 但使低温情况的发生频率降低。
暴雨的发生频率可能提高。平均降水减少的地区, 乾旱的可能性升高。水循环可能加强, 其含意为某些地区的旱涝加剧, 某些地区则减缓。
中纬度风暴是否加剧或减弱, 则无定论。
目前的知识无法判定热带气旋及台风的可能变化。
较暖的气候使热带海洋较接近圣婴现象的情况, 类似圣婴现象的气候型态可能较频繁。

四、气候变迁预测的争议

IPCC利用气候模式在超级电脑中推估未来的气候，所用的知识与工具皆是最尖端的科技。然而，以目前人类对大自然的了解与知识，仍不足以用来准确的预测21世纪的气候。在此仅讨论几个较具争议性的议题。

空间尺度越小、变化越剧烈的天气现象，准确度越低：

一般而言，气候模式的空间解析度甚差。在许多模式中，台湾甚至不存在。因此，不同模式预测的区域气候，有时甚至南辕北辙。因此，要利用目前的气候模式预测未来的台湾气候几乎是不可能的任务。

许多影响气候的物理机制仍未为人类所了解：

最明显的例子是悬浮微粒。人类燃烧化石燃料时，也同时产生硫酸盐悬浮微粒，增加大气混浊度，也造成空气污染、酸雨。1950-60年代的科学家就曾警告说，人类造成的空气污染增加大气混浊度，将使气候逐渐变冷。因此，如果考虑悬浮微粒的降温作用，许多地区的增温程度将减少，雨量变化甚至由减少变成增加（或由增加便减少）。IPCC科学家估计，从工业革命以来，人造温室气体造成的增温作用约相当於每平方公尺2.5瓦。同一时期，悬浮微粒的冷却作用则相当不确定，在每平方公尺0-3瓦之间。

气候模式仍不够完善：

目前的气候模式仍有许多不完善之处，与用来预测天气的模式大同小异。许多科学家争辩，当我们仍无法用这些模式准确的预测10天以后的天气，如何能预测21世纪的气候。

自然变迁与人为变迁：

过去一百多年来的气候变迁，有多少是气候的自然变化？有多少是人类污染造成的？科学界针对此一问题仍议论纷纷，尚无定论。最明显的例子是，IPCC评断20世纪是否比其他世纪暖和的结论：「全球平均温度至少与西元1400年以来任何世纪一样暖」 ( at least as warm as any century sinceat least about 1400 )。而且，全球暖化的现象可能与长达数百年而在19世纪末结束的小冰河期有关。小冰河期的发生则与人类的活动无关。至於，小冰河期是否是因为人造温室气体造成的温室效应才结束，则是另一个仍无答案的问题。如何厘清自然变迁与人为变迁是目前科学家面对的一大挑战。

五、我们的态度

气候学家Henderson-Sellers 针对全球暖化防治问题做问卷调查，询问确定性要有多高才能采取防治行动。结果民众要求只要50%即可。即使如此，科学家仍无法拍胸脯保证。但是，我们是否可以因此忽略全球暖化的问题。答案是否定的。理由有三：

全球暖化的可能性：

虽然，我们仍无法确切知道温室气体的累积将如何改变地球的气候，但是我们知道人为污染确实可能导致气候变迁，其影响不容忽视。理由有三：(1)人类的活动造成大气中温室气体含量的增加，(2)温室气体具有暖化地球大气的特性，(3)温室气体的生命期从十年到数百年不等，能影响地球气候数百年之久。

气候系统的回馈作用：

气候系统的运作过程中有许多正回馈与负回馈作用。不论是前者或后者，都可能剧烈的改变地球的气候。知名学者W. S. Broecker，最近发表一篇论文警告说，全球暖化有可能改变大西洋的海洋环流，其传送至高纬度地区的热量因而降低，反而使得欧洲甚至全球进入寒冷的气候。他所提出来的机制，乍听之下，似乎会缓和全球暖化，其实不然。因为，该机制的降温作用，远大於全球暖化的增温作用，反而造成更剧烈的气候变化。W. S. Broecker将此机制妙比为气候系统的「阿基里斯的脚踵」(Achilles Heel)，亦即微小的变化可能导致气候系统的大转变，甚至瞬变（几年的时间尺度）。

气候变迁的风险太大：

一个台风，不管在落后国家如孟加拉湾，或富裕国家如美国，都可能造成巨大的生命、财产的损失。虽然说气候将如何变迁仍有相当高的不确定性，但是如果全球暖化造成更加剧烈的天气、气候变化，其冲击面之大，将是人类所无法想像的。亦即是，我们所面临的风险之大，是史无前例的。更何况，资料显示古代大气中温室气体含量高时，气候偏暖；含量低时，气候偏冷（图6）。过去一再发生的现象，未来发生的机率也极高。

基於以上的理由，我们应有以下的认知与体认：

风险的概念：

首先，我们必须体认气候变迁预测的不确定性，不能因为科学界无法提出百分之一百可信的结果，而全盘否定气候变迁的可能性。人的一生中面对许多大大小小的风险。现代人因此投注相当多的时间、金钱与精力, 维护自身的健康，购买寿险、健康保险，防患於未然。而在做这些维护自身利益的措施之前，我们从不需去确定不幸的事情一定会发生。同样的，人类的未来面临更多的大风险。更何况，过去一、二百年来，人类已经为自己的未来埋下更多不可预期的危机。与其面对茫茫的未来，毫无作为，不如起而行，尽心尽力维护地球的健康。人与自然的互动应是互相融合, 而不是事后的适应与疗伤。即使全球暖化发生的机率不高或者程度不严重, 任何维护地球环境的投资( 不论是有形或无形的 )都是值得的，因为至少我们维护了一个健康的生存环境。何况，如果发生了，人类所付出的代价将极其惨重。毕竟, 维护地球的健康, 就是延续人类的生存。

摒弃「得过且过」的观念：

京都的「气候变化纲要公约」会议将全球暖化的议题提升到最高点。人造温室气体可能造成的气候变迁，由於不确定性较大，对各国的经济影响大了许多，在国际政治舞台上，各国也很难取得共识。台湾对此一议题的处理方式，仍处於得过且过的阶段。政府总是谈论「因应之道」，而不是「解决之道」，一厢情愿的希望能适用较宽的二氧化碳排放标准。甚至，有人建议应靠外交谈判来处理相关问题。然而，台湾有多少外交筹码，人人心知肚明。核能政策的拥护者也趁机建议应发展核能发电。残酷的事实是，台湾仍将继续投资於高耗能的炼钢厂，即使多盖几座核能发电厂，也缓不济急，於事无补。更何况，核能发电厂有其另外的环境问题。鸵鸟心态不但解决不了问题，只会使情形恶化。

营造「环境善国」：

20世纪末，高度的经济发展对人类生存的地球已经形成重大压力。台湾地小人稠，所承受的环境污染与生态破坏更是严重。我们应该采取的策略是，重新思考台湾经济政策与科技政策，让经济发展、科技发展、与环境保护合而为一，而不是互相牵制。台湾应该采取的策略不是因应之道，而是规画一个能兼顾「适度的经济发展」与「环境保护」的永续发展策略，让台湾成为「环境善国」，善尽地球村一员应尽的义务，彻底的解决地区性的与全球性的环境污染问题。

结语

本文讨论了温室效应、未来的气候变迁，而且刻意将科学的不确定性赤裸裸的呈现出来。笔者相信这方面的资讯相当重要，因为气候预测将严重影响下游的冲击评估及因应策略研究，甚至制订政策的方向。不确定性或概率 )的概念， 也应纳入冲击评估及因应策略研究。我们应作的是依据不同的假想状况来评估气候变迁的可能冲击，而不是铁口直断，给予斩钉截铁的答案。

我们更不希望政府、企业、甚至民众，因为知道气候变迁预测的不确定性，而忽视人为环境变迁可能带来的巨大影响。相反的，就是因为它的不确定性及可能造成的灾害，我们应投入更多的精力在环境保护相关的研究、教育与防治上， 设法结合绿色科技与经济，让环保与适度而且必要的经济发展形成双赢的局面。

环境污染导致全球气候恶化，这么简单的关系，还要长一点的话，加几个点可以了吧
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