上Ch7全球氣候變遷
7-4未來氣候
暖化的速度與遽變
7-3全球暖化
暖化趨勢
學者利用全球氣候模式對未來氣候進行預測，結果顯示本世紀末地表均溫會比工業革命時高2~4度C，海平面則會上升60~90公分，主要增溫因素確定是溫室氣體的排放
氣候模式也預測出暖化並非均勻發生，極區增溫顯著高於熱帶，陸地也比海洋明顯且更不均勻。此外，降水、季風等氣侯因子的改變也有明顯的地域性
全球暖化若過於快速，人類與生態系統可能來不及適應。氣候遽變現象是否會發生也令人擔憂
地球若沒有溫室氣體，地表均溫下降至-18度C，人類與生物難以生存。地球歷史上曾有二氧化碳濃度高於現在的時期，溫度也比現在高，因此高濃度的溫室氣體應不至於毀滅地球
全球暖化的負面與正面影響
CO2濃度有長期增加的趨勢，由於工業革命後大量使用煤與石油，加遽CO2的排放所導致
二氧化碳濃度變化呈現每年的季節性的波動:由於北半球陸地植物較多，當北半球夏季時，植物光合作用旺盛，使大氣中CO2濃度降低；北半球冬季時，大量落葉促進分解作用，且光合作用偏弱，使大氣中CO2濃度變高
全球溫度變化應是人為與自然因素疊加的結果
負面
正面
天氣與氣候的劇烈變化
世界新穀倉的誕生:氣溫升高使中高緯更適合耕種，加拿大、西伯利亞可能成為新穀倉
影響陸地與海洋生態
海平面上升
公共衛生的問題
石油開採更容易:北極海海冰減少，船隻可以通過北極海往來太平洋與大西洋，北極海下蘊藏的石油也更容易開採
近海平原或低地將被淹沒，使可居住的土地減少、更容易發生海水倒灌，太平洋上的珊瑚礁島國(如吐瓦魯)居民將會被迫遷居
積冰融化，造成地球反照率降低，將使地表溫度更加上升，造成更多積冰融化
受暖化影響，全球變化最劇烈的地方就是極區，若極區融冰流入海中，會造成全球海平面上升
凍原冰層中所含的甲烷冰可能也會融化，釋放甲烷到大氣中，增加溫室氣體濃度
降水的時空分布更不均勻
極冰消失，冰下生物可能無法適應環境變化，或被其他物種取代
高山積冰的融化，使下游河川流量不穩定
劇烈天氣(如乾旱、洪水、熱浪、強颱)的發生頻率與強度都可能會增高
陸生與海生生物都必須適應新環境
溫度上升使高緯度或高海拔水域中的藻類增生，迫使河流中的魚類提早遷徙
蚊子生存範圍擴大，傳播瘧疾、登革熱或黃熱病的範圍增加
7-2氣候遽變
近代的氣候遽變
7-1古氣候變遷
千年尺度的氣候變化，南北球的狀況正好相反。如當北半球乾冷時，南半球溼熱
與全球溫鹽環流的強弱變化有關
上次間冰期(12萬5000年前)到末次冰盛期(2萬年前)之間，地球氣候處於持續降溫的冰期狀態
近20000年來顯著的天氣遽變
深海的溫鹽環流+表面大洋環流=全球海洋運輸帶，可運輸海洋大氣系統的熱量與水氣
溫鹽環流順暢時，高低緯的氣候差異小；若溫鹽環流減弱或停止，北半球高緯冰源會擴張(因為缺乏熱量提供)，此時地球進入冰期；但因南半球海洋面積大，海洋熱量可在南半球積蓄，造成ITCZ南移，南極反而增溫
中世紀暖期
小冰期
新仙女木事件
9~14世紀
15~19世紀
13000年前
環流趨緩使得熱量較難輸送至高緯，冰源得以擴張，全球短暫進入回冷時期
維京人航海到格陵蘭建立據點；但在歐亞草原夏季溫暖，冬季酷寒，使遊牧民族不斷遷徙
全球趨向寒冷
寒冷使格陵蘭被冰封，迫使維京人在16世紀放棄此地
末期的全球氣候轉為乾冷
全球相當溫暖
全球氣溫在數十年間大幅下降，寒冷維持一千多年，而後又在數十年內快速回暖，才結束了新仙女木事件
成因:可能是北美洲五大湖區的冰源大規模融化，大量淡水注入大西洋，使得表層的溫鹽環流密度變小，下沉力量不足，因而導致環流趨緩
末次冰盛期之後，全球進入變暖階段，但13000年前發生短暫回冷的新仙女木事件
氣候變化的證據
長期氣候變遷
短期氣候變遷及其因素
目前地球的氣候，從長期的地球歷史來看，是處在冰室氣候的狀態
氣候:全球天氣狀況的長期平均狀態。至少是30年
控制冰期---間冰期的因素
氣溫最直接影響人類日常生活的環境因子，所以最常被視為氣候指標
近年來，冰芯研究顯示地表氣溫變化與CO2濃度變化有相當大的關連
影響因素
地球形成至今，大部分時間處於比現今溫暖的狀態，一般稱溫室氣候；只有少數時段中，地球氣溫較低且有大規模的冰雪堆積，這種氣候狀態被稱為冰室氣候
地球歷史中最近三次冰室氣候
近200萬年內，氣候寒冷、冰原面積擴張時稱為冰期；介於兩個冰期之間的，地表溫度回升的時期稱為間冰期。現在的地球可以算是冰室氣候中的間冰期
古氣候的研究方法與原理
冰芯
樹輪
珊瑚
海洋沉積物
解析度:年
只能生存在南北緯30度間的溫暖淺海，研究珊瑚在地層中的相對位置，可以重建古海水面的高度變化
解析度:年
解析度:季/年
解析度:數百年/數千年
降雪壓密成冰時，可將古大氣保存於冰層當中，皆由研究冰芯內氣泡的成分，可推估古大氣成分
日照強烈、降雨豐沛，細胞生長快速，顏色較淺，樹輪較寬；氣候寒冷或乾燥時，細胞生長緩慢，顏色較深，樹輪較窄
利用海洋岩芯中的浮游性與底棲性有孔蟲，分析殼體中的氧同位素比值變化，可以得到全球冰川總體積與海水溫度兩項氣候變遷指標
骨骼具生長紋，每兩條寬度不同的生長紋可代表一年的資料
珊瑚在海水中生長時，會將周遭環境變化詳盡的紀錄在碳酸鈣骨骼中
分析冰晶內H2O的氫同位素(1H、2H(D))與氧同位素(16O、17O、18O)的比例，可重建古氣溫變化
根據疊置定律，下層冰芯較老，上層較年輕
多年生樹木的木質部細胞會因當年降水或溫度的變化而形成形狀大小不同的細胞
越靠近形成層的部分越晚形成，而越往中心形成的年代越早
大量存在海中的原生動物:有孔蟲，具有碳酸鈣質的殼體。此殼體中含有16O與18O兩中氧同位素，當有孔蟲死後便成海底沉積物
根據疊置定律，下層岩芯較老，上層較年輕
外部
內部
太陽能輻射
地球形成初期，太陽的發光強度只有目前的70%
太陽輻射能越強，地球接收的能量越高
溫室氣體濃度
海陸分布
地球反照率
溫室氣體引發溫室效應，使全球增溫
溫室氣體越多，平均溫度越高
陸地比熱比海洋小，所以在長期氣候變化中，陸地所在的位置是氣候變化的主因
若陸地位於極區，有助於冰原的生長擴張，可能變成地球的冷源
反照率是指地球反射陽光的比例，可受海陸分布、冰原面積等因素影響
若全球冰原面積增加，則反照率變高，全球降溫
3億年前
3500萬年前
8億~6億年前
山脈越高，岩石風化作用越旺。岩石風化的鈣離子會搬運至海水中，大氣中的CO2也會溶進海水形成碳酸根離子。海洋生物利用鈣離子與碳酸根離子製造殼體或骨骼，當生物死後這些碳酸鈣沉積海底，如此不停作用，使CO2不斷自大氣中被移除
古生代末期，岡瓦那大陸緩慢漂移經過南極，大量降雪使大陸冰原形成，造成全球地表反照率提高
地球降溫之後，水氣凝結形成海洋，之後海中生物得以進行除碳作用
因CO2含量降低，溫室效應減弱，導致冰河遍布全球，形成雪團地球
地球大氣中溫室氣體含量的大幅降低是地表溫度逐漸轉冷的主因
岡瓦那大陸解體後，除南極洲外，其他陸塊向北漂移，解除原來的寒冷狀態。地球在中生代時期才逐漸回暖
上述作用持續了約500萬年，直到3500萬年前，南極大陸的冰原面積擴張到整個南極都被冰封
新生代早期，印澳板塊撞上了歐亞大陸，形成喜馬拉雅山與青藏高原，造成氣候改變(如暖溼空氣無法進入亞洲內部，或形成南亞季風系統等)
到了二百多萬年前，連北極有出現大範圍的冰雪，從此南北兩極都戴上了冰帽
內部
外部
米蘭科維奇認為主要是地球接受到的太陽輻射量的變化
地球反照率變化
地球自轉軸的傾角
地球自轉軸指向
地球繞日公轉的軌道形狀
偏心率越小，軌道越接近圓形，地球接收的年輻射量越大(因為地球離太陽近)
偏心率越大，軌道越接近扁橢圓形，地球接收的年輻射量越小(因為地球離太陽遠)
地球繞日公轉的偏心率，約以10萬年為週期呈現規律的大小變化
地軸傾角越大，高緯的四季越明顯，冬天越冷，但夏季越熱，不利冰原發展
地軸傾角越小，高緯的四季較不明顯，因為夏季偏冷，有利冰原發展
地軸的傾角在22.5度~24.5度間變動，週期約為41000年
地球自轉軸以順時針方向繞圈，始終與公轉軸夾23.5度。地軸改變指向的現象稱為歲差或進動，週期約26000年
現在地球自轉軸指向北極星，13000年後將會指向織女星附近
溫室氣體濃度
季風變化
近20000年的氣候變遷
假設未來夏季的太陽輻射週期性地增加，則夏季陸地大幅增溫，導致夏季季風增強
若未來冬季的太陽輻射週期性地減少，則冬季陸地更加寒冷，導致冬季季風增強
假設未來高緯的太陽輻射量降低，夏季時冰源不易消融，冰原就擴張。因冰雪的反照率較高，使得地表吸收的太陽輻射減少，冰雪累積更加容易，此時地球容易邁入冰期
深色的陸地、植被或海洋，反照率較低
冰川體積增加時，大氣中CO2含量明顯降低，此階段氣溫下降所需時間較長
冰川體積減少時，大氣中CO2含量明顯增加，此階段氣溫上升所需時間極短
海洋沉積物岩芯、南極冰芯等顯示全球冰川體積與大氣中CO2濃度有正相關
末次冰盛期
當時全球海平面比現代低約120公尺
台灣海峽以及東海大陸棚露出海面，台灣與中國連為一體，不少生物遷居台灣
當時陸地面積增加，導致全球反照率增加，造成全球溫度下降，當時海水表溫平均約下降了2度C
大約20000年前，全球冰原體積擴張達到最大，溫度也降到最低，稱為末次冰盛期
高低緯的海洋溫差擴大，使大氣與海洋環流更活躍；中緯度西風帶也比現今更強，揚起內陸的沙塵，堆積成黃土高原，甚至北太平洋中也有沙塵沉積