3.7 輻射作用量

人類的經濟活動製造了溫室氣體及懸浮微粒,前者產生暖化作用,後者則產生冷卻作用。很顯然的,人造的溫室效應可能因為懸浮微粒的冷卻作用效應,而被低估了。溫室氣體與懸浮微粒的特性相當不同:

( a ) 溫室氣體產生溫室效應,懸浮微粒產生冷卻效應。

( b ) 溫室氣體具有長生命期,懸浮微粒生命期很短。

( c ) 溫室氣體的分布是均勻、全球性的,懸浮微粒的分布卻是不均勻、區域性的。

因為這三個不同的特質,溫室氣體及懸浮微粒的影響也截然不同。它們的直接影響是改變地球輻射平衡狀態。科學家計算輻射作用量(radiative forcing)來評估它們的直接影響。長期而言,在不受異常干擾(如,空氣污染,火山爆發)的情況下,地球大氣應處於輻射平衡狀態,亦即淨輻射量為零(放射的輻射量等於吸收的輻射量)。一旦不平衡,地球大氣的溫度勢必升高( 如果,淨輻射量為正 )或降低( 如果,淨輻射量為負 ),直到 調整至另一個輻射平衡的溫度。所謂輻射作用量,是指大氣特性(如,二氧化碳含量、雲量等)有所變化時,相對應的淨輻射的改變量。

對於全球(或氣候)變遷而言,我們最關切的是對流層/地表此一系統所承受的輻射作用量。圖3-12圖3-12是從工業革命前至目前,由於溫室氣體( CO2,CH4,N2O,CFC-11 ,CFC-12 ,圖3-12b )以及人造硫酸鹽懸浮微粒(圖3-12a)含量變化所造成的輻射作用量。圖3-12c則是兩者合併之後的淨輻射作用量。溫室氣體的輻射作用量分布相當均勻,而且大都在2.5Wm-2與1Wm-2之間。它的分布受到溫度、濕度及雲量分布的影響。比如,低緯地區的值大於高緯地區,熱帶地區大洋東半部的值比西半部大,沙漠地區( 如,撒哈拉沙漠 )有相對大值,而熱帶對流旺盛區域( 如,西太平洋、南美、非洲 )則值偏小。

懸浮微粒的輻射作用量則分布相當不均勻,呈現高度的區域性。最大值發生於美國東部、歐洲、東亞、南美及南非西岸,都是人造污染較嚴重的區域。其他地區則未受到明顯的影響。目前的估計顯示,雖然懸浮微粒的冷卻作用不可忽視,仍然小於溫室氣體的溫室效應,因此兩者的淨輻射作用量在世界各地仍是正值。淨輻射作用量最小的區域,也是懸浮微粒冷卻效應最明顯區域。

IPCC科學家估計了從1850年到1990之間,大氣成份改變造成的輻射作用量。圖3-13圖3-13中的全球及年平均輻射作用量是他們認為的最佳估計值。溫室氣體為2.45Wm-2 ,誤差範圍為 15%。其中二氧化碳為 1.56 Wm-2,甲烷0.47 Wm-2 ,氧化亞氮014 Wm-2 ,CFC-11 0.06 Wm-2 ,CFC-12 0.14 Wm-2 ,其他氣體 0.08 Wm-2。懸浮微粒的直接影響為-0.25∼-0.9 Wm-2,間接影響為 0∼-1.5 Wm-2,兩者的疊加效應為 -0.3∼-3 Wm-2。但是因為科學界對懸浮微粒及其影響的了解仍舊十分有限,上述估計值的誤差範圍很大。IPCC科學家指出,懸浮微粒的輻射作用量的估計值,未來仍可能有大幅度的修正。

近年來,由於人造氟氯碳化物破壞臭氧,使得平流層臭氧含量降低,減少短波輻射的吸收量,平流層的溫度因而下降。較冷的平流層提供給對流層的長波輻射量也因此降低,造成了負輻射作用量。另一方面,較多的短波輻射穿透平流層,為對流層大氣吸收,其輻射作用量為正值。科學家目前的估計是負輻射作用量大於正輻射作用量,淨作用量為 -0.1∼-0.2 Wm-2 ,但是估計值的誤差範圍頗大。同時,因為空氣污染,對流層內臭氧含量逐年增加,它的溫室效應則造成了約0.2∼0.6 Wm-2 的正輻射作用量。在同一段時期,太陽輻射強度也有些微增加,相當於0.3 Wm-2 的正輻射作用量。

科學家竭盡所能地探討大氣成份變化對氣候變遷的可能影響。首要的任務為了解自工業革命以來的淨輻射作用量的變化。但是,由於基本資料的欠缺,了解不足等種種因素,科學家僅能對溫室氣體的輻射影響作出較有信心的估計,對於其他大氣成份變化的估計,可信度仍舊不高。


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