預測未來的氣候變遷





11.1 以古鑑今,知未來?

掌握未來是每一個人的夢想,準確的預測天氣及氣候則是大氣科學家追求的最高境界。如果我們能夠瞭解過去,是否意味著我們就有預測未來的能力?未來是否就是過去已知事件的組合?「以古」或許可以「鑑今」,但是否可以知未來﹖人一生的成長過程中,不斷從錯誤中吸取經驗,修正自己的行為,預期有順遂甚至美好的未來。同樣的,氣候學家也不斷的發掘、蒐集、分析過去及當下的資料,修正對「已知」氣候的理解模式( 注意,是模式而不是實況 ),期望對瞭解及預測氣候有所幫助。氣候學家窮萬人畢生之力所能採取的樣本( sample )數仍是相當稀少,與氣候母體( population )的運作相比,有如天壤之別。因此,「以古」只能奠定我們瞭解氣候運作的基礎,不見得能窺其全貌,遑論預測未來氣候。所幸,我們用來解析氣候的科學並不只是經驗的累積與整理,而是一套描述大自然運作的原理及軌跡的數理系統。

經驗的累積整理與依據理論來描述氣候運作,正是科學家據以預測氣候的基礎。前者分析歸納出過去氣候的統計特性,將之外延來預測未來氣候的變化。後者則依據流體力學、熱力學等物理、化學定律,由已知的狀況計算氣候系統( 如,氣溫、降水 )的時間變率,逐步推算未來氣候的演變。前者運用在規律的週期性變化上十分有效。但是如同前面幾章不斷強調的,氣候是多重時間及空間尺度現象交互作用的產物,具有規律性、週期性的現象並不多見。也因此,以往利用統計模式預測未來氣候成功的例子並不多。科學家利用大西洋海面水溫的變化預測巴西的旱澇,是少數成功的例子之一。

但是,依據物理定律建構的氣候模式是否能作出更準確的預測呢﹖目前的答案仍是否定的。統計模式預測的準確度雖然不高,但是目前使用中的氣候模式也不見得高明,有時甚至更差。原因何在?我們必須回頭去追究,模式中用到的公式是否能準確無誤的描述大氣的運作?科學雖然進展快速,卻經常無法準確的描述實際世界中的現象。譬如,我們可以準確的預測理想狀況下( 比如,無空氣阻力 )的單擺運動。但是,如果考慮實際世界堛漯躓薵力、氣流的變化,我們可能就力有未逮了。 同樣的,用來描述氣候運作的數理化公式在理想狀況下可能完整無誤,但是實際氣候系統中的許多變因卻仍是這些公式無法描述的。即使,有完整無誤的公式,氣候系統中的高度非線性的特性,可能因為些微的、不為人所察知的誤差(比如,輸入資料的微小誤差)導致完全不同的氣候預測。這也就是著名的蝴蝶效應。

目前,氣象學家利用依據「數理」模式改寫成的氣候「數值」模式,在超級電腦內預測天氣。但是,可靠的天氣預測的極限大約只有一星期。氣候學家正用類似的工具預測21世紀的氣候,預測的可信度有多高是氣候學家不斷爭論的話題。有些氣候學家相當的悲觀,大力抨擊用這些數值模式預測氣候的作法。另一批氣候學家則認為,這些模式或許無法準確的預測某一時刻的氣候系統的狀況,但是卻可能可以掌握在某一特定時段內氣候系統的統計特性。因此,它成功的模擬未來氣候統計特性的可能性就比較高。預測未來氣候的工作也就在此一信念下,不斷進行著。

工業革命以來,人類正以史無前例的速度及規模「改變」地球的環境。無可避免的,這些影響將改變氣候系統的自然運作。人為的干預對21 世紀未來的氣候有何影響,是我們想要預知的。人類的生活方式不可能回復工業革命以前的型態。即使回復當時的生活型態,過去一百多年來累積下來的「人類智慧的結晶」(如,溫室氣體)仍將繼續影響未來的氣候。因此,適度的自我限制是必須的,而且我們必須知道(至少嘗試去推估,project)各種自我限制方案改善環境的成效。IPCC的科學家被賦予推估的責任,他們設計多種境況( scenario ),利用數值模式去推估(不是預測,prediction )可能的氣候變遷。


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