由於人類活動造成地球氣候系統改變所引起的氣候變化，在近年引起廣泛注意，也成為大氣科學研究的重要課題。這其中大氣溫室氣體增加所造成的全球暖化更是全球關注的焦點。聯合國跨政府氣候變遷小組（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC） 2007年發表的第四次評估報告中明確指出，全球平均溫度在過去100年來上升約0.74°C±0.18°C，且陸地上溫度的上升速率遠大於海洋，近10年（1997～2006）更為顯著，1998年與2005年為有氣象記錄以來最暖的年份。
因全球溫度上升導致各地發生異常現象，如海洋異常增暖、冰河融解、海平面上升、極區海冰厚度減少後退以及北半球雪蓋面積減少。這些現象的發生，證明了全球暖化確實正在進行，並也預告其將對環境生態產生嚴重的衝擊。分析氣象局測站資料發現，過去的一百年（1897~1999）間，台灣地區溫度也是顯著增加，上升趨勢約為1.0~1.4°C/百年，且夏季溫度的上升趨勢比冬季還高。
科學界對全球暖化的研究，除了可利用以往所累積的資料來進行分析，以探討全球氣候變遷的特性之外，也可透過氣候數值模式，模擬過去和目前的氣候狀態，以了解氣候變遷的機制，並且透過模擬在不同溫室氣體濃度情境下的氣候變化，來展望未來。在IPCC幾次的評估報告中，就假設了幾種不同的溫室氣體的排放情境（SRES），可以2個向度表示，一是經濟導向（以下以A為代稱）或環境導向（以下以B為代稱），二是各自為政（以下以2為代稱）或全球一致行動（以下以1為代稱）。不同的排放情境，將導致不同的溫室氣體變化情境，也將對全球氣候帶來不同程度的衝擊。
舉例來說，B1為全球一致講求環保、且嚴格管制溫室氣體 （如二氧化碳） 的排放，則大氣溫室氣體濃度會在2050年左右達到最高值後持平 （二氧化碳濃度為500 ppm），預測全球平均溫度在2050年將比目前高1.2°C，在2100年將比目前高2°C。A1為全球競相追求經濟發展，而完全放任溫室氣體的排放，則二氧化碳濃度會在2050年左右達到工業革命前2倍的560ppm，在2100年左右達到工業革命前的3倍。預測全球平均溫度在2050年將比目前高2°C，到了2100年將比目前高5°C。
由於全球只有一個大氣，對於大尺度氣候變化的模擬須涵蓋全球，因此必須使用複雜之「海氣陸耦合模式系統」（一種包括所有大氣、海洋、陸地過程的完整全球氣候模式），進行溫室氣體依比例逐步增加、所謂漸進式模擬實驗。這種全球氣候變化模擬由於計算資源的限制，通常只能就大範圍作低解析度（200~300公里）的模擬。一個地區（如台北市）的氣候變遷衝擊評估卻需要高解析度的資訊，因而需要進一步進行區域氣候的模擬。區域氣候的模擬，可採取區域氣候模式（氣候模式只涵蓋有限區域，但可以有更高解析度）嵌接於全球氣候模式下進行。這種將尺度由大而小的降尺度模擬研究，顯示出區域模式比大尺度模式在區域氣候預報有更高的技術。打個比方，全球氣候模擬就等於是製作隨時間改變的大尺度、低解析度的世界地圖，台灣區域氣候模擬則等於製作同步隨時間改變的小尺度、高解析度台灣地圖；涵蓋範圍小，但精確度較高。
台灣位於東亞季風區，面積狹小且地形高聳複雜，造成區域氣候在時間、空間上的複雜度，而全球尺度的模擬結果，台灣常常只佔了一個點，完全沒有代表性。因此針對區域氣候變化之模擬，必須進一步使用區域氣候模式連結於全球尺度模式，來做降尺度模擬。
為了評估全球溫室氣體的增加對東亞及台灣區域氣候的影響，我們使用美國環境預報中心發展的區域波譜模式（NCEP/RSM-CVS，一種小尺度的區域模式），並結合德國氣候研究中心（DKRZ, Deutsche Klima Rechen Zentrum）使用歐洲中心與德國漢堡大學發展的大氣海洋全球模式（ECHAM-4-OPYC，一種大尺度的全球模式）所得到的數據資料，就1990～2000年、2040～2050年A2（放任溫室氣體排放）、B2 （管制溫室氣體排放）情境，以及2090～2100年在A2、B2情境之下，來進行全球尺度模擬輸出之降尺度模擬。區域氣候模擬的解析度，東亞為45公里（RSMCVS1），台灣地區為15公里（RSMCVS2）。由於篇幅限制，本文只討論溫度的變化。溫度變化的趨勢各月類似，本文以夏季7月為例說明。
未來東亞將持續暖化
圖一、RSMCVS模擬的東亞地區7月月平均溫度：
圖Ⅰ為1990-2000年，圖Ⅱ為2040-2050年，圖Ⅲ為Ⅱ減Ⅰ，Ⅳ為2090-2100年，Ⅴ 為Ⅳ減Ⅰ。
圖一顯示 RSMCVS1-A2模擬的東亞地區1990～2000年、2040～2050年、2090～2100年7月平均溫度，及 2040～2050年和2090～2100年與1990～2000年之7月平均溫度差。顯然2040～2050年及2090～2100年溫度分佈與1990～2000年特徵相似但升高了。首先從2040～2050年來看，東亞地區世紀中的溫度較1990～2000年高，增溫在高緯度的陸地地區尤其顯著，低緯海洋地區較不顯著。此暖化現象將持續至世紀末，且增溫程度大幅增加。高緯度的陸地尤其顯著。顯示東亞地區夏季在繼續暖化中，至世紀末可能失控。
減少排放可以減緩暖化
圖二、RSMCVS模擬在不同的溫室氣體情境下東亞地區7月月平均溫度(B2-A2)，
左圖為2040-2050年，右圖為2090-2100年。
圖二顯示RSMCVS1模擬的在B2與A2二種不同的溫室氣體情境下，東亞地區7月月平均溫度在 2040～2050年與2090～2100年的差異。從圖可見本世紀中東亞地區7月的平均溫度，在B2情境下較A2情境下低，且在陸地地區差異較為顯著。這個特徵在世紀末將較世紀中更為顯著；顯示出有效限制溫室氣體的排放，應該有助於抑制本世紀溫度的增加，尤其是中高緯度的陸地地區。
台灣也是一樣
圖三、RSMCVS2模擬的在不同的溫室氣體情境下台灣地區11年逐月月平均溫度
左圖是1990-2000年與2040-2050年，右圖為1990-2000年與2090-2100年。
紅線為1990-2000年，綠線為B2情境，藍線為A2情境。
圖三顯示 RSMCVS2模擬的1990~2000年、2040~2050年與2090~2100年在不同的溫室氣體情境下，台灣地區11年來逐月月平均溫度變化。由圖可見台灣地區在B2與A2二種不同的溫室氣體情境下，未來一百年皆有暖化趨勢存在。在台灣地區，到世紀中，溫室氣體排放控管減緩暖化的效果並不顯著。然而至本世紀末效果就突顯出來了。溫室氣體排放的控管，可以有效抑制台灣地區暖化，平均最高可以減少1°C的增溫。
從模擬結果看來，也許只是幾度氣溫的上升，但這幾度氣溫的改變，對陸域生態而言，表示棲地條件改變，物種需往高緯度或高山遷徙，生存面臨更大困境。在海洋生態方面，氣溫上升海水溫度跟著升高，造成魚群遷徙或死亡；二氧化碳增多使海水酸化，也將造成魚種、珊瑚礁棲地的改變；而海水溫度升高體積膨脹，加上極區與高山冰原冰川融解，導致海平面上升淹沒沿海低窪地區，造成國土流失。此外暖化使得蚊子不過冬、花開無時序、暴雨乾旱氣候兩極化，都對公共衛生、農糧生產、國土保安造成衝擊，更將直接威脅人類的生存。
我們能阻止暖化嗎？透過氣候數值模式模擬過去和目前之氣候狀態，以及預報未來在不同的溫室氣體的變化情境下氣候變化之研究結果，顯示答案是「不能！」暖化似乎是全世界和臺灣未來的宿命，但是暖化的速度也許可以減緩。只要暖化的速度減緩，生態系統可以慢慢地調整適應，人類社會經濟也可以慢慢地調整適應。暖化速度減緩的關鍵，可能在於避免溫室氣體排放的失控，而這正有賴於全球環境思想的改變和一致行動的決心。
※ 本文與農委會林務局合作刊登
