圖解全球暖化之危機與轉機

1-1 地球大氣的組成特殊，含有氧氣和臭氧層
要了解全球氣候變遷，首要探討我們所居住的地球大氣，它實際已經歷過原始大氣、次生大氣和現在大氣等三代。現在大氣中大約有80%是氮氣，20%是氧氣，其他氣體的總和只占約1%，這些微量氣體包括：氬氣、二氧化碳、氖氣、臭氧、氫氣、水氣及不定數量的其他氣懸粒子。
二氧化碳在初始大氣中占有很大的分量，但由於光合作用的發展，碳大量的被用來構成生物體，部分則溶於海中，成為海洋生物發展的物質。當大氣中的二氧化碳較多時，溶解到海水體中的二氧化碳就相對增多。現在大氣中的主要成分為氮，但原始大氣或火山噴發中，氮成分並不多。氮的增多主要原因：1.氮的化學性質很不活躍，不太容易同其他物質化合，多呈游離狀態存在；2.氮在水中的溶解度很低，相當於二氧化碳的1/7，所以大多以游離狀態存在大氣中。
由於二氧化碳的減少，初始水汽又大部分變成液態水，成為今天的水圈，相對來說，氮和氧的比例就增多了，今天氮有這麼多，是和氮本身的特性有關。當然氮也進行著廻圈，一些根瘤菌可以吸收氮，使得一部分氮參加到生物迴圈裏去，這些物質在腐爛分解後，又放出游離的氮；也有一小部分氮進入地殼的硝酸鹽中。氮雖參加廻圈，但大部分呈游離狀態存在，相對來說，它的數量在增多，以致成為現在大氣中的主要成分。
水氣是天氣變化的主角，它飽和時會凝結成水滴或冰晶，造成雲、雨、雪等天氣現象。而大氣中的水氣、二氧化碳和甲烷等增加時，吸收地表紅外線輻射也會增加，長期累積後會使大氣溫度節節上升，造成今日全球暖化問題。
在地球大氣中，擁有由植物生成、而在金星與火星大氣中缺乏的氧氣，在約30～40公里的高空，氧氣與太陽紫外線反應產生臭氧並聚集形成臭氧層。在平流層內的臭氧層吸收陽光中99%的紫外線，並加熱高層大氣與對流層不同，在20公里以上高層，溫度是隨著高度而增加的，直到中氣層才又開始隨高度增加而遞減。而金星和火星99%都由二氧化碳所組成，沒有氧氣、更沒有臭氧層吸收紫外線加熱高層大氣，因此金星和火星的大氣溫度都隨著高度增加而遞減。
大氣中的各種成分在雷電作用和強烈的紫外線照射，海洋中逐漸產生簡單的有機物質（如胺基酸、核酸）後，逐漸合成複雜的有機物，海洋中乃開始有生命出現，接著有了構造複雜的蛋白質生命現象，簡單的生物出現以攝取海洋中現成的有機物為食物，稱為異營性生物，地球逐漸冷卻，雷電作用減少，水中的有機物質日漸減少，生物開始缺乏食物來源，於是自營性的綠色植物出現，進行光合作用，自行製造養分。行光合作用的綠色植物出現後，大氣中的氧氣漸增，二氧化碳漸少，終於形成現今以氮氣占78%和氧氣占21%為主的大氣。

1-2 地球大氣的垂直結構(1)：對流層頂不斷往上升平流層則變薄
地球大氣是最為我們所熟悉的，大氣圈覆蓋著地球，它不但提供我們所必須的空氣，並且影響太陽日照和氣溫、濕氣和空氣流動，從而決定天氣。因為地心吸力，空氣大多密集積聚於地表附近。離地面愈遠，空氣會愈少愈稀薄，因此氣壓愈低。簡單說，大氣圈的厚度約為1,000公里，由於不同因素，空氣的溫度並非隨高度不斷下降，而是呈現交替下降和上升，形成4個不同溫度層的大氣結構。依溫度變化，自下而上地球大氣可分成4層：1.大氣邊界層與對流層、2.平流層、3.中氣層及4.增溫層。
1. 大氣邊界層（Atmospheric boundary layer）與對流層：在對流層下方離地面1.2～1.5公里範圍內的薄層大氣，稱為大氣邊界層或行星邊界層（Planetary boundary layer）。因貼近地面，空氣運動受地面摩擦作用影響，又稱摩擦層（friction layer）。從地面到10～18公里高度處，大氣對流旺盛，稱為對流層，是人類活動和賴以生存的主要空間，它蘊含著整個大氣層約75%的質量，以及幾乎所有的水蒸汽及氣溶膠。大氣溫度隨高度變化明顯，平均而言，地面附近的氣溫大約為15℃，往上逐漸降低，至10～18公里高度溫度降到－60～－80℃。對流層空氣密度最大，水氣含量豐，氣溫隨高度遞減（－6.5℃/km）。對流層的厚度，熱帶地區約17公里，中緯度地區約10公里，而極地地區則約7公里。地面氣溫平均約15℃，對流層頂氣溫平均約－55℃（在赤道約－75℃，極地約－45℃）。這種下暖上冷的溫度結構容易發生對流運動，因此離地十幾公里範圍內是風、雲及雪等天氣變化發生區，幾乎所有雲雨及風暴現象都限於對流層內，僅少數極強的雷暴可暫突破對流層頂。
2. 平流層（stratosphere）：對流層頂向上延伸到50公里高處為平流層，這一層由於臭氧吸收太陽輻射，大氣溫度隨高度增加而逐漸升高。平流層極少有雲，飛機通常在平流層飛行，以避開大氣對流的干擾，此層溫度起初略呈穩定，其後往上遞增，至氣溫達極大值，即平流層頂（stratopause）為止。平流層頂距地面約50公里，溫度約0℃。下冷上暖的溫度結構導致空氣對流不易發生，但水平運動所受影響較小，故稱為平流層。由於缺乏垂直運動及水氣，常為晴空偶爾有貝母雲雨出現。平流層的上部是臭氧濃度的集中區，平流層頂的相對高溫正是臭氧吸收太陽輻射的結果。
人類不斷排放大量溫室氣體正在改變大氣層結構，2021年加拿大多倫多大學發表利用探空氣球觀測研究，北半球自1980～2020年的數據顯示，對流層頂正不斷以每10年50～60公尺的速度上升，平均上升了200公尺；2021年《環境研究通訊》科學期刊發表研究，發現平流層自1980年代以來，已經變薄了400公尺，若人類沒有大規模減排，平流層在2080年時預計會再變薄1公里。很可能影響人造衛星、GPS導航與無線電通訊的運作。

1-1 地球大氣的組成特殊，含有氧氣和臭氧層
要了解全球氣候變遷，首要探討我們所居住的地球大氣，它實際已經歷過原始大氣、次生大氣和現在大氣等三代。現在大氣中大約有80%是氮氣，20%是氧氣，其他氣體的總和只占約1%，這些微量氣體包括：氬氣、二氧化碳、氖氣、臭氧、氫氣、水氣及不定數量的其他氣懸粒子。
二氧化碳在初始大氣中占有很大的分量，但由於光合作用的發展，碳大量的被用來構成生物體，部分則溶於海中，成為海洋生物發展的物質。當大氣中的二氧化碳較多時，溶解到海水體中的二氧化碳就相對增多。現在大氣中的主要成分為氮，...

作者序
作者於1987年服務於交通部民用航空局期間，有幸蒙國科會資助赴日本東京大學進修3年，再自費延長半年後獲理學博士學位，進修期間，美籍日裔氣象博士真鍋淑郎（Syukuro Manabe）曾多次回東大演講，他是2021年三位同獲諾貝爾物理學獎者之一，真鍋博士研發氣候模式以模擬大氣中二氧化碳濃度增加如何導致地表升溫之議題，現年已逾90歲的真鍋淑郎，自1960年代起即開始研究溫室效應問題，1969年率先發表「大氣、海洋結合模型」，被美國媒體稱為「溫室效應之父」。
真鍋博士氣候模式在東大也有助教及研究生用來研究，我也聽過真鍋他們演講幾次，雖抱有高度興趣，但不適合本人申請國科會出國研究飛航氣象之目的。回國後因緣際會曾在國立臺北教育大學兼課講授「全球氣候變遷」課程，感於國內教材貧乏，乃申請教育部國立編譯館補助，編輯《全球氣候變遷—危機與轉機》一書，完成後於2011年由五南圖書出版公司發行。2012年6月發行初版2刷並銷售一空，教育部乃改發行電子版，並含點字書。由於近年全球暖化造成全球極端氣候更加劇烈與頻繁，作者乃常思考重新再編輯相關著作，希望喚起各界更加重視，並曾多次為文發表「習近平的中國新時代亟需治理污染三高」之類媒體社論，希望喚起排碳第一大國能節制。
將全球氣溫增幅控制在比工業化前高1.5℃的目標仍有機會實現，但這扇窗目前正迅速關閉中。據聯合國政府間氣候變遷專門委員會最新評估，全球已暖化升溫1.1℃，已明顯頻繁招致全球極端天候災難，美國NOAA宣布2021年7月是地球有記錄以來最熱的月份。第26屆聯合國氣候變遷大會格拉斯哥突破議程（Glasgow Breakthroughs Agenda）將加速政府、企業和民間社會之間的合作，以更快地實現氣候目標，其中以能源、電動汽車、航運和大宗商品領域的合作理事會和對話將有助於兌現承諾。
以臺灣為例，世界銀行在一份針對各國天然災害風險的評估報告中，曾將我國列入受害最嚴重的地區之一；也就是約有73%的臺灣人同時面臨3種以上的自然災害威脅。但臺灣在未來綠色革命時代佔盡優勢，很有潛力從資訊科技邁入能源科技，如果轉變成綠色環保科技島，生產商品更能獲得認同，全球氣候暖化氣候災難是臺灣的危機也可能是轉機。其實異常劇烈氣候造成災難全球隨時隨地上演，影響全球各地日益嚴重，導致的衝擊已成為全球高度關切議題，不論貧富，沒有人能從劇烈氣候天災的影響免疫。
解決全球暖化與氣候劇烈變遷議題，需利用氣候資源協助節能減碳，為讓國人能體認氣候劇烈變遷的嚴峻課題，建議政府與社會各界儘速從小培養國人減碳愛地球觀念，尤其大學各學科如何將地球永續觀念融入課程，使成為大學生必備的基本素養，成為拯救地球菁英，實踐社會責任人才。
作者約兩年前就想將拙著《全球氣候變遷—危機與轉機》一書改版，唯因近年與死神擦身而過兩次，身體健康亮紅燈陸續出狀況，無法順利完成所願；目前健康狀況和緩許多，利用在家療養期間加速趕稿才得以完成；衷心感謝家人不離不棄細心照顧、更該感謝慈濟、榮總及臺大醫院醫療團隊為作者多次住院期間，不眠不休全力搶救，以及冥冥中無形力量助我渡過生死難關，並完成本書的心願。也要感謝五南文化事業機構工作團隊，克服萬難，完成本書最繁雜且艱困的繪圖與製表工作。
最後要感謝所有教過我氣象學的老師們，尤其在日本三年半期間，東京大學海洋研究所海洋氣象部門的三位老師，淺井槷雄博士、木村龍治博士及吉崎正憲博士，耐心指導我完成博士論文與氣象學知識。
本書雖有七篇共68章，讀者若因太忙可以挑選喜好篇章先閱讀，有空後慢慢再細讀全書，最後希望讀者閱後，對全球暖化與氣候變遷議題更加了解，對所從事之工作、研究與日常生活都能獲得實質助益，尤其對緩解地球危機能有所幫助甚至獲得轉機。

作者序
作者於1987年服務於交通部民用航空局期間，有幸蒙國科會資助赴日本東京大學進修3年，再自費延長半年後獲理學博士學位，進修期間，美籍日裔氣象博士真鍋淑郎（Syukuro Manabe）曾多次回東大演講，他是2021年三位同獲諾貝爾物理學獎者之一，真鍋博士研發氣候模式以模擬大氣中二氧化碳濃度增加如何導致地表升溫之議題，現年已逾90歲的真鍋淑郎，自1960年代起即開始研究溫室效應問題，1969年率先發表「大氣、海洋結合模型」，被美國媒體稱為「溫室效應之父」。
真鍋博士氣候模式在東大也有助教及研究生用來研究，我也聽過真鍋他們演講...

目錄
作者序
第1章　認識地球大氣的奧祕
1-1 地球大氣的組成特殊，含有氧氣和臭氧層　
1-2 地球大氣的垂直結構(1)：對流層頂不斷往上升平流層則變薄　
1-3 地球大氣的垂直結構(2)：中氣層與增溫層　
1-4 高層大氣與磁層：人類活動不僅改變地球甚至宇宙環境　
第2章　地球大氣能量來源探祕
2-1 太陽輻射變化與地球自轉關係　
2-2 太陽輻射因臭氧層保護地球免於受紫外線傷害　
2-3 地球大氣及地表能量收支平衡　
2-4 入射太陽輻射緯度分布　
2-5 地球大氣及地表輻射　
2-6 地球輻射平衡溫度與地表平均溫度不同是溫室效應所致　
第3章　大氣汙染與地球環境破壞
3-1 部分微量氣體會破壞臭氧層及發生溫室效應　
3-2 大氣中的細懸浮微粒能產生區域性氣候變遷影響人體健康　
3-3 繞極衛星觀測澳洲火積雲與RADRFIRE野火應對系統　
3-4 2019年PM2.5汙染導致歐盟30.7萬人過早死亡　
3-5 空氣汙染物來源與人體健康　
3-6 光化學煙霧使臭氧濃度升高易引起哮喘支氣管炎和肺氣腫　
3-7 酸雨會使土壤酸化水質汙染影響人類健康　
3-8 臭氧層破壞加強溫室效應使氣候異常更加惡化　
第4章　探討地球氣候如何變化
4-1 了解地球的氣候系統　
4-2 地球氣候變化史　
4-3 地球氣候形成因素　
4-4 世界氣候常用的分類法　
4-5 影響地球氣候變化的自然外在因素　
4-6 太陽黑子數與地表氣候間有無關係？小冰河期會再臨嗎？　
4-7 世界屋脊青藏高原升溫幅度為全球平均的兩倍　
4-8 超級火山噴發二氧化硫進入平流層可使地球氣溫下降　
4-9 中國、印度及東南亞國家經濟快速發展加速暖化趨勢　
4-10 砍除熱帶雨林地表溫度將上昇3℃，非洲居民正遭遇飢荒衝擊　
4-11 海洋對氣候變化扮演穩定作用，唯暖化使溫鹽環流趨緩危機　
4-12 聖嬰年時我國冬暖、春雨多、夏颱少　
4-13 影響地球氣候變化的人為因素：PM的吸收特性影響全球暖化　
4-14 人類不斷增加排放溫室氣體造成全球暖化危機　
4-15 2021諾貝爾物理學獎與氣候模式：確定二氧化碳的作用　
4-16 全球過度暖化已危及地球上生命　
4-17 人造溫室氣體主要來源　
4-18 全球前五大最高碳排放國家　
4-19 聯合國氣候變化框架公約與氣候協定　
4-20 全球暖化與氣候危機　
第5章　全球暖化跡證
5-1 北極地區異常升溫冰架不斷崩裂　
5-2 南極地區不斷創高溫，冰架崩裂成大冰山　
5-3 極端氣溫導致每年近500萬人死亡，北極熊接連失去棲地　
5-4 北半球冰雪面積縮減，北極航線通行　
5-5 北極林木線北移並出現野火，海床出現41個深坑　
5-6 全球海平面上升危機，臺灣亦不能倖免　
5-7 聯合國氣候變遷評估報告，揭露全球暖化衝擊且持續發生　
5-8 海洋熱浪威脅海洋生物生存危機　
5-9 2021年7月為142年人類有記錄以來最熱的7月　
5-10 南北兩極首次同時出現異常高溫，近十年最嚴重沙塵暴襲北京　
第6章　全球暖化顯現氣候災難樣態
6-1 全球氣候大災難窮國富國都遭殃　
6-2 全球氣候大災難造成嚴重傷亡事件　
6-3 全球高溫嚴重野火事件頻傳　
6-4 劇烈熱帶風暴威力增強　
6-5 劇烈暴風雪襲擊中東及中美各國損失慘重　
6-6 日本沿海水溫上升襲日颱風增強　
6-7 亞馬遜雨林嚴重被破壞，巴西連年爆發大規模洪災　
6-8 氣候危機不放過溫室氣體排放量極少非洲國家　
6-9 暖化危機逼近國門，氣候天災成家常便飯　
6-10 全球暖化無可避免多重複合型氣候災難，宜建立有效調適策略　
第7章　全球暖化與氣候變遷危機之可能轉機
7-1 第26屆聯合國氣候協會中各國達成重要承諾　
7-2 企業領袖承諾　
7-3 中國推動雙碳目標節能，我國研發新科技減碳　
7-4 世界各國相繼堆動碳價制度　
7-5 非洲與中國沙漠造林　
7-6 COP26通過甲烷承諾決議，企業興起沼氣發電綠金　
7-7 企業日漸發展減緩氣候變遷之產品　
7-8 各國推動碳關稅制度以減少溫室氣體排放量　
7-9 我國農林魚業預計2040年將減少溫室氣體排放50%　
7-10 澳洲研究藍碳固碳速度與效率是陸地森林的6～10倍　
參考文獻
索　引

目錄
作者序
第1章　認識地球大氣的奧祕
1-1 地球大氣的組成特殊，含有氧氣和臭氧層　
1-2 地球大氣的垂直結構(1)：對流層頂不斷往上升平流層則變薄　
1-3 地球大氣的垂直結構(2)：中氣層與增溫層　
1-4 高層大氣與磁層：人類活動不僅改變地球甚至宇宙環境　
第2章　地球大氣能量來源探祕
2-1 太陽輻射變化與地球自轉關係　
2-2 太陽輻射因臭氧層保護地球免於受紫外線傷害　
2-3 地球大氣及地表能量收支平衡　
2-4 入射太陽輻射緯度分布　
2-5 地球大氣及地表輻射　
2-6 地球輻射平衡溫度與地表平均溫度不同是溫室效應所致　...