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解讀聯合國最新氣候變遷報告(5)海平面上升預測的方法論:地區差異

編按:科普作家Nicola Jones在《自然》期刊撰文,介紹了海平面上升預測的方法與歷史演進,讓大眾更瞭解IPCC報告的科學基礎。昨天的文章介紹了預測模型的演進和取捨,今天則接續介紹,針對不同區域的預測,需如何考量各自的地球物理化學條件。以下譯介該文的重點內容:

差異的來源:重力、陸地移動、沉積

據Nicola Jones介紹,阿拉斯加費爾班克斯大學(University of Alaska Fairbanks)地球物理學家Jeff Freymueller,十多年前訪問阿拉斯加格拉芙港(Graves Harbor)時,他的海圖顯示了三座彼此隔離的小島,但如今眼前所見,卻是三座綠油油、與大陸相連的半島。這是因為阿拉斯加有些地方的水位正在以每年3 公分的速度下降之故。

長達一萬年的時間,曾經用重量壓住大陸的冰山與冰層,在上次冰期退後之後,當地地表便持續以一種慢動作回彈的方式向上抬升中。而重力對海 洋的影響也持續發揮作用,當地的冰山後退,格陵蘭的冰層融化,重力的拉扯也微微減弱,讓更多海水得以往南溢流。

各地海平面高度的趨勢有時會跟全球平均顯著不同,全球海平面高度每年約上升3.2公分,位在麻州劍橋的哈佛大學地質物理學家Jerry Mitrovica表示,「有些地方海平面上升的速度是全球平均的十倍。」

陸地移動是一個因素。舉例來說,加拿大哈德遜灣就曾經埋在3公里厚的冰下,冰流失導致陸地現在每年上升1公分。當部分北美大陸向上抬升的時候,南邊的陸地就被壓下去,美國的東岸每年都下降幾毫米。

沈積也可能導致某些區域下沈地更快。舉例來說,河流沈積物的壓縮與抽取地下水掏空土地的現象,正導致中國的黃河三角洲每年下沈最多達25公分。

氣壓、風向、海流

複雜的因素還不止這些,水倒進來的時候,全球海平面不會以一樣高度平均上升。氣壓,風向與海流,都可能會把海洋中的水剷到另一邊去。舉例來說,自從1950 年起,在北卡羅來納州的哈特拉斯角(Cape Hatteras),長達1000公里的美國大西洋北岸,海平面上升高度是全球平均的3到4倍。原因大部分是:通常把水向外推的灣流與北大西洋的洋流逐 漸在減弱,所以讓水反溢回美國海岸。

最後,接近大片陸地與大型冰的水,其實是被重力拉到岸邊來的。當冰層融化的時候,重力場減弱,也因此改變海平面。舉例來說,如果格陵蘭的冰融化到足以讓全球海平面上升平均1公尺之多,重力效應將會讓格陵蘭附近的海面下降2.5公尺,並且讓遠方海平面上升達1.3公尺之多。

以城市為尺度的預測:紐約經驗

科學家與工程師們才正開始將這些效應納入當地的海平面預測中。2013年6月,紐約市的氣候變遷專案小組,開始把重力轉移的當地效應納入海平面上升預測。他們預測2050年前會上升30~60公分。

光是尋找與合併正確的資料組就花了6個月之久,不過這次的任務應該會成為為其他城市的範例,讓其他城市未來 也能在預測當地海平面上升數據時採用一樣的方法。位於紐約的美國太空總署哥達德太空研究院(NASA's Goddard Institute for Space Studies)負責研究氣候衝擊研究的Cynthia Rosenzweig表示,「我們真的致力於獲得最先進的科學研究結果。」

IPCC負責海平面上升章節的團隊成員之一、澳洲科學家Aimée Slangen去年提出了全球各區域海平面變遷的地圖,這份地圖將所有上述因素納入考量,且是全球首次有人公布此類型的地圖。但是這份地圖的解析度很模糊,像素大於100公里。研究人員想要提供以城市為主的預測,困難重重,因為這些因素嚴重依賴風跟洋流以數十年為單位的變化。 德州大學奧斯丁分校研究海平面的Don Chambers表示,預測這種變遷「問題很大」。

不僅是想要為當地衝擊研擬因應計畫的人對海平面上升區域數據有興趣,想要模擬全球效應的人也是。對後者而言,數據帶來了一些好消息。南極融冰造成的重力轉移其實應該有助於防止西南極冰層災難性的崩塌。因為南極失去了一些冰,當地的海平面將會下降,因此會讓一些漂浮的冰層邊緣得以觸碰到海床。有地面紮實支撐的冰比浮冰更不容易跑走,Mitrovica說,「如此一來冰層會比較穩定。」

海平面會上升到多高?上新世的參考價值

IPCC負責海平面上升章節的主筆John ChurchChurch表示,「海平面高度不會在2100年停止變動。我覺得這是人們不想面對的事實。」最終,人們還是得搞清楚。對更久的未來,海平面上升預測值會由現在的數十公分躍升至數十公尺。

在紐約葩立賽(Palisades)的拉蒙特‧多爾地地球觀察中心(Lamont-Doherty Earth Observatory)的海洋地質學家Maureen Raymo,過去幾年為了尋找300萬年前的貝殼等古化石遺跡,踏尋南非的廢棄鑽石礦場,尋訪了澳洲的礦坑,檢查了北美東岸的破碎路段。她希望可以重建現場,以得知上新世的海平面高度。當時的二氧化碳濃度跟今天一樣高,大約為400ppm,應可提供我們一點線索,用以預測未來幾千年後地球的樣貌──若我們能 給地球足夠時間對現今二氧化碳排放的現象反應。

Raymo表示,現今對上新世海平面上升的預估範圍從很低到40公尺之多。她說,「但並沒什 麼幫助。」上下限的巨大差異,幾乎是廣大的南極冰層東部大部份融化跟大部份都保持冰凍狀態的差異。不管冰層是不是在上新世融化,都多少提供了研究者冰層是否會崩塌,以及會以多快速度崩塌的一些瞭解。

重點不只在找到上新世的海灘,而在於找出陸地自形成以來經歷了哪些變動,陸地的變動是由冰層流失與大陸底下風化層不停移動造成。為了估計這些變化在過去數百萬年來如何發生,研究者依賴大陸覆冰量與風化層的黏度模型,而兩者都受到高度爭論。 Raymo說,「現今的模型都假設風化層的黏度無法測試,具高度爭議性,並且在不同群組間都不一樣。」

地球的變動使得預測過去事件的結果差異極大。舉例來說,之前在百慕達與巴哈馬的研究結果暗示了在40萬年前的溫暖期,當地的海岸線足足比現在高了20公尺。然而,在2012年,Raymo 與Mitrovica計算出當地地面變動的歷史,並且歸結半數明顯的海平面上升並非因水位上升,而是因為陸地下沈的關係,這也導致海平面上升的預測高度減 半。

即便已知誤差的範圍很大,能找出上新世海平面高度的唯一方法就是從多個地點蒐集數據,並且計算出全球海平面高度的最適解答。Raymo與她的團隊目前為止已經調查了數千公里的海岸線,從數十個海灘地點蒐集證據。她說她也許會需要再花五年在額外八個地點來完成這項任務。

繼續排碳 歡迎光臨始新世!

但是,她承認,不論她發現什麼,都不會是最糟的情況,因為溫室氣體濃度已經攀升到超過上新世當時的濃度了。「真正的最糟情況是我們不限制石化燃料的燃燒。那就會變成『歡迎光臨始新世』的情況」。也就是回到5500萬年前的溫暖期,當時可能只有一丁點的冰在兩極。

海平面上升接近70公尺,會淹沒整個佛羅里達州以及巴西大部份的土地,並且水會淹到自由女神像的腰間。這可能在幾千年後才會發生,意味著人類會有時間來調適,只是,這同時也意味著,大部份陸地將讓位給一波波不斷前進的浪花。

【參考資料】《自然》(Nature)(2013年9月18日),Climate science: Rising tide

【轉載自2013年10月4日環境資訊中心報導】