全球暖化的预测与因应:气候与生态、粮食及健康

地球系统是由包含地壳、土壤、水、空气,以及各种大大小小的生命体所组成的。 它是一个「动态」,而且「活」的系统,整个地球生态系统透过这个「动态」的机制,建立了生命演化的基础和多样化的生物形式,也建立了地球复杂的生态系。 

如果和其他星球比较,地球之所以能维持各种不同生命形式所需的生存环境,就是因为地球有水、大气、地热,以及由太阳提供能量,而能够维持一个「动态」的环境。在太阳提供热能的作用下,水分及大气不断地流动,带动了「水文循环」,不仅调节不同地区的气候及温度的变化,也可以透过雨、雪、冰雹等降水的方式,提供各种生命生存所需要的水。 

我们的生活不能离开水,水除了是维持生命的重要物质以外,我们还需要用水来清洁环境、保持卫生、灌溉农作、运送物资等。 水也是文明的起源,人类的历史能够发展并持续下来,适当的水源和良好的气候扮演着非常重要的角色。 在不断的演化过程中,整个地球生态系会逐渐达到某种方式的「平衡」,各种不同形式的生命与包括空气、水和土地的环境相互依赖,共同生存。 

大气层中二氧化碳含量的变化就是一个很好的例子。 各种天然及人为的活动都会产生二氧化碳,但是地表上及水体中的植物会透过光合作用,把二氧化碳转换为动植物呼吸所需要的氧气。 藉由不断循环转换的机制,大气中的氧气及二氧化碳的浓度逐渐达到某种「平衡」。 

然而,自从工业革命以后,大气中二氧化碳的浓度逐渐增加,使得原本稳定平衡的系统,受到「温室效应」的影响而加速变化,导致地表气温的上升。 根据2007年诺贝尔和平奖得主之一的「跨政府气候变迁专门委员会」(IPCC)的预测,到了21 世纪末,全球的平均温度将增加摄氏1.8 ~ 4.0 度。 

气温上升的结果会导致气候异常的各种现象,除了使干旱、洪水等的极端异常气候的发生频率增加以外,也会因为气候型态的变化,影响到水文循环,而改变地形及地貌,导致生态环境的急遽变化,农业的生产也因而受到影响,甚至直接或间接地影响人类健康。 极端气候异常发生的次数,也由1950 ~ 1960 年间的13 次,增加到1990 ~ 1998 年间的72 次。 在一些小型岛屿国家中,每10 年温度上升摄氏0.1 度,海平面上升2 公厘。 此外,太平洋及加勒比海区域温度上升的程度,也比其他地区更加严重。 

气候与生态 

生态系是由彼此互相依赖的不同生物族群共同组成的一个复杂系统,包含生产者、消费者、分解者等不同阶层的生物,以及周遭的物理环境。 在生态系内,由各个阶层内以及阶层与阶层间的不同生命形式所构成的生物多样性,具有重要的功能。 生态系供应生态圈内各个生物物种食物及其他营养,也分解各个生物物种产生的废弃物。 

以人类来讲,整个地球生态系供应了人类所需的食物,还供应生活所需的能源、清洁的空气和饮水。 除此以外,地球生态系也提供游憩所需的天然环境,以及许多生活必需品,并接收人类产生的各种废弃物。 

各种生物与其生存环境间的相互作用,使生态与气候间互相影响。 当气候发生变化,以致干净空气和充足用水的供应受到影响时,会直接干扰到生态系的正常运作。 当气候异常导致环境变化时,由于生物生存的环境受到影响,导致某些生物族群受到威胁,也会直接或间接地影响地球生态系统供应食物及生活用品的能力。 

当生态系统受到气候及环境变迁的影响而发生变化时,可能发生的现象包括动物的异常迁徙、植物开花季节的改变、寒带地区河川的提早解冻、农业生产力的改变、以及一些天然灾害,像是植物病虫害和传染病疫情爆发的频率改变。 同样地,各种生物的活动,特别是人类的活动,所造成的空气、水体污染及地形和地貌的改变,也会直接或间接地影响大气组成与气候状况,甚至改变气候型态,导致生态系统的变化。 

当生态系内某个环境的温度和降雨类型由于气候变迁而变化时,随着环境条件的改变,某些类型的生物栖息地会受到影响而消失。 同时,另一类型的栖息地可能因此而扩大,原有的社区架构和不同物种间的交互作用也可能改变。 例如当气温上升时,某一水体中的温水鱼可能取代冷水鱼,导致鱼类生态的变化。 森林中的树种分布受到气候变迁的影响,不仅树种分布可能发生变化,森林的「健康」状态也可能受到影响。 

气候暖化不仅促进植物疾病的发生率和害虫的活性,也增加森林火灾发生的机会,同时会引起水源和水质的变化。 在生态环境因气候及环境变迁而变化时,濒临绝种的生物因为栖息地的改变,将承受更大的压力,而外来物种却可能因而得到更多的栖息地。 

气候变迁也可能引起游憩和旅游业方面的巨大变化。 例如气候暖化可能导致较长的夏天和较短的冬天,因而季节性的夏季活动,像是露营、划船、健行的时间将变长,冬季运动的季节却会缩短。 

气候与粮食 

农渔业的发展与气候条件能否配合有很大的关联。 用传统的气候节日来讲,不同的农渔业项目都有对应的「节气」。 适度的天候可以维持农作物的良好生长,洪水、干旱则会直接危害农作物的收成。 

在台风季节,台湾地区的农业生产常常因为强风豪雨,造成农作物浸水腐烂、水稻倒伏、果树落果等,以致出现重大的农业生产损失。 但是,降雨不足的时候,农业生产因为配合水资源的调配而进行「休耕」,也时有所闻。 渔民出海作业也会配合季节及气候变化调整作业区域,以捕捞不同的鱼类。 即使是陆地的养殖业者,也必须注意天候的异常变化,例如在冬季,台湾地区常常有虱目鱼在寒流来袭时受寒害而大量死亡的报导。 

气候暖化导致的极端气候,包括洪水及旱灾,会影响未来水利及灌溉系统的配置,因而直接影响农业的生产。 尽管科技大幅进步,作物生产和灌溉系统也都持续改善,但是如果农渔业系统未能及时调整,来因应气候暖化导致的极端气候,将来的农业生产必然会遭受到收成减少的后果。 

受到全球暖化及气候变迁的影响,未来的农业生产会面临下列4项问题: 

农业生产的不稳定性由于气候变迁导致气候异常机率增加,未来农业生产的不稳定性也会随着增加,结果是农作物的产量会有较大的波动。 某些地区会因为气候暖化的影响而受益,像是高纬度的地区,因为农作物的生产季节变长而有较多的收成。 相反地​​,其他地方却因为气候异常,导致农地受损、产量降低。 

农业生产的种类和农业结构都将发生变化由于气候变迁,不仅农业地区的发展受到影响,农业生产的种类和农业结构预期都会发生变化。 由于土壤的生产力,以及适合种植的作物种类,都可能受到冲击,原有的水稻、玉米、小麦等农作物,以及各种不同类型果树的种植区域,也可能有所改变。 

土壤中有害微生物的活性增加在气候暖化的地区,不仅土壤中的微生物作用将加强,害虫的繁殖也会加速,因此肥料及农药的使用量也都会增加。 这样一来,不但增加农业生产的成本,也会影响农业地区的生态环境,对农业未来的长期发展,祸福难料。 

沿海低洼地区的农渔业发展受到限制在全球气候暖化的作用下,海平面上升会影响沿海低洼地区的农渔业发展。 海平面上升,不仅增加沿海地区暴雨季节淹水的机会,以及延长淹水时间,海水入侵的结果,也会导致土壤及地下水的盐化。 更严重的后果是地下水不再适合灌溉,土壤也因盐分过高而不再适合耕种。 

气候与健康 

人类的活动往往会对周遭的自然环境产生冲击,如果冲击仅局限在一个小区域,而且它的强度不大,在一定时间内,自然环境就能恢复到它的正常状态,这也就是环境的「涵容能力」。 但是,自从工业革命以后,人类活动对自然环境的冲击,已经达到自然环境很难恢复原有状态的程度。 

气候暖化导致的极端气候,包括干旱、台风、洪水发生频率的增加,不仅影响生物的生存状态,也加剧了对公共卫生体系的冲击,这些包括各种直接与间接的冲击。 因为气温遽增或遽降引起的死亡率增加,算是一种直接的冲击;因为气候的暖化,引起病媒繁殖区域的变异,从而引发传染病例的增加,则是一种间接的冲击。 此外,气候暖化​​或气候变异引起的水资源匮乏,从而导致公共卫生问题,也是一种间接的冲击。 

在较温暖的气候中,包括病媒蚊及啮齿类动物的各种病媒和致病微生物,会比较容易生存与繁殖。 气候暖化后,病媒可能会在本来比较寒冷不会导致疾病的地区开始繁殖,而在原先便可以生存的地区,繁殖季节也会因此而增长。 结果是发育加速和活性增加,进而造成传染病的蔓延。 在气候暖化区域较可能增加的传染病,包括疟疾、登革热、黄热病等。 气候暖化也增加了原本比较寒冷的区域爆发传染病疫情的机会,使传染病疫情的发生区域及疾病的发生型态产生变化。 

气候暖化也可能导致更严重的空气污染。 在比较高的气温下,大气中的化学反应可能加速,衍生比较多的臭氧等二次空气污染物,带来更严重的呼吸道疾病。 此外,气候暖化​​也可能增加空气中的花粉、真菌及各种过敏原的浓度,引起气喘、过敏等病例增加。 

在水资源方面,气候暖化​​会导致海平面上升,海岸地区会因而淹水,使得淡水的供应因为盐化而受到影响。 以台湾为例,在地层下陷相当严重的台湾西南海岸地区,淡水的供应势将受到冲击,而且饮水供应不足也容易导致公共卫生的问题。 很多肠胃道疾病都有季节性变化的特性,例如热带地区的腹泻常在夏季达到高峰。 而极端气候的发生,也会增加肠胃道疾病发生的机会,主要是因为豪大雨或干旱影响饮水的供应,以及饮水遭到病原体的污染。 

全球气候变迁也可能使热浪发生的强度和频率上升。 在温带地区,如果有持续的热浪来袭,可能引起热衰竭或中暑,严重时,甚至引发死亡的案例。 这些因为极端温度变化所引发的严重病例事件,大多发生在已经有疾病在身,特别是心血管疾病及呼吸道疾病的患者身上。 老人、小孩和健康状况不好的人,尤其是容易感染的族群,都必须特别注意气候变化的影响。 

气候暖化的过程正在发生中,它的影响也已经相当明显。 即使立即采取积极的措施来改善温室气体排放,也无法有效地预防气候暖化在将来继续造成问题。 环境变迁及气候暖化对未来的人类生活,像是包括粮食及健康的潜在冲击,迄今仍然有许多的不确定性,以致无法明确地判断因果关系。 为了因应全球变迁及气候暖化对人类生态的潜在威胁,我们应该做好各项有关环境生态或人体健康的规划工作,结合气象、生态、农业与公共卫生的研究成果,执行适当的因应对策,以减少损及环境和人体的状况发生。

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