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Take Home Message
• 自1980年代以來，科學家便發現全球暖化與極端天氣事件，聯合國等國際組織更將氣候變遷與永續發展定調為全人類需共同關注的關鍵議題。
• AI可應用於多種氣候變遷調適策略，包括協助企業發展淨零排放；預測洪水及海平面上升，增加沿海區域對抗氣候問題的韌性；結合長期氣候資料進行氣候變遷預測。
• 儘管AI協作能夠降低全球碳排，但AI模型的建置與維護本身就會產生大量碳排放，且AI也可能淪為氣候科學反對論者的工具。因此我們需學習以正確、謹慎的態度使用AI技術。

氣候變遷議題在科學界的討論很早便開始。19世紀時，物理學家傅立葉（Joseph Fourier）曾以「鐘罩」比喻二氧化碳（CO₂）對於地球大氣層造成的加溫效應，至今已經超過200 年。到了1980 年代，更多科學家發現溫室氣體的濃度大幅上升， 並預言這將導致全球暖化及極端天氣更為頻繁。1985 年，世界氣象組織（World Meteorological Organization, WMO）以及聯合國環境規劃署（ United Nations Environment Programme, UNEP）首次發出警訊，指出「人類活動可能正在改變地球氣候系統」。為促進各國對氣候問題的協調行動， WMO與UNEP在1988 年成立了「政府間氣候變遷專門委員會」（ Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC），前一年聯合國也才剛通過《我們共同的未來》（Our Common Future）報告書，揭示人類共同願景為永續發展（sustainable development）。自此，氣候變遷議題正式進入人們的視野與討論話題，並與永續發展的論述結合。

氣候變遷議題的演進

自IPCC 創立以來，各國展開了一系列努力，協力減緩溫室氣體排放。各式條約的簽訂促使各國將氣候變遷、生物多樣性維護等議題納入國家政策以及企業經營考量。如今氣候變遷已經進入緊急狀態，且去（2024）年的全球升溫更已經比工業化前高出1.55℃，加上極端天氣事件的頻率與尺度持續升高，氣候變遷儼然成為人類發展的重大關鍵議題。

近年來，人工智慧（artificial intelligence, AI）技術逐漸發展成熟，也衍生出了許多演算模型，可以自行做出預測或分類的機器學習，仿照人類神經網路結構，甚至自動從大量資料中學習抽象特徵與複雜模式的深度學習， 以及讓電腦能夠理解人類語言，並加以解釋的自然語言模型， 例如由美國人工智慧研究公司OpenAI所發表的ChatGPT（chat generative pre-trained transformer ）等。由於具備快速的計算能力以及圖像辨識能力，目前已有眾多奠基於AI模型所開發的應用工具，可大幅提升工作、生活與研究效率。此外也有許多AI 應用結合氣候變遷相關研究的實例，可協助專家學者更有效率地預測氣候變遷模式並制定相對應的措施。接下來將探討造成氣候變遷的因素、氣候變遷造成的衝擊，並介紹AI 工具如何應用在氣候變遷的因應措施上，以及相關技術未來發展的潛力與挑戰。

影響氣候變遷的因素

氣候描述的是一個地區長期（至少30年）的溫度、降水、氣壓、風等氣象要素的平均狀態與變異，包括極端與異常情況，通常與特定地區的環境特徵、地表植被、產業發展較為相關。全球氣候系統由五大部分構成：大氣、陸地、海洋、冰川和生物圈。這些部分相互作用，共同塑造地球的氣候。

大氣是氣候系統中最直接的媒介， 包括含量比例穩定不變的氮氣（N₂）、氧氣（O₂）、氬氣（Ar）等固定氣體，以及比例會波動的其他氣體，例如溫室氣體、臭氧（O₃）、水氣等。大氣中的溫室氣體能吸收地表放射的長波紅外線產生熱能，維持地表的溫度，也就是「溫室效應」。自然界的水蒸氣、二氧化碳、甲烷（CH₄）、一氧化二氮（N₂O）等氣體都具有這樣的特性。（但水蒸氣量大，可認定為環境中的背景值。）在《京都議定書》（Kyoto Protocol）中僅規定「人為額外排放的溫室氣體」才需納入管制。此外，自然生態與氣候變遷緊密相關，透過地表植物的光合作用、呼吸作用、固氮作用調節碳氮循環；不同的地表植被也具有不同的土壤濕度及地表反射率，會影響太陽輻的吸收程度。海洋與冰川在熱能調節上則扮演著不同的角色，海洋因具有大於陸地及大氣的比熱特性，可吸收大量熱能，並透過表層暖流及深層冷流帶動全球熱能的轉換；冰川則因為表面明亮，有高達80 ～ 90% 的反射率，有助於降低地表溫度。

「氣候變遷」是指長時間（數十至數百年）內，地球氣候系統的平均狀態或變異性〔註〕發生明顯改變。這種變化會表現在氣溫、降雨模式、乾旱頻率、極端天氣事件等現象。氣候變遷可能由自然因素驅動，像是火山噴發（可以將大量灰塵和氣體注入大氣，短期內降低全球溫度）、太陽輻射變化（週期約為11 年）或是地軸變動（地球自轉軸的傾角、歲差及軌道離心率共同影響地球接收太陽能的分布）。過往地球曾出現過的冰期、間冰期即由這些自然因素共同造成。至於近期人們討論的氣候變遷，則是自工業革命以來，人類大量排放溫室氣體，形成「人為額外產生的溫室效應」（extra anthropogenic greenhouse effect）所導致的氣候異常變化現象。根據IPCC於2021年的評估報告，人類活動，尤其是溫室氣體排放，是自19世紀中葉以來全球暖化的主要驅動力。2011 ～ 2020年間，全球平均地表溫度比1850 ～ 1900年高出約1.1°C，且升溫速度超過過去2000 年的任何時期。先前由於新冠併發重症（COVID-19）疫情， 全球排放量略有減少，但在疫情高峰期過後，溫室氣體排放量重新上升，於2022年達到538億噸，且仍在持續增加中。

〔註〕地表均溫增加即為氣候系統平均狀態的改變，更狂暴的颱風或極端高溫低溫等則為一種氣候系統的變異性的改變。

首要造成大量溫室氣體排放的人為因素為化石燃料的燃燒，包括煤碳、石油以及天然氣的燃燒。工業革命至今，化石燃料的使用驅動了工業文明，確實帶給人類很大的便利性，卻也對環境造成極大傷害。例如開採煤礦使山林原始生態遭破壞、化石燃料的燃燒因產生硫酸（H₂SO₄）和硝酸（HNO₃）等酸性物質而形成酸雨、原油外洩導致海洋生態的毀滅式破壞等，可以說化石燃料對於人類生活扮演著「雙面刃」的角色。……【更多內容請閱讀科學月刊第667期】