基本上我要介紹的是所謂的，氣候模式，那，在這裡讓大家看到，從我們所處的，所謂氣候的環境裡面，基本上，是非常多變，然後，複雜的，我們生活在的這個所謂天氣現象裡頭，其實你可以從這些衛星的影像，氣象觀測、影片，或者甚至你抬頭往外看，就可以看到這些所謂天氣的型態，那這些天氣的型態，你會發覺，它好像有時候持續的，有點重複的在發生這些現象，可是又不完全的一模一樣。當然我們，有興趣的是，對於氣侯科學家而言，有興趣的就是，想要知道說，到底這樣一個氣候系統，到底是怎麼樣子去運作的?問題是我們所看到的這些天氣現象，往往是有非常多重的，這個時間跟空間的尺度，而且，有不同的尺度之間的一些交互作用，所以，其實你不能，說我們切下一小塊氣候，然後，去研究這一小塊氣候到底怎麼回事，或者把這一小塊的氣候，帶進研究室裡面去研究，然後說：我們現在了解氣候是，到底是怎麼一回事，它基本上是，是扣合整個連在一起的。那我們所處的現象，基本上，跨越的這個時間的尺度，空間的尺度，其實是非常大的，那我舉的例子是說，大概是，從數學家估計，也許是四個這個數量級，那也就是說大概，一百兆倍，那，從什麼開始呢？從這個空氣裏面的懸浮微粒，氣溶膠，那這些氣溶膠可以讓凝結雨形成，或是降雨，然後一直到這個，所謂全球氣候。
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從空間的尺度來講，大概是從1微米，一直到整個地球的大小，大概3萬公里的這個範圍，所以14個數量期，從時間的角度的話，也幾乎是14個數量級，意思是說，我們從它這個微物理發生的過程，微秒的時間尺度，一直到幾千年的時間尺度，我們要處理的，是這樣的一個系統。到底我們怎麼來看這些系統，到底這些系統的運作，到底要注意一些什麼，如果我們把這個，這個剛剛講的兩個時間尺度拉開來看，然後切開來成不同的方塊，然後我們去了解說，比方說，我們比較熟悉的天氣預報好了，那天氣預報在這個，所謂整個時間，空間尺度裡面，比方說，空間尺度大概在我們的5個數量級左右，意思是說，從整個行星的尺度，一直降到幾公里，我們都有興趣，從時間的尺度，幾分鐘一直，也許天氣預報而言，是到這個，大概是這個10天左右。不過如果你有興趣的是氣候，當然不只是10天，也許需要知道季節、年、年代，幾百年，或甚至千年，或者甚至，從空間裡頭，有一些過程，我們說是，所謂沒有辦法處理的這種，所謂次網格的現象，那我們在這個，所謂，大氣模式裡面，需要找一些配備解析的東西，來代表那些沒辦法解析的過程，那這些讓，對於氣象，或氣候科學家來講，都是很大的挑戰。如果回到所謂氣候模式，其實，相對於天氣模式，我們在過去，比方說，1990年代，發展的氣候模式比這個，所有的時間尺度，空間尺度大概只有大概，接近3個數量級，也就是說幾百公里到上萬公里的這個空間尺度，那說起來當然，在過去的氣候模式，如果是幾百公里，你可以想像，台灣也許甚至只有一個網格點這樣子，那到了，2010年代的話，我們也許可以跨到4個數量級，意思是說水平的空間尺度，降到也許幾十公里的這個解析度，這個是，我們目前，處理氣候模式裡面，所用的氣候模式，相對應的這些時空尺度。
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這個時空尺度上，比起真正，我們剛才講，跨越的，還差很遠，過去，比方說我們花了10年的時間，才讓空間的解析度增加一個數量級，就增加10倍，可是，10倍，基本上都是在過去的10年，你必須要增加計算的能力增加，幾乎要1000倍，你才能夠應付這樣的變化，所以我們當然還有很長的路，要繼續走。當然，不只是，比方說剛剛講，純粹對大氣模式的部分，時空解析度的增加，我們當然知道地球氣候系統裡頭，除了大氣之外，還有海洋，還有陸地、植被、冰雪圈，這些過程，然後，從1970年代開始，我們建立氣候模式以後，就簡單的大氣、海洋、陸地的過程，海邊的過程之外，逐漸的在過去我們，逐漸模式的發展，那模式本身變得更複雜之外，我們陸續的加進一些，不同的，氣候系統的子模式進去，當然，比方說這個，氣溶膠，對於這個空氣微粒裡頭，那它到，對地球系統裡面造成的作用，到底是什麼？那另外，就是，碳循環，碳循環的過程裡頭，我們希望把它包括進去整個氣候系統裡頭。另外就是，植被，植物的動力，希望增加這些，進一步增加這些生態系的系統，生物圈的模式，進到我們的裡頭，大氣化學，或甚至陸冰，也有考慮這個，所謂冰河期這種更長期的模擬，而現在當然越來越複雜，但是需要的計算時間，但是到底這個氣侯模式上，我還沒提到說，到底氣候模式到底是長的什麼樣子，然後這些氣候模式變得越來越複雜，是不是變得越來越真實，我在上這個氣候模擬的過程裡面，我跟學生，通常喜歡用這個引一個，過去人講的話來談氣候，談模式，或談氣候模式，是說這個All model are wrong, some useful.它的意思是什麼呢？意思是說，當然模式，作為模式，它總是一個鏡子，它絕對不可能，跟真實的完全一模一樣。
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所以總是有誤差存在，可是那我們還為什麼要用模式，或者說，為什麼有些模式有用？意思是說，這些模式，可以讓我們在，用模式的時候學到一些資訊是，我們如果沒有用模式，是沒辦法得到的。那我可以舉一個最簡單的氣候模式，作為例子，就比方說，這是所謂地球的能量平衡模式，說起來最簡單的氣候模式，基本上，只是在談地球的能量平衡，所以這個能量平衡的過程裡面，你考慮的就是，入射太陽輻射減掉反射的太陽輻射，就是，吸收能量，然後，這應該是相等於地球往外輻射的能量，那你需要考慮的也許只是需要帶進去，你知道太陽入射能量，太陽常數是多少，然後有多少這個能量會被反射回去，然後如果你知道所謂輻射的Stefan-Boltzmann constant然後你就可以算出來，地球的平衡的溫度，這個溫度大概是多少度呢？如果你帶進去這些常數的話，大概是255度，可以馬上發現，氣候模式告訴我們的溫度，怎麼跟我們知道的地球溫度不一樣，那這是我們可以知道為什麼，知道說，實際上，我們地球的平均溫度，大概288度，這30幾度的差別，就是因為有地球大氣的存在，就是有所謂溫室氣體的存在，產生這個作用，使得我們的溫度，輻射有效平衡溫度，跟地表溫度不一樣，那這個是我們從這個過程裡面，可以學到，雖然看出來的結果，好像有問題，可是實際上，我們從裡頭學到一個很重要的，就是剛剛我們講的這種，所謂溫室效應的作用。那當然，這個是一個簡單的例子，那真正的氣候模式，當然是相對，比較複雜的，不過基本上，你可以把它想像成，我們就只是把這個地球，畫成很多網格，包括大氣、海洋的部分，然後去計算一些，所謂，基本的物理的守恆定律，或者是狀態的一些描述的方程式，然後這些所謂包括，能量守恆也好，質量守恆，動量守恆，就在這些網格上，做這些計算，然後基本上，氣候科學家，尤其是做模式的人，就把這些過程，寫成一行一行的電腦程式，讓電腦去執行，然後得到，計算一些隨著時間演變的結果。
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那大概就像我剛剛講的，不只是大氣的部分，還包括海洋的部分，冰雪圈的部分，或是生物圈的部分，陸續的被加到這個模式裡頭。但是，我剛剛也強調說，另外是，由於過去當電腦支援計算的這個加速的話，那使得我們，所處理的，氣候模式的解析度，可以越來越高，那當然，在越來越高的時候，當然，主要的好處是，比方說，剛剛談的地形的作用，或者是一些，比較細的這個，海陸的分布等等，這個可以在這個比較高解析度的模式裡面，被解析出來，那當然更是需要，花更多的一些電腦資源的計算。除了剛剛我們講的這些會被網格解析出之外的一些過程，我們總是在每一個網格裡頭，還有一些所謂次網格的過程，是沒辦法被解析的，那剛剛我講說，需要想辦法去處理，在這種過程裡面，特別需要處理的就是比方說，這個輻射傳遞的作用，或者是這個成雲降雨的過程，或甚至這個地表的這種作用，那特別是，雲的這種微物理，或者是，動力的過程對氣候學家來講，是最棘手的問題，因為當我們知道即使是模式、最先進的模式也許可以到幾十公里的解析度，但是當我們抬頭往外看的話，知道這些雲朵甚至小於1公里幾百公尺的這個範圍，有一朵一朵雲飄過去，所以，而且，甚至有時候當然，幾百公里的範圍裏面，有一些不同種類的雲，都可能同時存在，到底怎麼樣去處理這類的問題，那就是，科學家試著去做，用所謂參數化的方法，去代表它們，那當然這也變成是氣候模式裡面，非常嚴重的一些不足的問題。那麼地表過程就是我剛剛講的，就一個網格裡頭，當然可能裡頭有所謂，都市有所謂植被，有所謂湖泊河流等等，那不同的土壤，你也必須要去處理，那如果，我們把這些所有複雜的東西，全部放在一起之後，你所看到的，就是像這樣子，非常漂亮的這個，所謂的過程，它告訴我們氣候學家說，到底整個地球氣候系統，到底怎麼樣子在運作，那這裡，比方說，你可以看的到是這個，溫度的變化，日夜的變化，當太陽移動的時候，到底整個溫度怎麼變化，那你可以看的到，中緯度的氣旋系統，那相對應的原因，或者是這個，熱帶地區的小的對流系統，在這個，整個氣候模式的模擬裡面呈現出來，或者你也可以看的到，這個在，比方說，熱帶地區，有一些所謂颱風形成，像對應的水氣，或者是，它伴隨著降雨量，這些都是在氣候模式裡面，可以得到的。
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那看到這些結果，你當然是相當程度的，對氣候學家而言，當然是相當程度的興奮，意思是說，至少我們覺得我們努力，建構出來的氣候模式，是的確可以重現我們觀測到的這些，氣候系統這些主要的特徵。可是我們其實更有興趣的是，這樣子的系統，如果我們給它一些擾動的時候，它到底怎麼反應，那怎麼反應，就變成是對氣候變遷問題，考驗氣候模式的能力這都是很重要的挑戰，擾動氣候系統的這個過程有很多，就比方說是，剛剛這個，張教授提過的，太陽的這個，活動的一些變化，或者當，比方說有比較大的火山爆發，一些火山灰進到平流層裡面所產生的一些效應，或者是，空氣的污染，產生的這些懸浮微粒，它本身對太陽輻射的一些散射，或者說進一步對雲的影響，或者是飛機飛過去，產生了零結尾這些，都是所謂、所謂懸浮微粒的影響，那另外當然，我們對於，人類對於土地的利用開發，包括耕作面積，或者是這個都市化的結果，當然這個過程，因為對於地表的這個反照率產生一些變化，使得這個太陽，等於是地表的輻射，產生一些變化，這些，影響到的地球輻射平衡的所有的過程這樣，可以想像的到，都會對氣候系統有影響，比方說臭氧洞當然也對氣候系統有一點程度的影響，那不用說，我們最有興趣的就是溫室氣體本身的變化，對這個系統的影響。
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當然這也是我們一個挑戰，當然我們知道說，到底氣候系統在受到這些外在擾動的時候有的反應是什麼，那是我們期望知道的，比方說我們的確可以確定，這些氣候系統可以模擬出，比方說，6000萬年，當這個地球公轉自轉的軌道有一些變化的時候，那當時的氣候的狀態，是可以被掌握的，那或者是，當火山爆發以後，產生了這個火山灰，到底對整個全球的溫度的影響是什麼，也可以被掌握的，或者當，我們把所有過去，知道百年的這些擾動的因子，放進去氣候模式裡面，我們的確可以模擬出過去的這些氣候的變動的情形。如果我們有了這個完整的工具，我們可以問，越來越多越複雜的問題，在這裡，比方說是，談到這個所謂剛剛談的就，大氣裡面懸浮微粒的模式，那現在已經，放到這些氣候模式裡面，那我們可以問說，比方說，在橘色的部分是撒哈拉沙漠的這個沙塵，這些沙塵進到大西洋以後，到底對這些颶風有什麼樣的影響？那紅色的部分比方說，這個生質燃燒所產生的這些有機碳的東西，到底對雲，或對雨的影響是什麼？或者說這些白色的，空氣污染物到底，它的散射，對於太陽反射的能力是多少，然後對地表的溫度，可以產生什麼樣的反應，這些是我們，在這裡可以做的。那這裡當然是，針對，過去，從19世紀末一直到21世紀初，如果針對，過去氣候去做的歷史的模擬的狀況，那上面的是，氣候模式的模擬，下面是觀測的資料，那我們當然可以看的到，當然一開始也許這些變化是比較隨機的，因為當然我們只要求氣候模式在統計上，有相對類似的結構。
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可是最後到，20世紀末你可以看的到它，所浮現出來的這個所謂global warming，或者說全球暖化的特徵，的確這觀測是很相近的。當然，如果相對於剛剛談的這個，所謂觀測跟紅色的部分，這是所謂，所有的Forcing以下，所產生的，化學效應，如果我們把這個人為的作用拿掉，那得到的是，藍色的部分，換句話說，當然在IPCC的報告裡面，將來強調的，之所以我們這麼確定在過去的百年，特別是過去30年來的一些，所看到溫度的變化，那是的確沒辦法透過自然的Forcing得到，是勢必要把人為的Forcing加進去。當然，最後談的也許談氣候未來變遷的部份，到底我們可以怎麼做，這也可以加一點，如果我們當然可以，有這個未來的觀測，當然我們當然會相信，比起我們這個用的氣候模式更多，但是當然，問題是我們，我們沒辦法，在目前有這些未來觀測，所以你有這個，可以看到未來的這個水晶球，告訴你未來會怎樣發展。不過，氣候模式就變成是，氣候科學家用來看未來到底怎麼回事的一個工具，那這個工具當然，最重要的重點是說，我們其實對未來發展其實不是，不是完全很清楚，當然未來因為有很多，不確定性，未來發展，全世界發展，未來情境是什麼，我們不知道，所以，更是要讓，用這些工具最重要的事情當然是，希望去提供對未來的推估，那我們，可以有個選擇，到底這個選擇，是要我們對於這些溫室氣體，積極減量，然後可以讓我們的整個，未來的這個全球的溫度，當然會變化，但也許變化的幅度，是在於一個，我們可以忍受的範圍，或者當我們做持續排放，不做任何的事情的話，那當然這個所謂，比較短，百年的時間尺度裡面，會看到了這個4、5度的溫度變化到底是不是，我們可以忍受。這個選擇，當然我想就是，交給大家去決定，好謝謝。
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主持人：謝謝陳教授的分享，那我想模式就像科學家水晶球一樣，可以幫助我們了解，甚至是預測未來。剛才您提到的都是比較大尺度的，全球規模的一些模式的一些例子，那我想請教您，如果是在台灣，比較小尺度的部份，有沒有一些比較成熟的模式，已經可以提供給我們做一些氣候相關決策的參考。
陳教授：這個問題，當然我在這個演講裡面沒有特別提到，比較進一步把氣候模擬，或氣候推估的資料區域化的問題，當然我們說過，解析度可以提高，可是解析度提高，永遠趕不上我們真正的需求，那如果我們的國家朝這個，所謂氣候變遷調適，去做很多規畫的話，這個調適，在做調適之前，也先要知道說，到底我們整個未來台灣的整個氣候環境，會怎麼變化，那也是我們調適的基礎，如果我們連那個都不是很確定不是很知道的話，那當然，對調適來講，是更大的挑戰。關於這個部分，當然我們目前，透過科技部的計劃的這個支持底下，我們嘗試著去建立，所謂台灣未來氣候變遷推估的一個資訊平台，會提供這些相關台灣的這個，進一步到5公里的解析度的，所謂溫度也好，或者是，降雨的資料，當然我們主要如果要考慮這些所謂不同的模式，說可能造成的這些，所謂不確定性的範圍，或者用一種比較機率的方式去看，因為這些模式對未來推估不見得一致的情況之下，那用一些比較機率的角度去看，未來可能變化，台灣未來可能變化的狀況，那我們目前，主要用的是統計的方法，當然也可以用動力的方法，如果，我們有足夠多的模式，足夠多的這些所謂全球的、或未來的情境，那也可以，但是目前當然因為計算資源的關係，我們比較沒有朝，動力模式的角度去做，但是目前我們從統計的部份，可以提供一些所謂，未來這些氣候變遷的一些，所謂發生機率的變化的這個推估。
主持人：好，謝謝陳教授的補充，看來，下次我們有機會，可以再找TCCIP的團隊，再跟我們介紹更多的細節，謝謝。