反饋、時滯和臨界點
如果大家閱讀本文期間是秋、冬時節,而剛好讀到這一章之時,外面是藍天白雲、金風送爽,則你站到戶外享受著這一切時,無論是你的腦袋還是你的身軀也實在無法接受,人類正在步向一場史無前例的巨大災難。你不禁會問:這一切都是真的嗎?抑或整件事情不過是我們庸人自擾、杞人憂天?
筆者當然希望我們真的是庸人自擾,但我們無法對眾多科學家過去大半世紀以來的辛勤研究成果視若無睹,更不能無視於現今世界發展趨勢的不可持續性。不錯,在熱浪退卻和暴雨不再的一刻,平靜怡人的天氣很難使人聯想到大自然那可怕的威力,這便有如在大海嘯之前,我們在海灘漫步時所感到的平靜安詳,而遠方海上的一點兒濤動是如此的毫不起眼…。
在氣候變化的過程中,充滿了非線性(non-linear)的「反饋」、「時滯」和「臨界點」作用。要充份了解變化將如何發生,我們必須對這些作用有基本的了解。
首先讓我們看看「反饋」(feedbacks)的概念。反饋可以分為兩大類:正反饋(positive feedback)與負反饋(negative feedback)。前者指「某一事物的變化會進一步加劇這一變化本身」;而後者則指「某一事物的變化會反過來抑制這一變化的進一步發展」。
一個很好的例子是在一個酒會中,由於人多而彼此的談話聲浪頗大,為了令對方聽得清楚,我們談話時惟有把聲浪加大,如是者背景的聲浪只會更大,而我們惟有把談話聲浪再加大…。這種聲浪不斷提升的情況我們稱為「正反饋」。好了,如果背景聲浪已令到我們無法好好交談,於是不少人借意把交談結束,結果是酒會的聲浪降了下來。這種「聲浪上升,最後導致聲浪下跌」的情況,便正是一種「負反饋」的現象。
反饋作用在很多自然界的變化中皆十分重要。大家也許都聽過「風乘火勢、火助風威」這種說法吧。風和火的相互促進便是一種正反饋的現象。但假設烈火把整座樹林燒毀了,大火因為再沒有東西可燒而最終熄滅,這也可被看成為一種負反饋作用的表現。此外,雪崩之中的所謂「滾雪球效應」(snowball effect),也顯然是一種正反饋的結果。
大家有沒有想過,我們在唱卡拉 OK 時,即常常會體驗到一種典型的正反饋現象?原來我們偶然不謹把拾音器(咪高峰)指向著揚聲器(喇叭)之時,揚聲器發出的聲浪會被拾音器拾取,然後交由擴音機擴大,從而再由揚聲器播出,然後再由拾音器拾取,然後再……。不難想象,這樣滾雪球式的效應會導致音量的驟然上升,從而使我們嚇了一大跳。
反饋現象也普遍存在於社會現象之中。例如有傳聞說股市會因為某種原因大幅下挫。為求自保,不少股民於是將手上的股票拋售。結果是一眾股票的價格向下調、從而觸發起更大的拋售潮、從而進一步將股市推低…。這種惡性循環當然也是正反饋在發出作用。
我們往後會看到,全球暖化背後充滿著各種正、負反饋的現象。現在讓我們只是看看兩個比較簡單的:天氣熱了人們把空調加大,結果是用電更多燃燒更多化石燃料,從而釋放出更多二氧化碳令天氣變得更熱…。不用說這是一個正反饋作用。可是另一方面,如果溫度升高令洋面的蒸發量加大,從而增加了大氣中的水汽並導致全球的雲量上升,則入射的太陽輻射會被雲層所反射和遮擋,最後令地球的溫度下降。這種變化便是一個負反饋的現象。
現在讓我們來看看「時滯」(time lag,又稱「延滯效應」)和「臨界點」(critical point,俗稱 tipping point)又是什麼回事。
讓我們做一個小小的假想實驗。假設在一個寒冷的冬天早上,我們把一塊牛油從冰箱裡拿出來。我們為了令它快點兒溶化,於是把它放到一個平底鐵鍋並把鐵鍋放到灶頭上加熱。好了,讓我們選擇最猛的火力。問題是,牛油是否於開火後便立刻溶化呢?
答案當然是不會。原因是鐵鍋本身也是冷冰冰的,即使有猛火在下面燒,它也要一段時間才會升溫,而升溫後的鐵鍋會把熱量傳給牛油,牛油則會不斷吸熱然後慢慢升溫。而只有當整塊牛油的溫度高於它的溶點時,牛油才會開始溶化。
由這個簡單的例子可以看出,事物的變化是需要時間的,而且變化中往往有一些重要的轉捩點,例如上述牛油的溶點便是。這些轉捩點我們統稱為「臨界點」(critical point),有時又稱為一項變化中的「閾值」(threshold)。但在日常用語中,一個更為人熟悉的英文稱謂是 tipping point,最接近的中文翻譯便是我們日常所謂的「轉捩點」。
讓我們再深入點看看時滯效應不性質。這一效應主要源自一個系統在面對外來干擾時的各種固有「隋性」(inertia)。例如鐵達尼號在撞向冰山之前,船員已經發現危險並立刻將船減速和轉向。但海水的巨大阻力令轉向不可能即時發生,而船隻前進時的巨大速度亦令它無法即時停止。結果是,災難性的碰撞還是發出了…。
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如何喚醒夢中的青蛙?
筆者三十多年前開始關注全球暖化問題(那時稱溫室效應威脅),並曾於一九七九年的一次太空館公開講座中作出講解。轉眼多年,問題不但未有解決反而變本加厲。二零零二年我出任香港傑出協會主席,便立刻請來了天文台長林鴻鈞先生出席協會的晚宴,並向會友講解這個日益嚴峻的問題。
二零零七年戈爾(Al Gore)因呼籲世人關注這個問題而獲頒諾貝爾和平獎,我以為人類終於醒覺。然而零八金融海嘯之後,各國因自保不願作出任何犧牲,零九年的哥本哈根氣候會議雖有奧巴馬溫家寶親身出席,最後無法達成協議。有見及此,我急急草擬了一篇名為《力挽狂瀾、刻不容緩》的「傑青宣言」,並獲得會友通過放於協會的網頁(www.toypa.org)。協會更於二零一零年舉辦了記者會,並把宣言聯同一些環保建議交給了環境局和立法會。
有感於人類正如「溫水煮蛙」寓言裡的青蛙,我在經濟日報出版社石鏡泉先生的支持下,花了不少心血寫了《喚醒69隻青蛙—全球暖化內幕披露》。此書自問乃迄今探討全球暖化危機最全面和深入的中文著作,但自二零一一年出版至今,反應令人失望。但我並未氣餒,更與友人Ringo與Gilbert組成「文明急救組」,在網站「主場新聞」中不斷發表有關的文章。亦在電台節目「講東講西」出任嘉賓講者時不斷強調「去碳」(de-carbonize)的迫切。
我曾在科學館、香港大學和浸會大學開辦有關的課程,最長一次共七星期十四小時,包括電腦投映片五百多張。由於我如今是科學館的顧問委員之一,亦與港台的高層相熟,是以曾多番呼籲兩個機構在有關的公眾教育方面做得更多,可惜對方始終沒有反應。我真不知我還可以做些什麼…。
但我還是會繼續的。本月(2014年4月)十七號星期四晚上七時半,我將會在九龍一所大專院校主持一場電影放映兼研討會。放映的是由大導演占士‧金馬倫和名演員兼前加州州長阿諾‧舒華辛力加共同監製的最新記錄片”Years of Living Dangerously”. 出鏡的名人包括演員夏里遜‧福(Harrison Ford)、麥‧迪文(Matt Damon)及《世界是平的》作者弗利曼等(Thomas Friedman)。這次公開和免費的活動詳情已於我的FB公報(https://www.facebook.com/DrEddyLee),大家亦可先在《維基百科》查閱有關這部電影的資料(http://en.wikipedia.org/wiki/Years_of_Living_Dangerously…