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Chapter 2 Daisyworld: An Introduction to Systems

Chapter 2 Daisyworld: An Introduction to Systems. Earth System ( 系統 ) : Four component s: ( 分量，元件 ) Atmosphere ( 氣圈 ) Hydrosphere( 水圈 ) Solid Earth( 固態地球、 岩石圈 ) Biota( 生物群或圈 ). Coupling ( 耦合 ). 負回饋. 負回饋. 負回饋. 正回饋. Equilibrium ( 平衡 ). 穩定 (stable). 地球系統存在不同的平衡狀態？

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Chapter 2 Daisyworld: An Introduction to Systems

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Presentation Transcript

  1. Chapter 2 Daisyworld: An Introduction to Systems Earth System (系統): Four components: (分量，元件) Atmosphere (氣圈) Hydrosphere(水圈) Solid Earth(固態地球、 岩石圈) Biota(生物群或圈)

  2. Coupling (耦合) 負回饋

  3. 負回饋 負回饋 正回饋

  4. Equilibrium (平衡) 穩定(stable) • 地球系統存在不同的平衡狀態？ • 從一個平衡狀態轉換到另一個平衡狀態對地球（氣候）系統的影響？ 穩定(stable) tipping point 不穩定(unstable)

  5. 穩定的大氣 環境遞減率 環境遞減率 乾絕熱遞減率 濕絕熱遞減率 Dry adiabatic rate: 乾絕熱遞減率 Moist adiabatic rate: 濕絕熱遞減率

  6. 不穩定的大氣 乾絕熱遞減率 濕絕熱遞減率 環境遞減率 環境遞減率

  7. 條件性不穩定的大氣 環境遞減率 濕絕熱遞減率 乾絕熱遞減率 環境遞減率

  8. 淋浴的經驗 水溫 體溫 反應慢 反應快 能否達到平衡狀態？

  9. Perturbation (擾動) : 通常指系統內部本身短暫的變化 • Forcing (作用力) : a more persistent disturbance of a system 或 外界施予的干擾 過去120年，5次主要火山爆發對全球氣溫的影響 擾動或外在作用力？

  10. Gaia Hypothesis • The Earth is a self-regulating system in which the biota play an important role. Organisms play an important role in the overall functioning of the Earth system. • GAIA: A New Look at Life on Earth • by James E. Lovelock • 蓋婭，大地之母 金恆鑣譯 天下文化 http://www.ecolo.org/lovelock/

  11. WHO IS GAIA? 陳伯孚

  12. 蓋亞（希臘文：Γαία），希臘神話中的大地之神，所有神靈中德高望重的顯赫之神。是希臘神話中最早出現的神，在開天闢地時，由卡厄斯(Χάος)所生。她是宙斯的祖母，蓋亞造了天空，天神烏拉諾斯（Ουρανός）與他結合生了六男六女，十二個泰坦巨神及三個獨眼巨人和三個百臂巨人，是世界的開始，而所有天神都是她的子孫後代。至今，西方人仍然常以「蓋亞」代稱地球。蓋亞（希臘文：Γαία），希臘神話中的大地之神，所有神靈中德高望重的顯赫之神。是希臘神話中最早出現的神，在開天闢地時，由卡厄斯(Χάος)所生。她是宙斯的祖母，蓋亞造了天空，天神烏拉諾斯（Ουρανός）與他結合生了六男六女，十二個泰坦巨神及三個獨眼巨人和三個百臂巨人，是世界的開始，而所有天神都是她的子孫後代。至今，西方人仍然常以「蓋亞」代稱地球。 陳伯孚

  13. 陳伯孚

  14. 陳伯孚

  15. 詹姆斯．洛夫洛克 （James Lovelock。1919年7月26日－） • 英國人 • 1948年, Lovelock 在 London School of Hygiene and Tropical Medicine 取得醫學博士. • Conducted research at Yale, Baylor College of Medicine, and Harvard University. • 發明electron capture detector，第一個測得CFC的人 • 60年代受聘於美國國家航空太空局探索火星上生命存在的可能性。 • 於1972年提出蓋亞假說（Gaia Hypothesis） • 1981年， 洛夫洛克創造出計算機模擬反射或吸收太陽輻射的雛菊世界(Daisy world，namesuggestedbynovelist William Golding)。這使蓋亞假說（Gaia Hypothesis）觀點得到支持 陳伯孚

  16. 詹姆士‧愛鎖的著作 • Lovelock, James [1979年] （2000年）. Gaia: A New Look at Life on Earth, 3rd ed., Oxford University Press. ISBN 0-19-286218-9.  • Lovelock, James; Michael Allaby （1983年）. Great Extinction. Doubleday. ISBN 0-385-18011-X.  • Lovelock, James; Michael Allaby （1984年）. The Greening of Mars. Warner Books. ISBN 0-446-32967-3.  • Lovelock, James [1988年] （1995年）. Ages of Gaia. Oxford University Press. ISBN 0-393-31239-9.  陳伯孚

  17. Lovelock, James [Gaia Books 1991年] （2001年）. Gaia: The Practical Science of Planetary Medicine. Oxford University Press US. ISBN 0-19-521674-1.  • Lovelock, James （1991年）. Scientists on Gaia. Cambridge, Mass., USA: MIT Press. ISBN 0-262-19310-8.  • Lovelock, James （2000年）. Homage to Gaia: The Life of an Independent Scientist. Oxford University Press. ISBN 0-19-860429-7.  自傳 • Lovelock, James （2005年）. Gaia: Medicine for an Ailing Planet. Gaia Books. ISBN 1-85675-231-3.  • Lovelock, James （2006年）. The Revenge of Gaia: Why the Earth Is Fighting Back - and How We Can Still Save Humanity. Santa Barbara (California): Allen Lane. ISBN 0-7139-9914-4.  陳伯孚

  18. 備受爭議的科學家！ • 蓋亞假說（Gaia Hypothesis）在1972年提出時，備受爭議，但後來漸漸被接受。 • 愛鎖先生支持發展核能! 「現在氣候變暖的速度是如此之快，只有用原子能作為主要能量來源，才能阻止氣候變暖現象影響人類的文明進程。」 陳伯孚

  19. 2006年 簡報 「Gaia Scientist Lovelock Predicts Planetary Wipeout」 • 據英國《每日郵報》、《每日快報》、《泰晤士報》、路透社29日報道，富有爭議的英國著名科學家詹姆斯·拉夫洛克 教授28日在倫敦化學工程師協會進行演講時，對全球變暖問題發出了驚人的警告：拉夫洛克宣稱，隨著地球溫度繼續升高，到下個世紀，地球上至少90%的人類 都將死亡，幸存的人類最多不會超過5億人。 陳伯孚

  20. 至少90%的人將死亡 • 據悉，英國科學家詹姆斯·拉夫洛克教授因為在上世紀首次提出了“蓋亞理論”而聞名 於世，蓋亞是古希臘神話中的大地女神，根據“蓋亞理論”，地球就像身體一樣是個複雜和平衡的有機體系統，所有“系統”正常工作後才能允許生命在地球上繼續 繁衍，而一旦地球溫度升高，將不再適合人類生存。28日，拉夫洛克教授在倫敦化學工程師協會進行演講時，對全球變暖問題發出了驚人的警告。拉夫洛克教授 稱，全球變暖問題將使地球狀況更加惡化，儘管目前地球上有65億人口，但到下個世紀，至少90%的人類都將死亡，地球上的人口將跌至大約5億人左右 陳伯孚

  21. 拉夫洛克教授稱，隨著人類和地球自身排放的二氧化碳的增多，地球溫度會越來越 熱，從而引起水短缺，許多海洋生物都將死亡，地球上的許多地方都將變成沙漠，植物難以生長。拉夫洛克說：“有足夠的證據顯示，我們目前的狀況和5500萬 年前的地球非常相似，當時大量二氧化碳排向大氣層，導致地球溫度平均上升了8攝氏度左右，直到20萬年後，地球溫度才恢復到正常水準。”拉夫洛克擔心同樣 的災難將再次發生，他警告說：“如果這種狀況真的發生了，那么下一個世紀，將成為一個異常艱難的世紀。” 陳伯孚

  22. 幸存者到北極避難 • 但拉夫洛克稱，人類不會因此而遭遇滅絕的噩運，因為在過去，地球生物已經設法度過了好幾次氣候災難。當地球上的大多數地區不再適合生存後，人類會前往北極圈地區避難，為了容納更多的人口，北極附近的國家和城市將被擁擠的摩天大樓所佔據。 • 拉夫洛克教授說：“在應對全球變暖災難中，人類也許會發生一些進化。那些生還者，將是能夠為自己製造避難所的人或到北極地區居住的人。我認為到時大量人類都將死亡，但我並不認為人類會滅絕。在一個過熱的地球上，能夠幸存的人類不會超過5億人。” 陳伯孚

  23. 拯救地球為時已晚 • 拉夫洛克教授還聳人聽聞地警告稱，對於人類的可怕未來，目前沒有任何簡單的解決方 法，人類無法做任何事來“拯救地球”，所有試圖解決環境問題的嘗試，最多也僅僅是延緩全球變暖的速度而已。拉夫洛克還敦促科學家將“全球變暖”的術語改為 “全球變熱”，因為“全球變暖”聽起來太溫和。 • 拉夫洛克說：“人們也許會嘗試做些事情來挽救地球，但這就像你遭遇腎衰竭，你只 能透過透析治療來延長生命一樣，我們只是延緩了死亡的時間，但問題依然存在。在目前，嘗試調節地球環境的想法形同瘋狂，因為這種工作遠遠超出了人類目前的 能力。”儘管如此，拉夫洛克仍建議人類應該儘量減少自己對地球環境的負面影響。 • 然而，拉夫洛克的驚人理論卻在英國引起了巨大爭議，也遭到了許多科學家的強烈反對，很多科學家認為，只要人類積極採取補救措施，減少二氧化碳氣體的排放量，就能阻止地球繼續變暖。 陳伯孚

  24. 2007年簡報─大海沈管 引冷水抗暖化 • http://www.libertytimes.com.tw/2007/new/sep/30/today-int8.htm • 以下節錄 「他們提議，在海洋廣設隨波浪載浮載沈或用繩索繫住的垂直管，深100至200公尺，寬10公尺，兩端有活動閥。當垂直管向下移動時，海底冷水會順著管線往上流，流至海平面，與海平面的暖水混合。當垂直管向上移動時，活動閥會阻止海水往下流。冷水因含有更多海藻等生物，「繁殖力」較強，原則上能吸收更多的碳。暖水則相對較「貧瘠」。 全球暖化的主因是二氧化碳。另外，白雲就像北極冰層一樣，會反射大量的太陽熱能，但雲不會自動從水蒸氣形成，需要諸如硫化二甲烷等稱為凝結核的化學要素。雷普利與拉夫拉克的構想，就是恢復海藻的生長及其吸納二氧化碳的能力，排放造雲的前導物質硫化二甲烷。 他們質疑目前抑制碳排放的諸多方案，如簽訂京都議定書或發展再生能源，恐難快速見效。雷普利說，他也不認為垂直管的構想能完全解決暖化問題，但至少能爭取時間，發展更全面的解套辦法。」 陳伯孚

  25. The Daisyworld Climate System • Two components: 雛菊覆蓋面積 平均地表氣溫 延伸閱讀： 蓋婭，大地之母 附記-雛菊世界模式

  26. 太陽輻射逐漸增強 雛菊世界的未來命運? 白雛菊:高反照率 灰色土壤:低反照率

  27. 雛菊覆蓋面積對溫度的影響

  28. 氣溫對雛菊覆蓋面積的影響

  29. 平衡態 P1:穩定 P2:不穩定

  30. 日照逐漸加強 即使雛菊覆蓋 面積不變 溫度還是上升 因為日照是 外在作用力

  31. 如果不考慮回饋 氣溫改變 T0 如果考慮回饋 氣溫改變 Teq

  32. Tf: feedback effect 回饋因子 f Negative loop: 0<f<1 Positive loop: f > 1

  33. The Gaia Theory – Daisy World 黑、白雛菊 http://library.thinkquest.org/C003763/flash/gaia1.htm Daisy World Model http://cs.clark.edu/~mac/physlets/DaisyWorld/Daisy.htm

  34. 作業一 • Chapter 1: Review Questions 4, 5, 9, 14 • Chapter 2: Critical thinking problems 1, 2, 4 繳交日期: 3/12 下午五點之前

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