ในรอบ 10 ปีที่ผ่านมา หลายคนคงเคยผ่านตาบทความว่าด้วยฉากทัศน์การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเนื่องจากความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเพิ่มมากขึ้นซึ่งมีสาเหตุมาจากหลากหลายกิจกรรมของมนุษย์ ไม่ว่าจะเป็นภาคการเกษตร ภาคคมนาคม รวมถึงการเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลเพื่อผลิตเป็นพลังงาน
ข้อตกลงปารีส (Paris Agreement) ที่มีประเทศพร้อมร่วมลงนามกว่า 196 ประเทศ มีเป้าหมายเพื่อจำกัดไม่ให้อุณหภูมิโลก ณ ค.ศ. 2100 เพิ่มสูงขึ้นเกิน 2 องศาเซลเซียสจากยุคก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรม และจะพยายามอย่างยิ่งที่จะป้องกันไม่ให้อุณหภูมิโลก ณ ค.ศ. 2100 เพิ่มสูงขึ้นเกิน 1.5 องศาเซลเซียสยุคก่อนการปฏิวัติอุตสาหกรรมเพื่อลดความเสี่ยงและผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
ข้อตกลงปารีสใช้วิธีแบบล่างขึ้นบนโดยเปิดโอกาสให้ทุกประเทศที่ร่วมลงนามร่างและดำเนินการตาม “เป้าหมายการมีส่วนร่วมที่แต่ละประเทศกำหนดเอง” (Nationally Determined Contributions: NDCs) โดยมีจะมีติดตามสถานการณ์เพื่อสรุปว่าผลการดำเนินการในภาพรวมเป็นไปตามแผนหรือไม่ และหากจะบรรลุเป้าหมายจำกัดไม่ให้เกิน 2 องศาเซลเซียสแต่ละประเทศจะต้องปรับเปลี่ยนแผนอย่างไร
แต่เคยสงสัยไหมครับว่าเหล่านักวิทยาศาสตร์สร้างแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอย่างไร เพื่อใช้คาดทำนายระดับอุณหภูมิในอนาคตที่ไกลแสนไกลถึงอีก 80 ปีข้างหน้า?
ในบทความนี้ ผู้เขียนจะชวนมาทำความเข้าใจแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศขั้นพื้นฐาน ทำความรู้จักฉากทัศน์การปล่อยแก๊สเรือนกระจกที่ใช้ในรายงานการประเมินฉบับที่ 5 ของคณะกรรมการระหว่างรัฐบาลว่าด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ (Intergovernmental Panel of Climate Change) หรือ ไอพีซีซี และเตรียมความพร้อมสำหรับรายงานการประเมินฉบับที่ 6 ของไอพีซีซีที่เราน่าจะได้เห็นภายในสิ้นปีหน้า
แบบจำลองการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ 101
แบบจำลองการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศคือแบบจำลองทางวิทยาศาสตร์ที่สลับซับซ้อนโดยโค้ดสำหรับการคำนวณอาจมีความยาวถึง 18,000 หน้ากระดาษและจำเป็นต้องใช้ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ในการประมวลผล แบบจำลองการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศใช้สมการเพื่อเป็นตัวแทนกระบวนการหรือปฏิสัมพันธ์ที่ทำให้เกิดภูมิอากาศโลก ไม่ว่าจะเป็นชั้นบรรยากาศ มหาสมุทร พื้นดิน ภูมิภาคที่ปกคลุมด้วยน้ำแข็ง และการสะท้อนแสง โดยต้องคำนึงถึงกฎทางฟิสิกส์ เคมี และกลไกทางชีววิทยาเพื่อประกอบสร้างระบบภูมิอากาศของโลก
ผู้เขียนขอหยิบยกตัวอย่างความสัมพันธ์สำคัญสองประการที่เป็นพื้นฐานในสร้างแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอย่างง่ายนะครับ
สมการแรกคือหลักการพื้นฐานข้อแรกของเทอร์โมไดนามิกส์ หรือกฎอนุรักษ์พลังงาน (law of conservation of energy) ที่ว่าพลังงานสามารถเปลี่ยนจากรูปหนึ่งไปเป็นอีกรูปหนึ่งได้ แต่ไม่สามารถสร้างหรือทำให้พลังงานหายไปได้ในระบบปิด ซึ่งแหล่งพลังงานที่สร้างความร้อนให้กับชั้นบรรยากาศโลกก็คือแสงอาทิตย์นั่นเอง
อีกหนึ่งสมการสำคัญคือกฎของสเตฟาน-โบลต์ซมันน์ (Stefan – Boltzmann Law) ที่แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างรังสีที่แผ่ออกมากับอุณหภูมิของวัตถุ กฎดังกล่าวใช้เป็นเครื่องมือที่นักวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของแก๊สเรือนกระจกที่มีอยู่ในธรรมชาติที่ช่วยควบคุมอุณหภูมิพื้นผิวโลกให้อุ่นขึ้นราว 33 องศาเซลเซียส
สองสมการนี้จะทำให้เราสามารถคำนวณอุณหภูมิพื้นผิวโลกอย่างง่ายแบบไม่คำนึงถึงชั้นบรรยากาศใดๆ ซึ่งผลลัพธ์ที่ได้แน่นอนว่าไม่ถูกต้อง เพราะแบบจำลองฉบับเต็มจะผนวกเอาการสะท้อนพลังงานไปมาระหว่างพื้นผิวโลก ก้อนเมฆ ชั้นบรรยากาศ รวมถึงการพาความร้อนและปฏิกิริยาทางเคมีต่างๆ ซึ่งทำให้อุณหภูมิพื้นผิวโลกเป็นไปตามที่เราสัมผัสอยู่ในปัจจุบัน
ตัวอย่างแบบจำลองการถ่ายเทของพลังงานจากแสงอาทิตยฺสู่โลกตามกฎอนุรักษ์พลังงาน
ภาพจาก Radiation Balance and Solar Radiation Spectrum
เมื่อรวบรวมชุดสมการได้แล้ว นักวิทยาศาสตร์จะตัดแบ่งโลกออกเป็นเสี้ยวรูปสี่เหลี่ยมหรือที่เรียกว่า “ความละเอียดเชิงพื้นที่ (spatial resolution)” ยิ่งสี่เหลี่ยมดังกล่าวมีขนาดเล็กลงเท่าไหร่ ก็จะใช้เวลาคำนวณมากขึ้นเท่านั้น นอกจากตัดแบ่งในเชิงพื้นที่แล้ว นักวิจัยก็ต้องพิจารณาการตัดแบ่งเชิงเวลาเช่นกัน เพราะเวลาในแบบจำลองจะขยับเป็นช่วงไม่ได้ไหลต่อเนื่องเช่นในโลกความเป็นจริง
พัฒนาการของความละเอียดเชิงพื้นที่ในแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ
ภาพจาก How do climate models work?
หากถามว่าแบบจำลองดังกล่าวแม่นยำ 100 เปอร์เซ็นต์หรือไม่ ผู้เขียนตอบได้เต็มปากเต็มคำเลยว่า “ไม่” เพราะข้อจำกัดทางเทคโนโลยีและความรู้ในแต่ละยุคสมัยทำให้นักวิทยาศาสตร์ได้เพียง ‘คาดเดาอย่างดีที่สุด’ ถึงผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดขึ้น อย่างไรก็ดี รายงานฉบับใหม่ทุกฉบับของไอพีซีซีจะมีการปรับปรุงแบบจำลองให้ทันสมัยอยู่เสมอ ไม่ว่าจะเป็นการเพิ่มความละเอียดเชิงพื้นที่และเวลาให้เหมาะสมกับเทคโนโลยีในปัจจุบัน รวมถึงความสัมพันธ์ทางชีววิทยา เคมี และฟิสิกส์ใหม่ๆ เข้าไปในแบบจำลอง อาทิ ปฏิกิริยาเคมีในชั้นบรรยากาศ หรือพืชพรรณบนผิวดิน
วิธีบรรเทาความไม่แน่นอนคือการอธิบายการคาดการณ์ในลักษณะ ‘ฉากทัศน์’ โดยเสนอสมมติฐานหลากหลายแบบเพื่อให้ผู้ตัดสินใจวางนโยบายสามารถหยิบไปใช้ได้โดยอ้างอิงจากมุมมองของเขาหรือเธอ
รู้จักเส้นตัวแทนความเข้มข้นแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์
เส้นตัวแทนความเข้มข้นแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ หรือ RCP (Representative Concentration Pathways) เป็นศัพท์เทคนิคหมายถึงฉากทัศน์การปล่อยแก๊สเรือนกระจกซึ่งใช้ในรายงานการประเมินฉบับที่ 5 ของไอพีซีซี โดยแบ่งออกเป็น 4 สถานการณ์คือ RCP2.6 RCP4.5 RCP6 และ RCP8.5 สะท้อนระดับการปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์สี่ระดับซึ่งเป็นผลลัพธ์ของนโยบายรับมือการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศระหว่าง ค.ศ. 2000 ถึง 2100
ผู้เขียนขอหมายเหตุก่อนว่า ความเข้มข้นของแก๊สเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศจะยังคงเพิ่มสูงขึ้นแม้การปล่อยแก๊สเรือนกระจกจะลดลง เนื่องจากแก๊สเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศใช้เวลานานกว่าจะถูกดูดซับออกไป ความสัมพันธ์ระหว่างการปล่อยแก๊สเรือนกระจกในวันนี้กับแก๊สเรือนกระจกสะสมในชั้นบรรยากาศซึ่งลูกหลานเราต้องเผชิญเป็นเรื่องที่ต้องทำความเข้าใจเพื่อให้สามารถเข้าใจปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศได้อย่างถ่องแท้
RCP2.6 เป็นฉากทัศน์ที่มองโลกในแง่ดีที่สุด โดยทุกประเทศผลักดันนโยบายภูมิอากาศอย่างเร่งด่วน ในฉากทัศน์นี้ การปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ทั่วโลกจะถึงจุดยอดในปี ค.ศ. 2020 ก่อนที่จะค่อยๆ ลดลงเหลือศูนย์ในปี ค.ศ. 2080 ส่วนความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศจะสูงสุดที่ 440 ส่วนต่อล้านส่วนในกลางคริสต์ศตวรรษ
RCP4.5 ฉายภาพว่าการปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จะถึงจุดยอดในกลางคริสต์ศตวรรษหรืออีกราว 30 ปีข้างหน้า โดยจะสูงกว่าระดับการปล่อยแก๊สเรือนกระจกในปี ค.ศ. 2000 ราว 50 เปอร์เซ็นต์ ความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศจะสูงสุดที่ 520 ส่วนต่อล้านส่วนในค.ศ. 2070
RCP6 แสดงสถานการณ์ที่ค่อนข้างเลวร้าย โดยการปล่อยแก๊สเรือนกระจกจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าในปี ค.ศ. 2060 ก่อนจะลดลงอย่างรวดเร็ว ความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศจะยังคงเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ แม้จะสิ้นคริสต์ศตวรรษนี้ โดยมีค่าอยู่ที่ 620 ส่วนต่อล้านส่วน
RCP8.5 คือฉากทัศน์ที่เลวร้ายที่สุด โดยคาดการณ์ว่าการปล่อยแก๊สเรือนกระจกจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วกระทั่งกลางคริสต์ศตวรรษนี้ โดยในปี ค.ศ. 2100 จะมีความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเท่ากับ 950 ส่วนต่อล้านส่วน ขณะที่ความการปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ต่อปีจะค่อนข้างคงที่ที่ราว 30 กิกะตัน คิดเป็นเกือบสี่เท่าของการปล่อยแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ 8 กิกะตันต่อปีในปี ค.ศ. 2000
ภาพแสดงอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นในแต่ละฉากทัศน์ตั้งแต่ ค.ศ. 2005 จนถึง ค.ศ. 2100
ภาพจาก Reservoir yield intercomparison of large dams in Jaguaribe Basin-CE in climate change scenarios
ความเข้มข้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศย่อมส่งผลต่ออุณหภูมิที่เพิ่มสูงขึ้น การคาดทำนายโดยแบบจำลองภูมิอากาศพบว่าตามฉากทัศน์ RCP2.6 อุณหภูมิ ณ ค.ศ. 2100 จะเพิ่มขึ้นจาก ค.ศ. 2005 ประมาณ 1 องศาเซลเซียส ในขณะที่ฉากทัศน์ RCP8.5 อุณกภูมิจะเพิ่มสูงถึง 4 องซาเซลเซียส
งานวิจัยชิ้นล่าสุดพบว่าเรากำลังเดินอยู่บนเส้นทาง RCP8.5 ซึ่งหมายถึงหายนะทางสิ่งแวดล้อมของมนุษยชาติ อีกทั้งยังพบว่าแบบจำลองของไอพีซีซียังไม่ได้คำนึงถึงปัจจัย เช่น การละลายของเพอร์มาฟรอสต์ (Permafrost) หรือชั้นดินเยือกแข็งตัวซึ่งกักเก็บคาร์บอนไว้มากกว่า 1.7 ล้านล้านตัน นอกจากนี้ จุดอ่อนสำคัญของ RCP คือการไม่ได้ตั้งต้นโดยการพิจารณามิติเศรษฐกิจและสังคมมากนัก ทำให้ผู้เชี่ยวชาญมองว่ารายงานฉบับนี้ของไอพีซีซียังประเมินผลกระทบไว้ต่ำเกินจริง
จับตารายงานการประเมินฉบับที่ 6 ของไอพีซีซี
ในรายงานฉบับใหม่ของไอพีซีซีจะเพิ่มเติมมิติทางเศรษฐกิจและสังคมเพื่อสร้างฉากทัศน์เส้นตัวแทนเศรษฐกิจและสังคมร่วมหรือ SSP (Shared Socioeconomic Pathways) ที่ให้ความสำคัญกับการคาดทำนายการเปลี่ยนแปลงจำนวนประชากร การเติบโตทางเศรษฐกิจ การศึกษา การกลายสภาพเป็นเมือง และระดับการพัฒนาของเทคโนโลยี โดยแบ่งออกเป็น 5 ฉากทัศน์ประกอบด้วย
(1) เส้นทางสู้ความยั่งยืน (Sustainability) ทั่วโลกค่อยๆ เปลี่ยนผ่านสู่การพัฒนาที่ยั่งยืน ให้ความสำคัญกับการพัฒนาที่เข้าถึงทุกคนแบบเสมอหน้า เคารพข้อจำกัดของทรัพยากรธรรมชาติ เปลี่ยนผ่านจากระบบเศรษฐกิจที่ให้ความสำคัญกับการเติบโตทางเศรษฐกิจสู่ความเป็นอยู่ที่ดีของประชาชน ความเหลื่อมล้ำลดลงทั้งในและต่างประเทศ ในฉากทัศน์นี้ เราจะเผชิญกับความท้าทายในบรรเทาและปรับตัวเพื่อรับมือกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในระดับต่ำ
(2) ทางสายกลาง (Middle of the Road) โลกดำเนินไปโดยที่เทรนด์ทางสังคม เศรษฐกิจ และเทคโนโลยีไม่ได้เปลี่ยนแปลงมากนัก การพัฒนาและรายได้ยังคงเพิ่มสูงขึ้นแต่ไม่มีความเท่าเทียม บางประเทศก้าวหน้าแต่หลายประเทศถูกทิ้งไว้ข้างหลัง สิ่งแวดล้อมเผชิญกับความเสื่อมโทรม แม้ว่าความเข้มข้นในการใช้ทรัพยากรและพลังงานจะลดลง ในฉากทัศน์นี้ เราจะเผชิญกับความท้าทายในการบรรเทาและปรับตัวเพื่อรับมือกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในระดับกลาง
(3) ความขัดแย้งในระดับภูมิภาค (Regional Rivalry) เกิดกระแสชาตินิยม ความกังวลในด้านการแข่งขัน ความมั่นคง และความขัดแย้งระดับภูมิภาคทำให้ทุกประเทศให้ความสำคัญกับปัญหาภายในประเทศเป็นหลัก นโยบายเปลี่ยนทิศทางสู่ความมั่นคงในระดับภูมิภาคและระดับชาติ ทุกประเทศมุ่งเน้นการบรรลุความมั่นคงทางอาหารและพลังงาน โดยมองข้ามการพัฒนาด้านอื่นๆ เช่น การศึกษา เทคโนโลยี รวมถึงสิ่งแวดล้อม ในฉากทัศน์นี้ เราจะเผชิญกับความท้าทายในการบรรเทาและปรับตัวเพื่อรับมือกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในระดับสูง
(4) โลกเหลื่อมล้ำ (Inequality) ความเหลื่อมล้ำในการลงทุนด้านทุนมนุษย์ผนวกกับโอกาสทางเศรษฐกิจทำให้เกิดการแบ่งแยกในหมู่ประเทศ รวมถึงประชากรภายในประเทศเองระหว่างกลุ่มสังคมร่ำรวยที่สามารถเข้าถึงทรัพยากรระดับนานาชาติและกลุ่มสังคมยากจนที่ไม่ได้รับการศึกษาที่ดีและหาเลี้ยงชีพโดยการใช้แรงงาน ความเหลื่อมล้ำที่สูงขึ้นทำให้ความไม่สงบบ่อยครั้ง นโยบายด้านสิ่งแวดล้อมจะเน้นประเด็นระดับท้องถิ่นโดยเฉพาะพื้นที่ที่มีประชาชนรายได้ปานกลางถึงสูงอยู่อาศัย ในฉากทัศน์นี้ เราจะเผชิญกับความท้าทายในการบรรเทาปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศค่อนข้างต่ำ แต่การปรับตัวเพื่อรับมือกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในระดับสูง
(5) การพัฒนาโดยเชื้อเพลิงฟอสซิล (Fossil-fueled Development) ฉากทัศน์นี้จะเป็นโลกใบที่ศรัทธาในการแข่งขันของตลาด นวัตกรรม และการมีส่วนร่วมของสังคมเพื่อสร้างเทคโนโลยีใหม่ๆ และพัฒนาทุนมนุษย์สู่การพัฒนาอย่างยั่งยืน ตลาดจะเป็นหนึ่งเดียวกันมากขึ้นทั่วโลก มีการลงทุนอย่างเข้มข้นทั้งในด้านสุขภาพและการศึกษา แต่การพัฒนาดังกล่าวพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นหลัก แต่ใช้นวัตกรรมเพื่อจัดการสังคมและสิ่งแวดล้อมให้เป็นระเบียบ หรือกระทั่งวิศวกรรมโลก (geo-engineering) ที่จะดัดแปลงระบบธรรมชาติโดยใช้เทคโนโลยี ในฉากทัศน์นี้ เราจะเผชิญกับความท้าทายในการบรรเทาปัญหาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในระดับสูง แต่การปรับตัวเพื่อรับมือกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศค่อนข้างต่ำ
นี่คือทั้ง 5 ฉากทัศน์ที่จะนำมาผนวกกับแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศเพื่อคาดทำนายว่าเส้นทางที่ทั่วโลกร่วมเลือกเดินจะไปจบที่การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิกี่องศาเซลเซียส
แล้วคุณล่ะครับ คิดว่าประเทศไทยรวมถึงเพื่อนร่วมโลกของเรากำลังเดินอยู่บนเส้นทางแบบใด?
เอกสารประกอบการเขียน
The high-emissions ‘RCP8.5’ global warming scenario
How ‘Shared Socioeconomic Pathways’ explore future climate change
