博文
温室效应不是全球气候变化的主因：不能解释2023年异常变热规模
||
温室效应不是全球气候变化的主因：不能解释2023年异常变热规模
杨学祥，杨冬红
全球冷暖之争是一场长期的科学争论
20世纪70年代初就曾经出现过的气候“变冷说”。1971年丹斯加德(Dansgaard)等人发表的格陵兰冰芯氧同位素谱分析成果表明,地球气候有10万年轨道周期变化,其中9万年为冷期,1万年为暖期。按此规律推算,目前气候的暖期已接近尾声,气候“变冷说”一度成为主流。日本气象厅朝仓正在1973年3月3日的《东洋经济周刊》上撰文预言,地球将于21世纪进入“第四小冰期”。美国威斯康辛大学环境研究所布赖森(Bryson)也认为,地球目前正在非常缓慢地进入另一个大冰河期。当时的“变暖说”以大气热污染为依据,代表人物有前苏联列宁格勒地球物理观象总台布迪柯、列宁格勒大学施涅特尼柯夫和美国国家海洋和大气管理局环境保护厅的彼得森。几十年后的现在,他们的理论成为了主流。
媒体多次披露,对于气候冷暖变迁这一全球重大问题的预测,科学界可谓出尔反尔。20世纪70年代,一批欧美的著名学者曾聚会于美国布朗大学,专门召开了一次“当前的间冰期何时结束和如何结束”的研讨会。学者们举出实例证明,目前的地球气温已经在开始下降,从暖到冷的变化很快,如果人类不加以干涉,当前的暖期将会较快结束,可以预期不出几千年,也许只有几百年,全球冰期以及相应的环境变迁就会来临。出于对所面临威胁的忧虑,会议的两位发起者甚至还向当时的美国总统尼克松写信发出警报。这种“冰期将临”的观点一直持续了20年。直到了20世纪90年代,温室效应与全球气候变暖才成为国际社会的热点。
气候学家被自然愚弄不鲜见：变暖还是变冷？
北京大学教授钱维宏说，在1975年《自然》和《科学》这两个著名的刊物上可以查阅到全球降温的文章。这是对上世纪50～70年代冷期的记载。最早提出全球降温的文章发表在1972年。上世纪70年代全球降温可索引的文章有6篇，80年代有12篇，90年代篇数减少。自上世纪80年代开始，全球增暖的现实打断了70年代全球降温的声音。全球增暖的第一篇文章，也是70年代唯一的全球增暖文章，发表在1975年的《科学》上。这篇文章实际上是面对当时70年代冷平台而提出的一种可能增暖的预测。80年代全球增暖的文章增加到了235篇，90年代增加到4000多篇。21世纪以来的9年，全球增暖的文章达到了9000多篇。这上万篇文章中，最有价值的文章应该是1975年发表在《科学》上的，它最早怀疑了全球增温的可能。
起始于上世纪80年代的全球增暖能够维持多少个10年呢？在温室气体增暖下，有研究认为模式模拟很难有15年持续的温度平台出现。如果目前出现的温度平台再持续几年，模式的预测能力将面临新的挑战。既然在冷平台出现的时候，科学家可以怀疑全球气候是否走到了增暖的边缘；同样，面对当前的暖平台，科学家也可以怀疑，当前是否走到了全球降温的边缘。
他说：“自然变化已经不止一次地戏弄了科学家。继续的温度平台，甚至温度下降，也许正在与哥本哈根国际全球增暖协议签字大会捉迷藏。”如果把时间倒退至20世纪后20年，当时全球增暖与发展中国家，特别是中国和印度的经济增长、能源的使用几乎是成正比的。联合国环境署2009年的报告称：21世纪以来，中国和印度的经济仍然在增长，能源利用仍然在增加，甚至比20世纪90年代增加了3倍；可是，10年前的关系对这10年的趋势却不好解释了。发展中国家的科学家和全世界的科学家一道，都面临着这一新的难题。
http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=275716
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-995752.html
温室效应无法解释2023年全球热异常
美国国家航空航天局戈达德空间研究所所长Schmidt G先生最近撰文指出，自2016年以来，我每年年初都会进行气候预测。承认没有一年比2023年更让气候科学家的预测能力感到困惑，这让人感到羞愧，也有点担心。
在过去的九个月里，陆地和海面的平均温度每月都比以前的记录高出0.2°C，这在全球尺度上是一个巨大的增幅。由于温室气体排放量的增加，预计会出现普遍的变暖趋势，但这一突然的高温峰值大大超过了基于过去观测的统计气候模型的预测。造成这种差异的许多原因已经被提出，但到目前为止，还没有将它们结合起来，使我们的理论与所发生的情况相一致。
周少祥教授认为，现有的气候模型不能解释全球变暖夜间增温幅度更大的历史数据，Schmidt的文章说明，它也不能对未来的气候变暖做出准确的预测，说明全球气候变暖并非人为二氧化碳排放所致。问题的关键在于，水蒸汽凝结是通过辐射释放潜热的，是大气核心温室效应，二氧化碳的温室效应完全不能比拟。但是，这一物理机制不被认识和接受，我的文章清晰地回答了这一问题，却发表不了。
https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=1428925
太阳黑子高值参与了全球变暖
我们多年潮汐组合预报实践表明，潮汐组合类型转换具有13.6天周期，即双周循环，预报图中都有明显的表现。除此之外，两周之内厄尔尼诺指数往往出现两个峰值和两个谷值，即次一级的7天周期。这一 周期在气温变化中也有明显的表现。
https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=1388780
强潮汐组合控制强潮汐南北震荡的幅度，是赤道太平洋海温的重要控制因素。根据潮汐组合预报，2023年1-2月、6-8月、12月有利于厄尔尼诺的形成；3-5月、9-11月有利于拉尼娜形成。所以，厄尔尼诺发生在2023年6-8月的可能性最大。
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1378601.html
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1361960.html
月亮赤纬角最小值对应厄尔尼诺指数下降区间，月亮赤纬角最大值对应上升区间，
潮汐不仅有13.6天周期，而且存在7.1天和9.1天周期。1921年杜德生对月亮和太阳引潮力位进行了严格的调和级数展开，在展开中约有90项长周期成分。其中振幅超过这90项长周期振幅之和的0.5%的共有20个，在这20个中就有9天项和7天项。
NASA的SABER卫星首次观测到因周期性的高速太阳风而产生的地球上层大气层的“呼吸”——一种膨胀和收缩的活动。根据美国最新的卫星观测结果，地球大气层正在有序地扩大和收缩，平均每九天就有一个周期！地球似乎在缓慢地呼吸，地球每天都在波动，在0.5到0.8米的范围内波动。
随着太阳的27天的自转周期，这些太阳风通常以9天为周期冲击地球。高速太阳风有时候显示出的是七天的周期性。
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1288792.html
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1358948.html
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1358222.html
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1358222.html
对厄尔尼诺和拉尼娜有影响的因素有南极半岛海冰（周期性因素）、强潮汐南北震荡（周期性因素）、环太平洋地震带强震（突发性因素）、强潮汐组合和太阳风7-9天周期（周期性因素）。综合叠加结果决定厄尔尼诺指数的升降。
每年2月南极半岛海冰面积最小，赤道太平洋海温最暖；9月最大，赤道太平洋海温最冷，南极半岛海冰开关控制秘鲁寒流的强弱。进入10月，南极半岛海冰减少，减弱秘鲁寒流，有利于厄尔尼诺发展，
环太平洋地震带强震频发导致深海冷水上翻。
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1378601.html
太阳风7-9天周期对厄尔尼诺影响在2023年7月最为显著，
https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=1397129
值得关注的是，8月30日至9月1日最强潮汐组合的作用被太阳风7-9日上升期压制，类似情况8月已经出现多次。8月25日至9月1日厄尔尼诺指数太阳风7-9日周期非常显著。
太阳风压缩大气层，背光方向形成气尾，向光方向形成臭氧洞（或臭氧稀薄区）。这是大气异常流动的结果。
两极臭氧洞首先是自然的产物。极夜和极昼的交替，极涡和低温条件，火山灰向极地的集中，臭氧洞在南北两极的轮换，都是自然规律运作的结果，远非人力所能控制。
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1371993.html
同理，太阳风也压缩了海洋圈，形成背光的海洋尾。
由于地球自转，除了两极地区外，地球背光的大气尾和海洋尾是绕固体地球由东向西旋转的。太阳风压缩大气圈和海洋圈因为7-9天周期的波动，会显著的影响赤道太平洋的气流和海流，进而控制厄尔尼诺指数变化。
https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=1402732
相关报道
[转载]国际新闻集：2023年7月份是全球最热的一个月
|||
国际新闻集：2023年7月份是全球最热的一个月
2023年7月份是全球最热的一个月
缅华网 伊江树报导
据8月10日出版的《缅甸之光》报报导，2023年7月是有史以来全球最热的一个月了，欧洲国家们的有关气象组织机构Agency这么宣布道。刚过去的7月份全球的平均温度为摄氏16.95°C，欧盟国家们有关气候变迁研究机构组织在8月8日这么公布道。
2019年7月份的全球平均气温为摄氏16.63°C，打破了1940年时的最高温度记录，创下新纪录。如今这新纪录在4年之后又被刷新了，2023年7月份的平均温度超过了2019年7月份的平均温度。这当中2023年7月31日这一天的平均温度为最高，这一天全球的平均气温为摄氏17.18°C。
从今年5月中旬开始，全球的海平面温度就异常地升高，欧盟国家的气象组织Agency这么说道。7月31日这一天海平面平均温度达到摄氏20.96°C，该温度比2016年3月最高的海水温度还高。
在过去的7月份，在亚洲、欧洲及美洲大陆上许多国家地区都遭到热浪的凌虐。亚洲的日本、韩国热浪逼人已造成有民众中暑死亡的现象，而加拿大及希腊国家也因气温过高造成山林大火的事件。由于人类的非理智的行为，大量制造释放出温室气体(二氧化碳)，是全球性气温升高的一个主要原因。
以上是《缅甸之光》转载自中国新华社的一则新闻报导。
相关博文2023年7月太阳黑子达到本周期最大值145.26
||
2023年7月太阳黑子达到本周期最大值145.26
杨学祥
关键提示
继2022年12月太阳黑子出现110高值之后，2023年1月太阳黑子再次出现高值133.35，但是2023年2月减少，降为130.64，3月更少，降为108.55。4月最少，跌破100，降为88.33，5月回升为125.77，6月达到最大值140.57，7月达到最大值145.26，连续两月创新高。
7月太阳黑子峰值加快了厄尔尼诺的发展，是全球高温的重要原因之一，不利于新冠病毒的生存。
https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=1396747
https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&id=1396734
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1397110.html
相关图表
图3 2022年12月至2023年7月太阳黑子相对数日平均数（2022年12月太阳黑子异常峰值110，2023年1月出现更高值133.35，2月降为130.64,3月降为108.55，4月降为88.33，5月止跌回升为125.77,6月达到最高值140.57，7月达到最大值145.26。最高纪录保持至今）
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1370086.html
https://news.sina.com.cn/c/2023-01-01/doc-imxysqvc2427697.shtml
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1370131.html
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1370132.html
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1370600.html
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1386423.html
:Product: Daily Solar Data DSD.txt
:Issued: 0225 UT 01 Aug 2023
#
# Prepared by theU.S.Dept. of Commerce, NOAA, Space Weather Prediction Center
# Please send comments and suggestions to SWPC.Webmaster@noaa.gov
#
# Last 30 Days Daily Solar Data
#
# Sunspot Stanford GOES15
# Radio SESC Area Solar X-Ray ------ Flares ------
# Flux Sunspot 10E-6 New Mean Bkgd X-Ray Optical
# Date 10.7cm Number Hemis. Regions Field Flux C M X S 1 2 3
#---------------------------------------------------------------------------
2023 07 01 166 119 1290 3 -999 * 9 1 0 14 0 0 0
2023 07 02 170 126 1350 1 -999 * 8 1 1 17 0 0 0
2023 07 03 173 117 1400 0 -999 * 14 1 0 29 2 0 0
2023 07 04 167 121 1310 1 -999 * 9 1 0 8 0 0 0
2023 07 05 154 101 270 1 -999 * 10 1 0 6 1 0 0
2023 07 06 158 149 980 2 -999 * 7 1 0 14 1 0 0
2023 07 07 161 147 910 2 -999 * 4 1 0 24 0 1 0
2023 07 08 161 167 830 1 -999 * 9 0 0 6 1 0 0
2023 07 09 179 183 950 2 -999 * 8 0 0 22 0 0 0
2023 07 10 191 181 1290 1 -999 * 12 2 0 40 4 1 0
2023 07 11 214 227 1860 2 -999 * 8 6 0 45 0 0 0
2023 07 12 193 219 2140 0 -999 * 10 4 0 24 4 0 0
2023 07 13 203 146 1870 0 -999 * 13 1 0 13 3 1 0
2023 07 14 181 141 1960 2 -999 * 10 1 0 17 1 0 0
2023 07 15 179 96 1690 0 -999 * 7 3 0 17 1 1 0
2023 07 16 184 99 1700 0 -999 * 15 3 0 15 2 1 0
2023 07 17 180 149 1980 3 -999 * 18 2 0 19 0 0 0
2023 07 18 219 142 1850 0 -999 * 9 5 0 14 0 0 0
2023 07 19 189 141 1660 2 -999 * 15 2 0 8 0 0 0
2023 07 20 184 131 1570 0 -999 * 5 0 0 8 0 0 0
2023 07 21 173 121 1500 0 -999 * 2 0 0 11 0 0 0
2023 07 22 174 103 1320 0 -999 * 3 2 0 8 2 1 0
2023 07 23 173 117 1300 1 -999 * 5 0 0 15 2 1 0
2023 07 24 165 141 1145 3 -999 * 8 0 0 28 0 1 0
2023 07 25 169 137 1110 1 -999 * 7 2 0 15 1 1 0
2023 07 26 167 147 955 2 -999 * 10 3 0 14 4 1 0
2023 07 27 165 154 1010 3 -999 * 15 2 0 17 0 0 0
2023 07 28 168 148 1210 1 -999 * 9 1 0 13 0 0 0
2023 07 29 179 147 1140 1 -999 * 6 1 0 16 1 0 0
2023 07 30 174 139 1010 0 -999 * 4 2 0 23 3 0 0
2023 07 31 177 197 1290 2 -999 * 7 1 0 18 1 1 0
ftp://ftp.swpc.noaa.gov/pub/indices/DSD.txt
2023年7月1-31日太阳黑子总数：4503，日平均：145.26.
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1397461.html
2023-2025年为月亮赤纬角最大值时期和太阳黑子最大值时期，与强潮汐叠加，可激发地震火山活动和冷暖空气活动（最强）。
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1293301.html
2023年7月1-31日为太阳黑子持续时间最长、强度最大的峰值时期
7月24-28日太阳黑子峰值加快提升厄尔尼诺指数最显著。
https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=2277&do=blog&quickforward=1&id=1399097
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1399099.html
结论
太阳风和太阳黑子7-9天周期增温赤道太平洋表面海水，加快厄尔尼诺的发展，这一发现表明，太阳黑子活动是全球变暖的重要因素，2023年7月全球最暖和2023年全球最热新记录，证实太阳能量参与了全球变暖。应该列入气候模型。
相关论文
[转载]NATURE：气候模型无法解释2023年重大热异常——我们可能正处于未知领域
|||
按：自然(Nature)2024年3月发表了题为“Climate models can’t explain 2023’s huge heat anomaly – we could be in uncharted territory”文章，作者是美国国家航空航天局戈达德空间研究所所长Schmidt G先生。此文很有价值，特此记录于此。
Schmidt G, Climate models can’t explain 2023’s huge heat anomaly – we could be in uncharted territory, Nature, 2024. 627(8004): 467-467.
NATURE：气候模型无法解释2023年重大热异常——我们可能正处于未知领域
Gavin Schmidt
When I took over as the director of NASA’s Goddard Institute for Space Studies, I inherited a project that tracks temperature changes since 1880. Using this trove of data, I’ve made climate predictions at the start of every year since 2016. It’s humbling, and a bit worrying, to admit that no year has confounded climate scientists’ predictive capabilities more than 2023 has.
当我接任美国国家航空航天局戈达德空间研究所所长时，我继承了一个追踪1880年以来温度变化的项目。利用这些数据宝库，自2016年以来，我每年年初都会进行气候预测。承认没有一年比2023年更让气候科学家的预测能力感到困惑，这让人感到羞愧，也有点担心。
For the past nine months, mean land and sea surface temperatures have overshot previous records each month by up to 0.2 °C - a huge margin at the planetary scale. A general warming trend is expected because of rising greenhouse-gas emissions, but this sudden heat spike greatly exceeds predictions made by statistical climate models that rely on past observations. Many reasons for this discrepancy have been proposed but, as yet, no combination of them has been able to reconcile our theories with what has happened.
在过去的九个月里，陆地和海面的平均温度每月都比以前的记录高出0.2°C，这在全球尺度上是一个巨大的增幅。由于温室气体排放量的增加，预计会出现普遍的变暖趋势，但这一突然的高温峰值大大超过了基于过去观测的统计气候模型的预测。造成这种差异的许多原因已经被提出，但到目前为止，还没有将它们结合起来，使我们的理论与所发生的情况相一致。
For a start, prevalent global climate conditions one year ago would have suggested that a spell of record-setting warmth was unlikely. Early last year, the tropical Pacific Ocean was coming out of a three-year period of La Niña, a climate phenomenon associated with the relative cooling of the central and eastern Pacific Ocean. Drawing on precedents when similar conditions prevailed at the beginning of a year, several climate scientists, including me, put the odds of 2023 turning out to be a record warm year at just one in five.
首先，一年前普遍的全球气候状况表明，不太可能出现创纪录的温暖期。去年年初，热带太平洋刚刚结束为期三年的拉尼娜现象，这是一种与太平洋中部和东部相对偏低有关的气候现象。根据年初类似情况普遍存在的先例，包括我在内的几位气候科学家认为，2023年扭转成创纪录温暖年份的几率仅为五分之一。
El Niño — the inverse of La Niña — causes the eastern tropical Pacific Ocean to warm up. This weather pattern set in only in the second half of the year, and the current spell is milder than similar events in 1997–98 and 2015–16.
厄尔尼诺现象—与拉尼娜现象相反—导致东部热带太平洋变暖。这种天气形态只在去年下半年出现，目前的天气比1997-98年和2015-16年的类似事件要温和。
However, starting last March, sea surface temperatures in the North Atlantic Ocean began to shoot up. By June, the extent of sea ice around Antarctica was by far the lowest on record. Compared with the average ice cover between 1981 and 2010, a patch of sea ice roughly the size of Alaska was missing. The observed temperature anomaly has not only been much larger than expected, but also started showing up several months before the onset of El Niño.
然而，从去年3月开始，北大西洋的海面温度开始飙升。到6月，南极洲周围的海冰范围是迄今为止有记录以来最低的。与1981年至2010年的平均冰盖相比，大约相当于阿拉斯加大小的一块海冰消失了。观测到的温度异常不仅比预期的要大得多，而且在厄尔尼诺现象爆发前几个月就开始出现。
So, what might have caused this heat spike? Atmospheric greenhouse-gas levels have continued to rise, but the extra load since 2022 can account for further warming of only about 0.02 °C. Other theories put forward by climate scientists include fallout from the January 2022 Hunga Tonga - Hunga Ha‘apai volcanic eruption in Tonga, which had both cooling effects from aerosols and warming ones from stratospheric water vapour, and the ramping up of solar activity in the run-up to a predicted solar maximum. But these factors explain, at most, a few hundredths of a degree in warming (Schoeberl, M. R. et al. Geophys. Res. Lett. 50, e2023GL104634; 2023). Even after taking all plausible explanations into account, the divergence between expected and observed annual mean temperatures in 2023 remains about 0.2 °C - roughly the gap between the previous and current annual record.
那么，是什么原因导致了这种热峰值？大气温室气体水平持续上升，但自2022年以来的额外负荷只能解释进一步变暖约0.02°C的原因。气候科学家提出的其他理论包括2022年1月汤加Hunga Tonga-Hunga Ha’apai火山喷发的沉降物，该火山喷发既有气溶胶的冷却作用，也有平流层水蒸气的变暖作用，以及在预测的太阳活动高峰之前太阳活动的增加。但这些因素最多只能解释百分之几度的变暖（Schoebel，M.R.等人，Geophys.Res.Lett.50，e2023GL104634；2023）。即使考虑到所有合理的解释，2023年的预期年平均气温和观测年平均气温之间的差异仍约为0.2°C，大致相当于先前与现在的年记录之间的差距。
There is one more factor that could be playing a part. In 2020, new regulations required the shipping industry to use cleaner fuels that reduce sulfur emissions. Sulfur compounds in the atmosphere are reflective and influence several properties of clouds, thereby having an overall cooling effect. Preliminary estimates of the impact of these rules show a negligible effect on global mean temperatures — a change of only a few hundredths of a degree. But reliable assessments of aerosol emissions rely on networks of mostly volunteer-driven efforts, and it could be a year or more before the full data from 2023 are available.
还有一个因素可能在起作用。2020年，一些新规则要求航运业使用更清洁的燃料，以减少硫排放。大气中的硫化合物具有反射性，并影响云的某些特性，从而具有整体冷却效果。对这些规则影响的初步估计表明，对全球平均气温的影响可以忽略不计——只有百分之几度的变化。但气溶胶排放的可靠评估依赖于主要由志愿者推动的网络，可能需要一年或更长时间才能获得2023年的完整数据。
This is too long a wait. Better, more nimble data-collection systems are clearly needed. NASA’s PACE mission, which launched in February, is a step in the right direction. In a few months, the satellite should start providing a global assessment of the composition of various aerosol particles in the atmosphere. The data will be invaluable for reducing the substantial aerosol-related uncertainty in climate models. Hindcasts, informed by new data, could also provide insights into last year’s climate events.
这种等待太长了。显然需要更好、更灵活的数据收集系统。美国国家航空航天局的PACE发射任务于2月发射，是朝着正确方向迈出的一步。几个月后，该卫星将开始对大气中各种气溶胶颗粒的成分进行全球评估。这些数据对于减少气候模型中与气溶胶相关的大量不确定性将是非常宝贵的。根据新数据，通过反演还可以提供针对上年度气候事件的见解。
But it seems unlikely that aerosol effects provide anything close to a full answer. In general, the 2023 temperature anomaly has come out of the blue, revealing an unprecedented knowledge gap perhaps for the first time since about 40 years ago, when satellite data began offering modellers an unparalleled, real-time view of Earth’s climate system. If the anomaly does not stabilize by August — a reasonable expectation based on previous El Niño events — then the world will be in uncharted territory. It could imply that a warming planet is already fundamentally altering how the climate system operates, much sooner than scientists had anticipated. It could also mean that statistical inferences based on past events are less reliable than we thought, adding more uncertainty to seasonal predictions of droughts and rainfall patterns.
但气溶胶效应似乎不太可能提供任何接近完整答案的东西。总的来说，2023年的温度异常突然出现，揭示了前所未有的知识差距，这可能是自大约40年前以来的第一次，当时卫星数据开始为建模者提供无与伦比的地球气候系统实时视图。如果异常现象在8月前不能稳定下来—这是基于之前厄尔尼诺事件的合理预期—那么世界将处于未知领域。这可能意味着，地球变暖已经从根本上改变了气候系统的运行方式，比科学家预期的要快得多。这也可能意味着，基于过去事件的统计推断不如我们想象的那么可靠，给干旱和降雨模式的季节性预测增加了更多的不确定性。
Much of the world’s climate is driven by intricate, long-distance links — known as teleconnections — fuelled by sea and atmospheric currents. If their behaviour is in flux or markedly diverging from previous observations, we need to know about such changes in real time. We need answers for why 2023 turned out to be the warmest year in possibly the past 100,000 years. And we need them quickly.
世界气候的大部分是由复杂的远距离联系驱动的，这种联系被称为遥相关，由洋流和大气流推动。如果它们的行为与之前的观察结果不一致或明显不同，我们需要实时了解这些变化。我们需要答案来解释为什么2023年可能是过去10万年中最热的一年。我们很快就需要它们。
https://blog.sciencenet.cn/blog-38693-1428774.html
小冰期的成因：地磁层漏能效应和地磁层空洞漏能效应
||
小冰期的成因：地磁层漏能效应和地磁层空洞漏能效应
杨学祥
关键提示
地球磁场和太阳风暴
最强烈的太阳风暴源于太阳黑子活动的峰年期，黑子的实质是剧烈活动的呈紧密缠绕状态太阳环向磁场，像拉紧的皮筋，易被扯断，扯断之后太阳大气中的能量会释放出来，形成耀斑，向太阳系空间发射出大量高速高能粒子和带电粒子的混合体等，形成强烈的太阳风，我们习惯称它为“太阳风暴”。这些被抛射出的粒子会到达地球，但地球本身有一个强大的磁场，于是这些粒子流会撞击地球磁场和大气层，形成一个形状像一头开口的口袋一样的地球磁层。绝大部分太阳高能粒子被阻挡在地球磁层之外，仅有少数太阳高能粒子穿透地球磁层，沿着地球磁力线进入地球内部。地球磁场的磁力线从南极流向北极，在两极地区形如漏斗，尖端对着地球的南北两个磁极，因此太阳发出的带电粒子沿着地磁场这个“漏斗”沉降，一般进入地球的两极地区，两极的高层大气，受到轰击后会发出光芒，形成极光。地球磁场实际上是对太阳风（暴）起到了一个屏蔽、抵御和保护地球的作用。
地球磁场是地球的重要物理场之一,展布的空间很大，包围地球，像保护伞一样保护着地球上的生物免受宇宙辐射的伤害，其中就包括把绝大部分“太阳风”粒子阻挡在地球之外，成为地球的重要环境因素之一，对人类的生存和发展起着至关重要的作用。
我们一方面要观察、研究太阳风暴本身，一方面要考虑地球磁场和大气的防护能力，两者综合起来才能把影响考虑周全。尤其是我们的磁场，因为它不但被我们关注的少，而且我们“盾”也并不让人乐观，有研究发现，我们的地球磁场正在变弱。
科学家的近期研究表明，地球磁场正在迅速减弱。在过去的160年里，磁场强度令人吃惊地下降了10%。
太阳风暴发生过程中来自太阳的带电粒子很容易迸入极区产生电离作用，发生极光，当然也会引起磁暴和电离层暴，在地磁场中的运动会产生强大的感应电流，其结果可能导致该地区电网变压器的铜线快速加热并被融化，电流失去控制，严重损坏该地区的电力系统、通讯线路，如果地球磁场强度减弱，捕获能力就会减弱，那么发生电离的范围就会扩大，电网等被损害的范围可能会随之加大。地磁变化应该成为我们研究这次太阳风暴影响的重要的考虑因素，加以重视。
计算机模型的计算结果也表明，如果两个磁极的强度继续减弱，则来自太阳的粒子流便可能使高达40%的地球高纬度臭氧被破坏，每次的破坏时间将长达数月至一年之久，这也为南北极海冰融化提供了合理的解释。
“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应”
到达地球的太阳辐射能大约有2%被平流层的臭氧吸收，7%被电离层吸收。当黑子活动高峰发生太阳风暴时，会大量破坏两极臭氧，随之产生“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应”，使被臭氧层阻隔的2%太阳能由平流层进入对流层，导致南极平流层变冷对流层变暖。
收缩的平流层自转变快，膨胀的对流层自转变慢，这是赤道高空风产生的一个原因。拉马德雷现象就是太平洋上空高速气流方向转换的现象，拉马德雷暖位相增强厄尔尼诺事件，拉马德雷冷位相增强拉尼娜事件，从而影响大气环流和全球气候变化。两极臭氧洞的“臭氧洞漏能效应”和“地磁层漏能效应”使太阳能量进入两极，北极和南极大陆边缘的海冰大量融化，打开南美洲德雷克海峡的海冰开关，减弱秘鲁寒流，进一步增强厄尔尼诺现象。与此同时，增高的海洋表面温度使更多氯元素从海洋进入大气，使臭氧洞进一步扩大，从而进一步影响气候、增加灾害性天气发生的几率。地球历史表明，强地磁场对应地球的寒冷气候，如第四纪冰期；弱地磁场对应高温气候，如中生代的温暖期。地磁场减弱也是全球变暖的原因之一：地磁场减弱导致更多太阳能量进入地球。
太阳磁场除了能够调制进入大气的高能粒子流外,可以通过某种磁电耦合机制影响地球系统。太阳风磁场和地磁暴的相关性是明显的,也可以引起高层大气磁活动和环形电流的相应变化。据研究，太阳活动与旱涝灾害、厄尔尼诺事件、世界流感的发生密切相关，其发生规律有待于进一步研究。有专家认为，太阳风的高能粒子流从两极进入地球，是形成地震的能量之一，极光是其在大气中的表现。磁暴是地震学家预测地震和灾害的手段。
种种迹象和研究表明，地球磁场是地球变化的重要因素，我们必须加强这方面的研究，把它加入到引起自然变化因素中去。近年来全球地震、干旱、洪水、高温等极端气候的出现，不能排除和地磁减弱的关联。如果在今后若干年内，这些灾害气候频率和强度有增加趋势的话，并且地表测得宇宙射线辐射剂量同步增大，则可以确认这种关联。
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-363907.html
太阳黑子延长极小期与小冰期的对应性
从15至17世纪的200余年内，世界上强震很多，其它自然灾害也很集中，这也正是蒙德极小值期。与之对应的中国华北第六地震活动期，延续了200多年，其间发生了4次8级地震，7次7级地震，其后的平静期延续了85年，未发生任何大于6级的地震[15]。这个时期太阳活动处于极小值，人们往往把它当作小冰期气候产生的原因。实际上，单凭太阳辐射能量变化不足以解释气候的巨大波动。Eddy等人估计，气候响应与正常发生的变化相比是很小的——太阳常数的变化至多使地球表面的温度受到零点几度的扰动，问题的关键是能够激发低层大气发生变化的机制和大气高层与地表的能量交换。
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-521283.html
太阳黑子活动和火山活动导致小冰期
历史学家称从1550年到1750年这一全球气温持续异常的时期为小冰期。目前学界提出了两个原因进行解释。一个是被称为蒙德极小期的太阳黑子活动导致；还有一个是菲律宾、印尼、新几内亚到日本的火山大量喷发导致（见表1-2）。
太阳黑子说认为太阳能量的释放和太阳黑子有关，较少的太阳黑子活动意味着太阳光照射强度的下降。太阳黑子的活动有周期性，这跟地球气温形成了关联。
其次则认为气温下降跟火山大爆发有关，火山将二氧化硫气体喷射到高层大气之中。二氧化硫与蒸汽形成了微小的硫酸液帝，将太阳光反射回去。1642年菲律宾大火山的爆发接着就有三年低温。
表1 太阳活动、火山喷发、强潮汐和低温期的对应关系
太阳黑子延长极小期 | 时间（年） | 坏天 时代 | 潮汐极大年时间 | 火山活跃时间 | 全球 气温 |
欧特 | 1040-1080 | 1010-1110 | 1062 | ？？ | 低温 |
沃尔夫 | 1280-1350 | 1165-1360 | 1264 | 1275-1300 | 小冰期 |
史玻勒
| 1450-1550
| 1420-1525
| 1425
| 1440-1460 1470-1490 | 小冰期
|
蒙德 | 1640-1720 | 1600-1725 | 1629 | 1640-1680 | 小冰期 |
道尔顿 | 1790-1830 | 1790-1915 | 1770 | 1810-1820 | 小冰期 |
21世纪 | 2007-？？ | 1997-？？ | 1974 | 1980-?? | 次小冰期 |
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-972713.html
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-976487.html
图1 400年太阳黑子观测：太阳黑子超长极小期和极大期
https://www.zhihu.com/question/32111558/answer/54892864
太阳黑子有约200年的变化周期，通常称之为延长极小期。从公元850年起，我们可以确定的太阳黑子延长极小期就有7次之多，它们分别是：
太阳黑子超长极小期
奥特极小期（Oort minimum）（1010-1080）
麦蒂威密讷极小期（Medieval Minor Minimum）（1150-1200）
沃尔夫极小期 （Wolf Minimum） （1270-1350）
斯玻勒极小期 （Sprer Minimum）(1430–1520)
蒙德极小期 （Maunder Minimum）（1620-1710）
道尔顿极小期（Dalton Minimum）(1787–1843)
道尔顿次极小期（Dalton Minimum2）(1875–1940)
图2 太阳活动周期低值与小冰期对应
美国卫星发现地球磁场出现巨大空洞
2008年12月18日 09:31 大洋网-广州日报报道的新发现
科学家们一直在密切关注地球磁场，因为它是保护地球不受宇宙空间恶劣气候影响的重要屏障。地球磁场就跟一座通风良好的老房子一样，有时会被来自太阳的猛烈的带电粒子穿透，从而导致耀眼的极光出现，或者令卫星和地面通讯系统受到干扰。(本报综合报道)
本报综合报道 美国科学家16日发布报告称，近年来的卫星观测显示，保护地球的地球磁场受到了迄今为止来自太阳的最强烈能量冲击，一度出现一个空洞。这一现象是去年夏天由美国航空航天局(NASA)所发射的“西弥斯”卫星系统发现的。
地磁层空洞的出现必然导致太阳高能射线进入，形成地磁层空洞漏能效应。
综合结论
地球接收太阳能量的大幅度变化，主要表现在太阳黑子和高能粒子的数量：太阳黑子延长极小期时期几乎没有太阳黑子，除此之外，地磁强度比现在增加10%，也就是拒收10%太阳高能粒子；反之，现在地磁强度减弱10%，进入两极的太阳高能粒子增加10%，再叠加臭氧洞漏能效应、地磁层漏能效应、地磁层空洞漏能效应，其最大特征是，变暖首先从两极冰盖融化开始，符合现今变暖现实。
在两极，地磁层漏能漏斗长久存在，即使没发生空洞，太阳高能粒子也源源不断沿着磁力线向两极集中。这是被我们长期忽略的能量交换。
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1396474.html
这正是近年来两极冰盖快速融化的原因。
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-995752.html
参考文献
1. 杨学祥，杨冬红。2007：拉马德雷冷位相时期的灾害链。见：高建国主编，苏门答腊地震海啸影响中国华南天气的初步研究——中国首届灾害链学术研讨会论文集。气象出版社， 200-204。
2. 杨冬红，杨学祥。“拉马德雷”冷位相时期的全球强震和灾害。西北地震学报。2006，28（1）：95-96
3. 杨冬红，杨学祥，刘财。2004年12月26日印尼地震海啸与全球低温。地球物理学进展。2006，21（3）：1023-1027
Yang Donghong,Yang Xxuexiang, Liu Cai. Global low temperature, earthquake and tsunami (Dec. 26, 2004) inIndonesia[J].Progress in Geophysics, 2006, 21（3）: 1023～1027.
4. 杨冬红，杨德彬，杨学祥。地震和潮汐对气候波动变化的影响。地球物理学报。2011，54（4）：926-934.
Yang D H,Yang D B, Yang X X, The influence oftidesandearthquakes in globalclimatechanges. Chinese Journal of geophysics (in Chinese),2011, 54(4): 926-934
5. 杨学祥, 杨冬红.2008. 全球进入特大地震频发期. 百科知识,8-9.
6. 杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677.
Yang X X, Chen D Y. Study oncause of formation in Earth’s climatic changes. Progress in Geophysics (inChinese), 2013, 28(4): 1666-1677.
7. 杨冬红, 杨学祥.北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性[J]. 地球物理学进展, 2014, 29(2): 610-615.
YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. Studyon the relation between ice sheets melting and low temperature in NorthernHemisphere. Progress in Geophysics. 2014, 29 (1): 610～615.
8. 杨冬红，杨学祥。2008. 全球变暖减速与郭增建的“海震调温假说”。地球物理学进展。23 (6): 1813～1818
Yang D H, Yang XX. The hypothesis of the ocesnic earthquakes adjusting climate slowdown ofglobal warming. Progress in Geophysics (in Chinese), 2008, 23(6): 1813-1818.
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1160708.html
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1164034.html
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1294014.html
9． 杨学祥, 陈殿友. 地球差异旋转动力学, 长春：吉林大学出版社,1998。85-89
10． 杨学祥, 陈殿友, 宋秀环. 太阳风、地球磁层与臭氧层空洞. 科学（Scientific American 中文版）, 1999, （5）：58~59
11． 杨学祥, 陈殿友. 火山活动与天文周期. 地质论评, 1999, 45（增刊）：33~42
12． 杨学祥. 地磁层和大气层漏能效应. 中国学术期刊文摘, 1999, 5（9）：1170~1171
13． 杨学祥, 陈殿友. 地磁场强度的轨道调制与自然灾害周期. 见：中国地球物理学会年刊2000. 武汉：中国地质大学出版社, 2000. 307
14． 杨学祥, 陈殿友. 构造形变、气象灾害与地球轨道的关系. 地壳形变与地震,2000,20（3）：39~48
15. 杨学祥，陈殿友，李守春。干旱、地震与月球赤纬角变化[J]。西北地震学报，1999，21（1）：44~47。
16. 周长庆，高景泰。我国科学家杨学祥提出新观点:臭氧空洞"元凶"是太阳风。科技文萃。 1999, (8)。http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_kjwc199908034.aspx
参考文献中英文对照
杨冬红, 杨学祥.灾害频发和地磁减弱的关系. 世界地质,2011, 30(3): 474~480
Yang D H,Yang X X. Relationship of frequent disasters with geomagnetic weakening (inChinese). Global Geology, 2011, 30(3):474~480
杨冬红, 杨学祥, 刘财. 2006. 2004年12月26日印尼地震海啸与全球低温. 地球物理学进展, 21(3): 1023~1027
Yang D H, Yang X X, Liu C. 2006. Global lowtemperature, earthquake and tsunami (Dec. 26, 2004) in Indonesia.Progress in Geophysics (in Chinese), 21(3): 1023~1072
杨冬红. 2009. 潮汐周期性及其在灾害预测中应用[D][博士论文].长春:吉林大学地球探测科学与技术学院.
Yang Dong-hong. 2009. Tidal Periodicity andits Application in Disasters Prediction[D]. [Ph. D. thesis]. Changchun：College of Geo-exploration Scienceand Technology, Jilin University.
杨冬红，杨德彬，杨学祥. 2011a. 地震和潮汐对气候波动变化的影响[J]. 地球物理学报， 54（4）：926-934
Yang D H, Yang DB, Yang X X. 2011b. The influence of tides andearthquakes in global climate changes[J]. Chinese Journal of geophysics (inChinese), 54(4): 926~934
杨冬红, 杨学祥. 2013.a 地球自转速度变化规律的研究和计算模型. 地球物理学进展, 28（1）：58-70。
Yang D H, Yang X X. 2013a. Study and model onvariation of Earth’s Rotation speed. Progressin Geophysics (in Chinese), 28（1）：58-70.
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1031596.html
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1214155.html
海洋是温室气体的贮存器和火药桶：火山是温室气体排放的导火索
||
海洋是温室气体的贮存器和火药桶：火山是温室气体排放的导火索
吉林大学：杨学祥，杨冬红
地球变暖不是来自一个原因，不能只让二氧化碳背锅！
澳大利亚的一个学者认为冰川融化没有从冰川的顶部开始，而是从底部一点一点融化的，这就可能因为地球本身的热度引起的，要知道我们的地球靠太阳来得到充足的热量，但是地球的内部也可以发热，地球里是有岩浆的，再加上内部的能量巨大，这些质量在一起发生质变就会产生热量，所以地球是在散热的。地球变暖不是来自一个原因，二氧化碳也许也是一个原因，但也许还存在更多的原因，所以不能只让二氧化碳背锅！
每年地表热流值为1020焦耳，潮汐能为1019焦耳，地震火山活动能量为2017-18焦耳。地球内部的热能释放是客观事实，对地球变暖的贡献不容忽视。我们早在1999年就提出了“海洋锅炉效应”。
我们在1996年指出，火山活动主要受地球内部能量间歇性释放所控制。海洋锅炉效应、海底藏冷效应、海震调温效应和强潮汐调温效应比温室效应有更显著的调温效果。自然杂志最新文章证实了这一结论。
图1 海底藏冷效应和海洋锅炉效应
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-521283.html
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-691970.html
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1169084.html
海水因为含有平均约3.5%的盐分，所以它的最大密度约出现在摄氏负2度左右，恰好与海水开始结冰的温度很接近。两极临近结冰的海水密度最大，源源不断地沉入两极海底，自转离心力使较重的海水向赤道海底运动，形成全球巨厚的海底冷水层。由于太阳辐射不能进入这个领域，“冷”被安全地封存在海底，冷水领域还不断扩大。赤道海水表层热水在上、冷水在下，垂直方向只有热传导、没有热对流。随着海洋冷水区的不断扩大和赤道海洋表层热水区的不断缩小，赤道和两极的温差也不断加大，形成中、高纬度地区的冰盖和冰川。我们称这个过程为海底藏冷效应。它是海气相互作用的典型范例，大气中的“冷能”由此而进入海洋。冰雪反射太阳辐射，随着冰雪面积的不断扩大，地表接受到的太阳能量越来越少，使大气和海洋越来越冷，冰期有一个长期的“冷积累”过程。
由于内核相对地壳地幔的差异旋转，太阳辐射达到最大值时使核幔角动量交换达到高峰，部分旋转动能转变为热能积累在核幔边界赤道区（此处核幔速度差最大，积累的热能最多）。超级热幔柱（羽）由核幔边界赤道热区升起，在海底赤道区喷发，加热了底层海水，并引发赤道和两极之间的海洋整体热循环，降低了赤道和两极大气的温差，使两极的海温和气温逐渐上升到冰点以上，消除了海洋藏冷效应的“冷源”，形成全球无冰温暖气候，产生晚白垩纪赤道海洋表层低温之谜（当时温度为摄氏21度，比现代低6.5度）。我们称这个过程为海洋锅炉效应。有证据表明，随着热幔柱喷发强度的减弱，近一亿年间海洋底层水冷却了摄氏15度，大气冷却了10~15度。这是典型的地、海、气相互作用。计算表明，一亿二千万年前形成翁通爪哇海台的海底热幔柱喷发，其释放的热量可使全球海水温度增高33度，喷发过程经历了几百万年时间。有证据表明,在古新世末不到6000年的时间内大洋底层水增温4度以上。海底火山活动引发的深海热对流在全球气候变化中的作用不容忽视。
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-736985.html
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-521283.html
实际上，地球的气候是一个多种因素参与的动态平衡：海底藏冷效应导致冰盖从两极扩展到赤道，形成雪球地球，阻塞了地球散热的通道，海底火山的喷发，加热了海洋，释放了温室气体，导致冰盖的融化，形成海洋锅炉效应。与此同时，火山灰污染了冰雪表面，降低了冰雪的反光率，接收更多的太阳光使地球变暖。
贮存器和火药桶：海水增温导致的温室气体排放
最近，日本一项研究发现，由于全球变暖导致降水增加，西伯利亚永久冻土带的森林土壤将更易释放甲烷，从而导致全球变暖进一步加剧。
日本森林综合研究所1日发表的一份公报称，2005年至2007年，该所研究人员在中西伯利亚永久冻土带的落叶松林中，检测了土壤吸收和释放甲烷的速度。结果发现，2005年和2006年，土壤中吸收甲烷的甲烷氧化细菌活跃，全年吸收的甲烷量超过了释放的甲烷量。
但是，在年降水量比常年多的2007年，森林土壤释放的甲烷量则超过了吸收的甲烷量。研究小组认为，这是由于土壤含水量增加导致甲烷氧化细菌不够活跃，而生成甲烷的产甲烷菌的活动则变得活跃造成的。
研究小组认为，随着全球变暖，中西伯利亚降水量预计会增加，所以甲烷的释放量有可能进一步增加。
联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）2013年的报告曾指出，全球变暖会导致西伯利亚地区释放大量甲烷，不过报告没有考虑到降雨对于甲烷释放量的影响。此次发现将有助于IPCC更准确地预测全球变暖趋势。
据Gerlach的估算，全球陆相火山以宁静方式放出二氧化碳的速率为每年792 百万吨，而陆相火山喷发出的二氧化碳的速率仅为每年66 百万吨[32]。前者是后者的12倍多。宁静方式火山放气没有明显的火山灰，其增温效果显著。
近期发现海洋气体水合物（可燃冰）蕴藏的碳为地球上所有已知天然气、原油和煤的碳量的二倍，从中逃逸出的气体形成的温室效应远大于人类活动[39]。
人类排放的温室气体可以人为控制，但代价巨大。自然排放的温室气体数量同样巨大，但不可控制，是触发自然灾难和气候变化的基本因素，需要更多研究和关注，否则，人类的各种努力都会功亏一篑。
自然排放温室气体的方式有多种，包括森林大火、煤层自燃、火山喷发、地下排气、冻土增温等，其中，海洋既是温室气体的贮存器也是火药桶。
海洋既是温室气体的贮存器也是火药桶
海洋是温室气体的巨大贮存器，也是温室气体排放的火药桶，只要存储在海洋中的碳释放2 %，就将使大气中的CO2含量增加一倍。在1 个大气压下，海水温度从0℃升高为25℃，每克海水可释放约1 cm3体积的CO2，释放量与残留量的比值约为1：1。目前全球海洋溶解的CO2是大气中CO2的13倍，以此比例，海水升温25℃，大气中CO2的含量应该增加到现在的6.5倍，这表明白垩纪海洋增温释放的CO2是大气CO2浓度增高的主要来源[55]。
所以，海底藏冷效应通过冷水下沉，将温室气体封存在海底；海洋锅炉效应通过热水上升，将温室气体排放到大气。
据Coffin和Eldholm（1993）海洋考察结果，巨大火成区所显示的大陆溢流玄武岩和大洋溢流玄武岩的喷发强度与全球高温和大气CO2高浓度对应（见图2-4）。
图2 巨大火成区和全球变暖
Fig 2 Large igneous provinces and global warming
图3 巨大火成区的规模比例
Fig 3 The proportion of the large igneous provinces
120Ma前海底地幔柱喷发形成翁通爪哇海台，其释放的热量为6×1026J，海洋的质量为1.45×1024g，可使全球海水温度增高33℃，平均每万年海温升高0.1℃[35]。有证据表明，在古新世末不到6000年的时间内大洋底层水增温4℃以上。海底火山活动引发的海温增高和CO2排放在全球气候变化中的作用不容忽视，这是白垩纪强烈火山活动、大气中高浓度CO2和异常高温一一对应的原因。
最近发现在15~20Ma前南极的夏季温度要比现在高出大约11℃，最高可以达到大约7℃。这一南极地区的“绿化”过程最高峰大致出现在中新世中期，距今大约16.4~15.7Ma。中新世中期的温暖环境被认为应当对应于400~600ppm的大气二氧化碳浓度。15 Ma前发生的哥伦比亚溢流玄武岩喷发是大气CO2浓度增加的原因（见图1-2）。
在过去的20年中，研究人员搜集了有关古新世—始新世（5500万年前）最热现象（PETM）的数据。在PETM期间，地球的表面温度在1万年的时间里上升了9℃，而这一事件的起始温度要高于地球目前的气温。地球的温度在这一较高水平上一直持续了近10万年。在PETM期间，大气中的气体浓度上升了约700 ppm（百万分之一），即从1000 ppm升至1700 ppm——这比现今的385 ppm高出了4倍之多。据估计，温室气体的大量灌入形成了这一气温峰值。
然而一项新的分析结果似乎并不能完全支持这一假设。研究人员模拟了在PETM期间，大气的灵敏度增加到翻一番的二氧化碳水平——2000 ppm，地球温度会发生何种变化。最终的结果显示，这些二氧化碳最高可以使温度升高3.5℃。这就意味着还有一些其他的因素使地球的温度升高了5.5℃。这一无法解释的变暖现象使人们对究竟是什么导致了重大且快速的气候变化的认知存在着一个缺口：二氧化碳不是造成古气候峰值唯一原因。
事实上，5500万年前的温度峰值与北大西洋边缘的巨大火成区同时出现，后者喷出的熔岩为哥伦比亚溢流玄武岩体积的3倍多。1000km3熔岩要释放1.6×1013 kg的CO2，3×1012kg的硫和3×1010kg的卤素。一个巨大火成区的累积过程要发生上千次这样的喷发，它使现代人类造成的污染物产生的影响相形见绌。120Ma前海底热幔柱喷发形成翁通爪哇海台的体积为36×106km3，15 Ma前发生的哥伦比亚溢流玄武岩体积为1.3×106km3，释放的CO2分别为5.8×1017 kg和2.1×1016 kg。图3中可以看到，巨大火成区大部分处于海洋及其边缘，喷发物被海水过滤，减少火山灰降温作用，增强温室气体增温作用。海洋被加热，释放大量温室气体，两种因素都导致气温升高。
图4 全球巨大火成区（黑色部分）
Fig 4 Global large igneous provinces
Engel and Engel给出了6亿年以来北美火山喷发曲线（见图45），Larson给出了1.5亿年以来全球地磁、洋壳产量、古温度、古海平面、黑色页岩的异常变化，与图1-2的变化趋势基本一致。
图5 北美火山活动曲线（据Engel and Engel, 1964）[39]
Fig. 5 The cure of volcanic activity in North America（after Engel and Engel, 1964）
在过去4.5亿年中地球旋转速率、地磁轴视极移、洋脊的活动、海平面和气候变化有伴随出现的现象。地球旋转加速时期主要对应了正极性时期，而旋转减慢时期主要对应了负极性时期，前者如志留纪至早泥盆纪和中生代，这阶段由于地球旋转速度加快，使地磁极具正极性、洋脊活动增强、全球性海侵和古气候变暖。自晚泥盆纪至二叠纪和新生代，是地球旋转速度减慢时期，表现为负极性为主、洋脊活动减弱、全球性海退、气候剧烈变化和出现大冰期。这些资料表明，在几亿年时间尺度上，各种地质旋回有一定程度的相关性存在，与地球自转速度变化相对应[42]。
叶淑华院士指出，在距今0.65-1.4亿年前的白垩纪，地磁场突然倒转，岩浆活动非常剧烈；大气温度比现在高18℃左右；海平面比现在约高150米；地球的自转变快；古生物大量灭绝；大气中CO2的含量十倍于现在；陨石增多[43]。在此期间，地球自转速度处于峰值。相反，437Ma的奥陶志留纪大冰期和437Ma的石炭二叠纪大冰期对应地球自转速度低谷。
巨大火成区来自核幔边界地幔柱的猛烈喷发，核幔边界地幔柱喷发的能量又来自何处？
理论模型研究和实际测量表明，地球内核自转较快，地壳和地幔自转较慢，形成地球内外圈层的差异旋转，核幔边界不仅是热交换边界，而且是圈层角动量交换的边界。最强的太阳辐射加强圈层角动量交换，使地壳和地幔自转变快，内核自转变慢，部分动能转化为热能积累在核幔边界。这是地球自转加速对应大规模地幔柱喷发的原因。
化石种类数据的小波分析显示存在大约62Ma和140Ma两个明显周期。这表明地表周期与地球深部周期的一致性。这些新的结果指出，各种地质过程的一致性可能是与深部地幔的活动变化相关的。银河年280Ma周期在地球大冰期和温暖期转换周期、地球自转长期变化周期、火山喷发长周期、陆海变动周期、造山作用周期、地磁极性变化长周期都有明显的表现。280Ma周期是140Ma周期的倍数周期，是140Ma周期受控于银河年周期的证据，最可能的因素是太阳辐射强度的变化。太阳风和太阳辐射量的变化可以压缩地球磁场，增强或减弱核幔角动量交换，对核幔边界的地幔柱活动有控制作用（图1）。
巨大火成岩省形成时释放的甲烷和CO2是导致全球变暖的重要原因，但是，导致全球变暖的巨大火成岩省有多种作用，温室效应只是其中的一种。使海洋底层水增温，这是巨大火成岩省无可替代的致暖作用。在导致海水增暖的同时，也导致海水中温室气体的排放。
巨大火成岩省的海台和洋壳产量在白垩纪是最高的，洋壳产量的最高速度为37×106 km3/Ma（目前的洋壳产量为17×106 km3/Ma），对海洋温度的提高贡献最大。存储在海洋中的碳只要释放2 %，就将使大气中的CO2含量增加一倍。海洋是CO2的储库。在1 个大气压下，海水温度从0℃升高为25℃，每克海水可释放约1 cm3体积的CO2，释放量与残留量的比值约为1：1。目前全球海洋溶解的CO2是大气中CO2的13倍，以此比例，海水升温25℃，大气中CO2的含量应该增加到现在的6.5倍，这表明白垩纪海洋增温释放的CO2是大气CO2浓度增高的主要来源。
火山喷发出的火山灰能够遮蔽阳光，具有致冷作用；火山喷出的温室气体——CO2和水汽具有致热作用。特别值得指出的是，海底火山喷发经过海水过滤，不仅能释放出海洋中的温室气体，而且能使大气和海洋同时增温。温室效应只有增温效应，模拟计算表明，二氧化碳不是造成古气候峰值唯一原因。
近一亿年间海洋底层水冷却了摄氏15℃，大气冷却了10-15℃，而第四纪冰期到来之时，海洋底层水温度为0℃，目前为2℃。这表明全球温暖期对应海洋底层水的高温期，全球大冰期对应海洋底层水低温期，海洋底层水是地球储存“冷能”的仓库。新洋壳生成和海底火山活动引发的海温升高和海水中CO2释放在全球气候变化中的作用不容忽视，这是人为温室效应所不能达到的。
火山喷发造成的化石能源燃烧加速推动地球生物灭绝
发生在大约2.52亿年前的二叠纪-三叠纪生物大灭绝，在短短几万年的时间里，使96%的海洋生物和约70％的陆地生命从地球上永远消失。证实了巨大火成区造成温室气体大排放的理论推测（见表1）。
当时，位于如今西伯利亚地区的古老火山喷出了大量岩浆，覆盖了相当于美国表面积三分之一甚至一半的土地，这一过程持续了大约一百万年。然而，火山爆发不是导致大灭绝的根本原因。
据两个独立的科学家团队发布的最新研究论文，正是由于西伯利亚火山岩浆燃烧了大量地下石油和煤炭沉积物，燃烧过程中释放出二氧化碳和甲烷等温室气体，进而导致了大灭绝的发生。日本东北大学的地球化学家Kunio Kaiho团队发现两起火山爆发事件与二叠纪末陆地与海洋生物灭绝时间吻合。而苏格兰圣安德鲁斯大学生物地理化学家Hana Jurikova团队在大灭绝边界的贝壳化石中发现了海洋酸化的证据，证实了化石燃料燃烧和温室气体释放造成海洋酸化，从而导致珊瑚等海洋生物溶解死亡。
这些研究发现进一步证实了气候变化对地球生命的影响。如果将大灭绝与如今全球变暖进行类比，大灭绝期间排放的温室气体总量远远超过人类产生的温室气体。然而，当时火山释放出二氧化碳的速度比今天人类的排放速度要慢14倍。因此，我们目前每年燃烧产生的碳量比大灭绝时期的任何时候都高得多。如果不能遏制温室气体排放，未来气候变化对生物的严重影响或许可以预见。
英国科学家的最新研究称，在距今大约2.5亿年前，大规模火山喷发毁灭了全球的森林，使得地球到处是以树木为食的真菌。
这项研究证实，即便是生命力极强的树木，也未能在二叠纪物种大灭绝事件的浩劫中幸免，那也是已知地球上最具破坏性的物种灭绝事件之一。在这次灭绝事件中，超过95%的海洋生物物种和70%的陆地生物物种从地球上永远消失，它们极有可能毁灭于集中在当今西伯利亚一带的长期火山喷发喷射的有毒气体。
火山喷发在全球范围内形成了大量酸雨，并破坏了臭氧层，使得更多有害的紫外线到达地面。在此之前，研究人员并未发现大灭绝期间地球状况的实物证据，于是，很多人推测二叠纪的森林相对完整地幸存下来。不过，最新研究表明，地球上的森林植被那时同样遭受重创。
领导实施此项研究的英国伦敦帝国学院地球化学家马克·塞普敦(Mark Sephton)说：“火山喷发以后，世界可能变成一片片奇特的绿地，到处是类似石松的结构简单的植物，还有大量死去的树木。”在接下来的400万年中，地球上仍极少看到树木，但是，由于可以适应这种酸性的新环境，真菌得以幸存下来。
科学家在二叠纪大绝灭时期的岩层中发现的真菌孢子化石显示，一种称为Reduviasporonites的远古生物在全球范围内的生长却在那个时期达到顶峰。从此，科学家一直在争论这种已经灭绝的生物是靠光合作用为生的水藻，还是以树木为食的真菌。为了揭开这个谜底，塞普敦及其同事分析了Reduviasporonites中不同种类的碳和氮，并将结果与现代真菌进行比较。
他们发现，这种远古生物与以枯树为食的真菌具有相似的饮食化学结构(dietary chemistry)。Reduviasporonites真菌的大规模突然繁殖表明有大批树木在灭绝事件中死亡，为真菌提供了源源不断的美食。据塞普敦介绍，现在，地球上由真菌主导的地区位于捷克，由于焚烧大量褐煤产生的酸雨破坏了大面积林地，那里以树木为食的真菌大量繁殖。
塞普敦补充说，在全球范围内，人类活动“正以地质历史上前所未有的速度”改变着地球大气层的气体平衡。此外，今天物种多样性减少放映了二叠纪生物大灭绝事件的早期状况。塞普敦说：“这是严重违背自然规律的人类实验，我们只是不知道这一切将如何结束。”研究结果刊登在最新一期《地质学》(Geology)杂志上。
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-263236.html
表1 地球自转周期与地质旋回
时间 地球自转 全球气候 生物灭绝事件 热 幔 柱 喷 发 /Ma 形成物 体积/106km3 |
480 高峰 温暖期 北美火山活动高峰 437 低谷 奥陶志留纪大冰期 北美火山活动低谷 370 高峰 泥盆纪温暖期 北美火山活动高峰 280 减慢 石炭二叠纪大冰期 北美火山活动减弱 248 减慢 西伯利亚暗色岩 230 低谷 二叠纪大冰期末 北美火山活动低谷 160 加快 中生代温暖期 三大洋底重大裂解作用 140 加快 中生代温暖期 香港超级火山 139 加快 中生代温暖期 三大洋底重大裂解作用 120~124 高峰 温暖期 不明显 (水下喷发) 翁通爪哇海台 36 北美火山活动高峰 110~115 加快 温暖期 大规模生物灭绝 凯尔盖朗海台 变小 97 加快 中生代温暖期 三大洋底重大裂解作用 65~69 高峰 温暖期 恐龙灭绝，所有物种近 德干暗色岩 变小 一半灭绝 55~59 高峰 温暖期 许多深海有孔虫类和 北大西洋火山 变小 陆生哺乳动物灭绝 边缘 25 低谷 低温 15~18 加快 变暖 大规模物种灭绝 哥伦比亚河溢 1.3 流玄武岩 10~12 高峰 变暖 0~2 低谷 第四纪大冰期 北美火山活动低谷 |
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-663979.html
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-826777.html
大自然的温室气体“海底压缩贮存效应”和“海面减压释放效应”
2015年1月19日我们发表了《温室气体伴同冷水的深海循环：冰期时代的温室气体去向》博文。
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-860950.html
本文的重要性是给出了大气和海洋之间温室气体的自然循环：海底的巨大压力将温室气体压缩贮存，例如将甲烷变为“可燃冰”。人为温室气体的密闭封存不过是在简单地模仿自然过程。
可燃冰，即天然气水合物（Natural Gas Hydrate，简称Gas Hydrate），是分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中，由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质。因其外观像冰一样而且遇火即可燃烧，所以又被称作“可燃冰”（Combustible ice）或者“固体瓦斯”和“气冰”。其实是一个固态块状物。天然气水合物在自然界广泛分布在大陆永久冻土、岛屿的斜坡地带、活动和被动大陆边缘的隆起处、极地大陆架以及海洋和一些内陆湖的深水环境。
可燃冰的学名为“天然气水合物”，是天然气在0℃和30个大气压的作用下结晶而成的“冰块”。“冰块”里甲烷占80% 99.9%，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，污染比煤、石油、天然气都要小得多。西方学者称其为“21世纪能源”或“未来能源”。 1立方米可燃冰可转化为164立方米的天然气和0.8立方米的水。科学家估计，海底可燃冰分布的范围约4000万平方公里，占海洋总面积的10%，海底可燃冰的储量够人类使用1000年。随着研究和勘测调查的深入，世界海洋中发现的可燃冰逐渐增加，1993年海底发现57处，2001年增加到88处。据探查估算，美国东南海岸外的布莱克海岭，可燃冰资源量多达180亿吨，可满足美国105年的天然气消耗；日本海及其周围可燃冰资源可供日本使用100年以上。
探测资料显示，“可燃冰”为地球上所有已知天然气、原油和煤的碳量的二倍，从中逃逸出的气体形成的温室效应远大于人类活动。海洋锅炉效应是地下和海洋中温室气体进入大气的原因，核幔角动量交换和地球形变又是海洋锅炉效应的原因。
冰期时代的温室气体去哪了？结论是，温室气体伴同冷水的深海循环由大气进入海底。理论推导得出两个实用的指标：
其一，海底冷水温度的降低意味着温室气体由大气向海底积累；海底冷水温度的升高意味着温室气体由海洋向大气释放。
其二、海底冷水温度的降低意味着全球变冷；海底冷水温度的升高意味着全球变暖。
结论
温室效应仅仅是导致全球变暖的一种因素，海水增温排气也是全球变暖的重要因素，海洋底层温度变化是大气温度变化的可靠前兆。
研究表明，全球温暖期对应海洋底层水的高温期，全球大冰期对应海洋底层水低温期，海洋底层水是地球储存“冷能”的仓库，如果海洋底层水温度没有提高到一亿年前的水平，全球就不会重现中生代白垩纪的高温期，强潮汐和强震会不断用海底冷水来冷却大气，使气候变冷。海洋底层温度变化是全球气候变化的晴雨表，地球内部能量释放、海水温度和全球气候的相关性，使我们有可能通过海底温度的变化预测全球气候长期变化[62]。
目前，海洋可吸收人类排放二氧化碳的约四分之一，这表明海洋中的二氧化碳并未达到饱和。海水增温，不断降低海水中二氧化碳的溶解度，一旦海水中二氧化碳的溶解度达到饱和的临界点，海洋增温就会导致海水中二氧化碳的排放。人类将无法控制这一自然进程。
近期的研究表明海洋增温吸收热量是全球变暖停滞16年的原因，增温排气是其最后的恶果。海洋增温排气不仅有二氧化碳，而且包括储量巨大的可燃冰。
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-860950.html
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-861071.html
参考文献
1. 杨冬红, 杨学祥. 北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性研究[J].地球物理学进展.2014, 29 (1): ？？～？？. YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. Study on the relation between ice sheets melting and low temperature in Northern Hemisphere. Progress in Geophysics. 2014, 29 (1): ?～?.
2. 杨学祥, 陈殿友. 火山活动与天文周期. 地质论评, 1999, 45(增刊): 33-42. Yang X X, Chen D Y. The Volcanoes and the Astronomical Cycles. Geological Review (in Chinese), 1999, 45(supper): 33-42.
3. 杨冬红, 杨学祥. 地球自转速度变化规律的研究和计算模型. 地球物理学进展, 2013，28（1）：58-70。 Yang D H, Yang X X. Study and model on variation of Earth’s Rotation speed. Progress in Geophysics (in Chinese), 2013, 28（1）：58-70.
4. 杨学祥，陈殿友. 地核的动力作用[J]. 地球物理学进展，1996， 11（1）： 68-74. Yang X X, Chen D Y. Action of the earth core[J]. Progress in Geophysics, 1996, 11(1): 68-74.
5. 杨学祥, 陈震, 刘淑琴等. 地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应. 地学前缘, 1997, 4(1): 187-193.Yang X X, Chen Z, Liu S Q, et al. The discovery of fast rotation of the earth’s inner core and orbital effect of global changes. Earth Science Frontiers (in Chinese), 1997, 4(1): 187-193.
6. 杨学祥, 陈殿友. 地球差异旋转动力学. 长春: 吉林大学出版社, 1998, 2, 27-33,79,120-122, 196-198.
Yang X X, Chen D Y. Geodynamics of the Earth’s differential rotation and revolution. Changchun: Jilin University Press (in Chinese), 1998, 2, 27-33, 120-122, 196-198.
7. 杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677.Yang X X, Chen D Y. Study on cause of formation in Earth’s climatic changes. Progress in Geophysics (in Chinese), 2013, 28(4): 1666-1677.
8. 杨学祥, 张中信, 陈殿友, 等. 地核能量的积累与释放. 地壳形变与地震. 1996, 16(4):85-92. Yang X X, Zhang Z X, Chen D Y, et al. Energy accumulation and liberation in earth’s core (in Chinese). Crustal Deformation and Earthquake. 1996. 16(4): 85~92.
9. 杨学祥, 陈殿友. 热幔柱构造与地核热能. 地壳形变与地震. 1996, 16(1):27-36. Yang X X, Chen D Y. Mantle plume tectonics and thermal energy of the core (in Chinese). Crustal Deformation and Earthquake. 1996. 16(1): 27~36.
10. 杨冬红, 杨学祥, 刘财. 2006. 2004年12月26日印尼地震海啸与全球低温. 地球物理学进展, 21(3): 1023~1027
Yang D H, Yang X X, Liu C. 2006. Global lowtemperature, earthquake and tsunami (Dec. 26, 2004) in Indonesia.Progress in Geophysics (in Chinese), 21(3): 1023~1072
11. 杨冬红. 2009. 潮汐周期性及其在灾害预测中应用[D][博士论文].长春:吉林大学地球探测科学与技术学院.
Yang Dong-hong. 2009. Tidal Periodicity andits Application in Disasters Prediction[D]. [Ph. D. thesis]. Changchun：College of Geo-exploration Scienceand Technology, Jilin University.
12. 杨冬红，杨德彬，杨学祥. 2011a. 地震和潮汐对气候波动变化的影响[J]. 地球物理学报， 54（4）：926-934
Yang D H, Yang DB, Yang X X. 2011b. The influence of tides andearthquakes in global climate changes[J]. Chinese Journal of geophysics (inChinese), 54(4): 926~934
http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1169084.html
https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1302377.html
https://wap.sciencenet.cn/blog-2277-1428960.html
上一篇：2024年4月10日早报：最强潮汐组合使厄尔尼诺指数进入快速下降区间
下一篇：印尼马鲁古海北部发生6.5级地震：关注4月7-8日最强潮汐组合
