2021年诺贝尔物理学奖获得者真锅淑郎论文错误之三

前文讨论了真锅淑郎论文错误之一二(https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=38693&do=blog&id=1320012)，这里就该文的另一项错误进行粗略的分析。在该文中，真锅淑郎建立了大气热平衡模型，以数值方式证明CO₂浓度增大导致全球气候变暖。根据经典温室效应理论，CO₂是温室气体，浓度增加，其温室效应能力增大，其立论看起来没有什么破绽，但这只是一种表象。因为经典温室效应理论本身就存在明显的错误(参见前面的系列博文,如https://blog.sciencenet.cn/blog-38693-1279800.html)。正因为此，其分析的基础存在明显的不足。

为说明问题，这里拟对其地表辐射热平衡方程(如式a所示)进行初步的分析，该式用于计算地表辐射平衡温度T_*^Re，是该文的核心方程。

                               (SR)_*^τ+(DLR)_*^τ=σ(T_*^Re)⁴                (a)

式中，(SR)_*^τ为净太阳辐射；(DLR)_*^τ为向下长波辐射；σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，τ为某时刻。

事实上，(1)地球表面的70%是海洋，陆地面积仅占30%，式a以陆地表面温度代表地表温度不符合实际；(2).海水表面与大气之间，不仅存在式a所描述的辐射能量平衡关系，更重要的是存在太阳辐射能作用下的海水蒸发。在工程热物理领域，蒸发有制冷效应，如同酒精棉球擦拭皮肤的效果，是民用空调系统常用的制冷技术，这一热力学机制制约着地表气温的过快升高。

气候学中有海洋性气候和大陆性气候两种类型。大陆性气候地区的昼夜温差和年度气温变化幅度大，降水少，降水量季节变化大，气候干燥，而海洋性气候则与之相反。不仅如此，同纬度的海洋性气候地区的夏季最高温度明显低于大陆性气候地区，冬季的最低气温则大大高于大陆性气候地区。参见“从同纬度大陆性气候与海洋性气候看水汽的作用(https://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=38693&do=blog&id=1336159)”

根据联合国政府间应对气候变化专门委员会(IPCC)的第三次报告(TAR)：“降水量构成大气中潜热释放的测量，长期平均984mm/yr的全球降水量意指垂直方向的平均加热量78W/m²。”已知地球半径(6370km)、水的密度(1000kg/m³)和0℃水蒸汽的潜热(2500kJ/kg)，984mm/yr降水量所释放的潜热量为

0.984×(4×3.14×6370000²)×1000×2500=1.254×10²¹kJ

如果将这股热量平均分布在地球表面，按一年8760小时平均下来即为78W/m²。水蒸汽凝结成云主要在对流层，是大气的重要热源，如果被大气吸收，可以使大气整体升温为

1.254×10²¹/(5.26×10¹⁸×1.004)≈237°C

根据《2020 BP世界能源统计年鉴》，2019年全球化石能源消耗量折合热值4.9234×10¹⁷kJ。假设这股热量全部被大气吸收，则大气整体温升

4.9234×10¹⁷(5.26×10¹⁸×1.004)≈0.093°C

显然，就全球而言，太阳辐射作用下的水汽作用远非人为活动所能比拟。但遗憾的是，式a直接将水汽变化的影响排出在外，严重不符合实际，因此，式a不足以反映地球表面的辐射热平衡。

不仅如此，我们还应该针对作为大气边界条件的地表热容量设为0的问题展开进一步的分析。因为从工程热物理的视角，可以通过计算将CO₂制成干冰，这充分说明边界条件的重要性。

事实上，大气中二氧化碳仅占0.04%的体积浓度，如此微量的气体份额却能左右气候变化，是不符合常识的。在工程热物理计算中，完全可以不考虑二氧化碳的存在，也根本不考虑所带来的温差。

进一步地，与其说真锅淑郎将地表热容量设为了0，不如说他将地表热容量设成了∞，只有这样，才能确定其能稳定在某个平衡温度。如果一个物体的热容量为0，任何的热量输入与输出都会导致其温度会不受控制的变化。

这里可以参考热力学对参考环境所做的规定：参考环境是热力学分析计算的标准条件，一经确立，其所有的热力学参数均保持不变。因此，参考环境具有如下热力学性质：①它是一个无穷大的能量库、物质库，具有无穷大的热容量；②当其吸收和失去一定的热量时，其温度保持不变；③当其接受和输出一定的物质时，其压力保持不变。

在国家标准《能量系统㶲分析技术导则》(GB/T 14909—2005)中，参考环境的状态参数确定为1bar，25℃。

上述化石燃料燃烧释放热量的影响可以说明这一点。