潮汐和太阳黑子在全球气候变化中的作用被忽视

      吉林大学: 杨冬红, 杨学祥

摘  要

      2023-2025年为月亮赤纬角最大值时期，2024-2025年预测为太阳黑子峰值，与强潮汐叠加，可激发地震火山活动和冷（或暖）空气活动（最强）。

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近期观测表明（见科学网发表的监测报告），潮汐变化和太阳黑子变化在全球气候变化中的作用被低估。所谓太阳辐射量变化不足以解释气候变化的振幅，关键在于存在太阳能量积累和释放的多种效应，其中“海底藏冷效应”和“海洋锅炉效应”最为显著。太阳能在地球各圈层的不同分配也是地表气候变化的原因之一，其中“地磁层漏能效应”和“臭氧洞漏能效应”最为显著。气候变化周期是天文周期微力激发的结果，其能量来自太阳能量的长期积累。目前处于1500-1800年气候周期的变暖高峰，200年气候周期的变冷初期，60年气候周期的变冷阶段。本文通过历史资料反复核对，证实太阳黑子延长极小期、太阳黑子周期长度大于11年时期、潮汐极大期、低温有明显的对应关系，已经查出重复出现两个连续周期，除太阳活动变化外，强潮汐是其形成的原因。全球气候有准60年、200年、18000年等周期，这些周期与潮汐周期有很好的对应关系。特别是179-200年周期，在太阳黑子活动、潮汐变化和冷暖变化中都有明显的表现，形成对应的周期规律。分析结果显示，气候冷暖变化的原因不只限于大气层本身，而确有可用于气候预测的星体运行的变化信息。

特别应该指出的是，人类燃烧化石燃料释放的温室气体，也是太阳能量长期积累和释放的结果。太阳黑子增加对赤道太平洋海温的增强作用与潮汐作用的量级相同。

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关键词  潮汐，地震，太阳黑子，温室效应，海温

Study on cause of formation in Earth’s climatic changes

Jilin University,Changchun ：YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang

Abstract: The greenhouse is not only one effect of global worming and CO₂ is not the most inportant factor of greenhouse, but water vapor. The water vapor may close over the sun, if the water vapor become in to cloud. Because the energy of the sun can get together into other form of energy, we can explain the natural huge change by the solar energy, such as “cold energy into the bottom of the ocean” and “sea become into boiler”. The other reason is the different distribution of solar energy in to different layeres of the earth, such as energy leak in ozonosphere and magnetic sphere. The climatic changes have an approximately-60-year oscillation, an approximately 200-year oscillation, an approximately-1800-year oscillation, et al., which are corresponded with tides circle. Therein, lunar oscillation circle with a 179-200-year has a significant function in sunspot, tide oscillations and the circles of climatic change. The research results show that climatic changes are not only the result of the atmosphere itself, but also related to someinformation on variation of planet movement which could be used for climate forecasting. The sunspot prolonged minimum began in 2007, the regulation shows that global

changes may enter into low temperature and chilliness flood from 2007, and achieve climax from 2020, the protection against low temperature should be ready. A 10-year prediction has the sun devoid of sunspots when it should be covered with them. Sunspots might disappear entirely for the first time in approximately 400 years, a hibernating sun would have only a slight cooling effect on climate.

Key words: tide; earthquake; sunspot; greenhouse effect; oceanic temperature

1.       气候变化的原因

1.1太阳活动对气候的影响

全球大气表面每年获得5.4×10²⁴J的太阳能量，其中，43%由于反射和散射而折回宇宙空间，14%为大气所吸收，只有43%可以到达地表，每年约为2.3×10²⁴J。全球每年水蒸发所需能量为1.44×10²⁴J，占到达地表太阳能量的63%^[1]。

太阳黑子具有11和22年周期，在太阳黑子循环和气候效应之间存在着关联^[1-6]。太阳黑子极小期的平均周期为11年，太阳黑子延长极小期的平均周期为179-200年。近20年的研究发现，潮汐极大期、太阳黑子延长极小期和全球低温有很好的对应关系。6次时间的一一对应表明其相关性和处于同一激发机制^[7]。

表1  太阳黑子延长极小期、冷气候和坏天时代的对应关系

事件     时间        时间      时间       时间      时间     时间（年）

变暖年   960-1000  1150-1250  1360-1480  1520-1600  1720-1790  1880-

好天时代 965-1010  1110-1165  1360-1420  1525-1600  1725-1790  1915-1996

变冷年  1000-1150  1250-1360  1480-1520  1600-1720  1790-1880  1996-

坏天时代 1010-1110  1165-1360  1420-1525  1600-1725  1790-1915

极小期  1040-1080  1280-1350  1450-1550  1645-1715  1790-1820 

注：最后一栏是作者添加的。

国内外相关研究表明，太阳黑子周期长度的变化与地球冷暖变化也具有相关性(见图1)^{[1, 8]}。汤懋苍等人指出，依据太阳黑子周期长度(SCL)资料，将过去2500年分为"好天时代"(SCL＜11年)和"坏天时代"(SCL＞11年)，发现在"坏天时代"中国旱灾频率显著高于"好天时代"。"好(坏)天世纪"与气候暖(冷)期有好的对应；太阳黑子延长极小期、冷气候和SCL 长(即坏天时代)的对应关系见表1^[9]。这表明，SCL长，太阳活动弱，全球气温降低，太阳黑子延长极小期和SCL长（坏天时代）一一对应。从公元850年起，我们可以确定的太阳黑子延长极小期就有5次之多，它们与潮汐最大值对应，与低温和小冰期对应。值得注意的是，1890-1924年和1947-1976年拉马德雷冷位相时期与太阳黑子周期长度谷值相对应，1925-1946年和1977-1999年拉马德雷暖位相时期与太阳黑子周期长度峰值相对应。除潮汐变化外，太阳活动可能是拉马德雷现象的形成原因之一。潮汐增强、太阳黑子延长极小期、太阳黑子周期长度变长、拉马德雷冷位相和冷气候有很好的对应关系。

汪品先院士指出，大约在1万年前“新仙女木事件”结束时，格陵兰上空的气温在近50年内上升7摄氏度，而且这类快速变化还反复发生。人类必须在气候剧烈波动时期做好预防气候变暖和变冷的两种准备^[10]。

图1 1861至1989年北半球气温变化曲线和太阳黑子周期的长度变化曲线^[8]

Fig 1 The symbols of the Northern Hemisphere temperature anomalies and the curve individual solar cycles length from 1861 to 1989^[8].

1978年以来卫星的测量结果指出，平均太阳的辐射在每天的基础上，变化达0.4%，一个太阳黑子循环大约有0.1%的变化。这转化为地表温度有0.15~0.30℃的波动，这个值与预测由人类活动“温室增暖”引起的每10年温度变化的幅度一致。几百年来太阳辐射量的变化在0.2%~1.0%之间，可以解释19世纪以来测量到的温度变化^[1]。这一问题的争论焦点是，地球接收到的太阳能量变化是否足以引起地球气候长周期（冰期和间冰期）和短周期（小冰期与小气候最适期）的相互转变。

Eddy等人估计，太阳常数变化引起的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，问题的关键在于能够激发低层大气发生变化的机制^[11]。宇宙尘埃云说是一种地外机制，但它也受到近期观测资料的挑战^[12]。这表明，太阳活动本身的变化量很少不是障碍，关键在于其他因素对太阳能量的积累和释放。

1.2地球轨道变化对气候的影响

第四纪冰期和间冰期的转换，遵循米兰科维奇的天文冰期理论，具有2、4、10万年的地球轨道周期，分别为近日点近动周期、黄赤交角周期和地球轨道偏心率变化周期^[10]。

据任振球的研究，木星、土星、天王星和海王星使地球冬至时的公转半径发生相当稳定的准周期变化，与全球尤其北半球气温变化的60年振动周期相一致。在20世纪初的低温期和60~70年代相对偏冷期，1901和1960年地球冬至时的公转半径分别延长了94(相当于日地距离的0.6%)和57万公里；在30-40年代和80年代后的暖期，1940和2000年地球冬至时的公转半径分别缩短了76和44万公里。2000-2020年地球冬至时的公转半径由极小值变为极大值，他推测2020年前后全球气候将进入相对冷期^[13]。根据地球表面太阳高能离子密度p和日地距离r的关系式^[14]

          dp/p = -2dr/r                                       (1)

其中，dp表示太阳高能离子密度增量，dr表示日地距离增量，负号表示变化趋势相反。日地距离减少0.6%，地表太阳高能粒子密度将增加1.2%，相当于太阳的辐射输出变化0.1~0.3% 的4~12倍，是不可忽略的气候变化因素。

    韩延本等人分析了美国宇航局公布的起自19世纪中期的全球及南北半球的温度异常变化资料，得到它们存在约60年的准周期性波动的初步结果。分析表明，该周期分量是时变的，周期长度在19世纪略超过60年，之后缓慢变短，到20世纪后期月在55年至60年间。所谓人类活动造成的温室效应的加剧似乎并未有打乱这一周其分量的存在^[15]。

1.3臭氧洞对地球气候的影响

平流层里的臭氧吸收了进入大气层太阳总辐射的2%。臭氧含量减少，降低了平流层吸收太阳能量的能力，并将这部分能量泄漏给对流层。这就是臭氧洞漏能效应。20世纪80年代全球迅速变暖与平流层臭氧急剧减少相关，而60年代降温与同期平流层臭氧含量增加一一对应。平流层臭氧含量增加对应地球低温，平流层臭氧含量减少对应全球增温。全球变暖与南北极臭氧洞扩大相对应^{[16, 17]}。

1.4地磁变化对地球气候的影响

电离层吸收太阳辐射的7%。地磁场强度越大，电离层的离子密度就越大，吸收太阳辐射的能力就越强。二千年以来全球磁场持续减弱，最近150多年地磁强度下降了10%~15％。南大西洋出现地磁异常区，其磁场减弱达35％，地球磁极弱化。地磁场强度增强，全球气温变冷；地磁场强度减弱，全球变暖。地磁场强度增强可能是小冰期形成的一个原因。地磁场强度变化也具有2、4、10万年的地球轨道周期，与冰期和间冰期的转换周期对应，表明地磁变化与气候变化的相关性。许多人都注意到强磁场与冷气候的对应关系^[16-18] 。地球磁场能有效地阻止了太阳风长驱直入，地磁场减弱导致进入地球的太阳高能粒子增多。

1.5海底藏冷效应和海洋锅炉效应

两极临近结冰的海水因为密度最大而沉入两极海底，自转离心力将较重的海水推向赤道海底，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。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。我们称这个过程为海底藏冷效应^[6]。

我们在1976年建立了地球内核相对地壳地幔快速旋转的数学模型，当年被地震波测量结果所证实^{[19, 20, 21]}。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^{[22, 23]}。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^[10]。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^[24]。海底藏冷效应和海洋锅炉效应受太阳活动的驱动，是太阳活动左右小冰期的一个重要附加机制。海洋是能量的储库，无论是冷是热 ，都有一个长期的积累过程。

1.6深海巨震的降温作用

2002年郭增建提出，海洋及其周边地区的巨震会生海啸，可使海洋深处冷水迁到海面，从而使地球降温^[25]。全球变暖导致冰盖融化海平面上升，破坏了原有的地壳均衡，导致海洋地壳均衡沉降，引发环太平洋地震带频发的地震活动。深海巨震的降温作用使全球气候变冷，形成自然的冷暖自调节作用，其能源来自太阳辐射变化造成的冰水转换。

2012年欧洲和日本暴风雪和寒流造成的灾害比2007年、2008年、2009年严重得多，但还比不上2006年、2010年和2011年，其中2006年的情况基本是最严重的。其原因在于2004年12月26日印尼苏门答腊发生了9.1级地震和严重海啸，2005年3月28日和2007年9月12日印尼苏门答腊发生8.6级地震，2010年2月27日智利发生8.8级地震和海啸，2011年3月11日日本发生9级地震和严重海啸。深海巨震和海啸与冷气候有很好的对应关系，显效速度缓慢，保持时间长。

1.7火山活动对气候的影响

现代火山活动有明显致冷的记录：小冰期对应强火山活动，小气候最适期对应弱火山活动。因为火山灰和二氧化硫等火山喷发物到达平流层后，较小的气溶胶可在数月内传播到全球，并可在平流层内持续漂浮1~3年，使太阳直接辐射减弱，造成大气降温^[1]。最新发表的研究报告显示火山喷发导致了“小冰期”的到来。研究报告称，1275年到1300年之间，热带地区经历过四次大规模火山喷发，喷发出来的大量硫酸盐颗粒进入大气层上空反射了太阳辐射，使地球气温降低；1430年到1450年，也发生了一轮大规模火山喷发^[26]，与地震活动一样，火山喷发与气候冷暖变化导致的冰盖消长有关。但是，火山长周期的对应关系却是：火山活动峰值与全球无冰期对应，而谷值与大冰期对应^{[27, 28]}。

一项最新研究成果记录了距今252~247Ma前早三叠世时期的温度变化，当时海洋表面温度高达40℃，陆地温度可能达到50℃多。致命高温导致赤道低纬度区生态系的坍塌，是致使二叠纪末大灭绝后的早三叠世早期的死亡区持续五百万年的“元凶” ^[29]。二叠纪末，由于大规模地下岩浆活动造成地表甲烷释放、火山喷发等的共同作用，使得当时大气二氧化碳浓度快速增加，温室效应加剧，海水缺氧，从而导致海洋生物大量灭绝。同时，全球气候快速变暖并干旱化，造成全球范围内大规模森林野火事件频繁发生，使得森林快速消亡。森林的破坏又造成地表风化加剧，地表土壤系统快速崩溃。从此，地球进入一个长达五百万年以上的生命萧条期^[30]。中生代高温期与热幔柱猛烈喷发，地球自转变快、地磁极性转为正向相一致^[24]。

火山喷发时释放的CO₂是导致全球变暖的重要原因，但是导致全球变暖的火山喷发有多种作用，温室效应只是其中的一种。使海洋底层水增温，这是海底火山喷发无可替代的致暖作用。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）^{[31, 32]}，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^[33]。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，对应于当时间海洋底层水高于现在15℃，大气高于现在10-15℃。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，因此，这一重要作用值得深入研究。

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^{[14, 19, 20, 23]}。圈层角动量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热幔柱喷发的原因^{[14, 19, 21]}。

1.8潮汐震荡对气候的影响

地球、月亮和太阳相对位置的变化会引起潮汐强度的逐渐变化，潮汐大时，就有更多来自海洋深处的冷水被带到海面。这些冷水可以冷却海洋上的空气。据季林的计算，大约在1425年即小冰期的末期，潮汐达到了最大值，从那以后逐渐减弱，直到3100年潮汐又达到最大值。这个周期是过去1万年气候变迁的主要动力。这个效应使地球的温暖期从小冰期末期一直持续到24世纪^[34]。潮汐高低潮还有200年左右的明显周期变化。其中，1425年、1629年两次峰值对应小冰期时期，1770年的峰值对应18世纪的低温，1974年的峰值对应20世纪70年代的气候变冷。特别是潮汐54-56年周期（与太平洋十年涛动的50-70年周期对应），在全球气候变化中有非常明显的作用^[6]。

1.9 温室效应

二氧化碳（分子式为CO₂）和水汽等被称为温室气体。温室气体有效地吸收地球表面、大气本身相同气体和云所发射出的红外辐射，重新发射红外辐射，其中有一半返回到地表，在夜间持续辐射，使地表不致因缺乏太阳辐射而变得太冷。温室气体这种保护地热量散失的作用，叫温室效应。正是由于大气中温室气体的存在，使地表维持在15℃的平均温度上，否则地表温度将是-18℃，这为人类和整个生物圈提供了一个温暖的环境。这个效应主要归因于水汽的作用^[1]。

特别应该指出的是，人类燃烧化石燃料释放的温室气体，也是太阳能量长期积累的结果。

1.9.1. 美国国家海洋和大气管理局：平流层水蒸气浓度对全球气候具有重要影响

卫星观测等数据显示，在上个世纪最后２０年，地球大气平流层的水蒸气浓度先是逐渐增加，但从２０００年至今，其浓度下降了约１０％。美国研究人员根据这些数据以及气候模型进行分析后发现，自２０００年以来平流层水蒸气浓度的下降对全球平均温度的变化产生了影响。他们的测算显示，平流层下部水蒸气浓度下降很可能是促使全球平均气温走势“扁平化”的一个重要因素，这一动向促使过去１０年间全球变暖的速度减缓了大约２５％，而在１９８０年至２０００年平流层水蒸气浓度增加期间，全球变暖正处于加速时期⑦。

“拉马德雷”（Lamadre ）是一种高空气压流，在气象学和海洋学上被称为“太平洋十年涛动”（PDO），近一个世纪以来，已经出现了两个完整的周期。第一周期的“冷位相”发生在1890年—1924年，而“暖位相”发生在1925年—1945年；第二周期的“冷位相”发生在1946年—1976年，而“暖位相”发生在1977年—1999年。2000年进入第三周期的“冷位相”^[35]。

平流层水蒸气浓度在1977-1999年拉马德雷暖位相时期增大，在2000-2010年拉马德雷冷位相时期减少，其产生的温室效应是冷暖变化的重要原因。

①       任海军。平流层水蒸气浓度下降为全球变暖"减速"。2010年01月29日 13:39:57 来源：新华网。http://news.xinhuanet.com/world/2010-01/29/content_12897705.htm

1.9.2. 温室效应的可逆机制：水蒸汽的双重身份

人类释放的二氧化碳在最初阶段可以起到增温作用，伴随全球变暖，大量水蒸气形成。水蒸气也是重要的温室气体，能使全球变暖加剧，当大气中水蒸气的积累超过一定限度，就会形成云层遮蔽太阳光，使气温变冷，因此，水蒸气具有致冷和致暖的的双重身份。当水蒸气在高空遇冷化为微粒冰晶的时候，也会对太阳光产生反射作用，起到降温效果。大量降水会吸附大气中的二氧化碳形成酸雨，将二氧化碳带回岩石圈和海洋。一个寒冷的时期在自然的调节作用下可逆地发生了。

在过去十年中，全球平均云层高度下降了1％左右，约100至130英尺（30米至40米）。对平均高度下降的大部分贡献来自于极高空云层的大量减少。云层高度的一致降低导致地球整体空间的降温效应，降低地表的温度并有可能减缓全球温室效应。这可能代表一种负反馈机制——全球变暖导致的连锁变化产生相反的效果⑧。

1.10. 陆海分布对气候的影响

大陆分散在赤道可形成极热气候，大陆集中在两极可形成极冷气候。德雷克海峡通道的打通是在始新世和渐新世完成的^[36-37]。白垩纪的最强全球变暖与德雷克通道的封闭有关；德雷克海峡通道的打通隔断赤道向南极的热输送，使南极变冷，逐渐成为冰盖策源地，海冰的封堵和融化影响秘鲁寒流，被称为气候开关^[38]。

1.11.  弱因迭代效应

地球对太阳光的反射率不是固定不变的，冰川消长、雪线的伸缩、大气透明度的增减、云层厚度的变化，都会影响地球的反光率，其中冰川和积雪的作用最大^[1]。在其它因素不变的条件下，微弱因素引发的气候变冷一旦启动，如下步骤将连续反复发生: 冷的激发使冰川和积雪面积增加；冰川和积雪面积增加使地球反光率增大；增大的反光率就会导致地球接受太阳能量减少使气温进一步下降；以此形成不断增大的反复循环，可称之为“弱因迭代效应”。微弱因素引发的变暖会起到相反的效果。这是“弱因”打破地球复杂系统平衡的根本原因。

2.       历史气候的变化规律

2.1三亿年大冰期周期

3亿年大冰期周期与3亿年太阳系的银河年轨道有关。在距今0.65~1.4亿年前的白垩纪，地球上发生许多费解的事件：地磁场突然倒转；出现许多黑色岩系，说明此时岩浆活动非常剧烈；大洋洋洋底裂开；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；造山作用弱，夷平作用大。对于这些事件的解释可能是，由于一颗小行星撞击了地球。另外此时的太阳系处于一个特殊的位置，位于银河系的远银心点^[40]。

2. 2  2、4、10万年气候变化周期

20世纪最大的科学成就就是确认了米兰科维奇的天文冰期理论：全球气候和冰期间冰期转换具有2、4、10万年的地球轨道周期，分别为近日点进动周期、黄赤交角周期和地球轨道偏心率变化周期^[10]。

金星有浓密的以CO₂为主的大气层，其表面高温被认为是温室效应的证据，实际上，更主要的原因是轨道偏心率。我们发现，水星、火星、地球、金星的轨道偏心率分别为0.206、0.093、0.017、0.007，大气浓度分别为极其稀薄、稀薄、标准、浓密。两者成反比的原因是，较大的轨道偏心率使行星在接近太阳时像彗星一样丢失一部分大气。地球轨道偏心率在冰期时增大为0.0607，使大气浓度和二氧化碳浓度变低，降低了对地球表面的保温作用，导致10万年周期致冷作用的增强。由于地球轨道偏心率10万年周期项振幅不到近日点进动2万年周期项振幅的一半，其引起10万年冰期周期的作用受到质疑。大气浓度变化、地壳均衡运动和强潮汐变化三种作用能增强10万年周期作用，给出10万年冰期周期的合理解释^[40]。

根据地球轨道周期，地球近日点在黄道上的进动以2.3万年和1.9万年为周期，平均为2.17万年（Berger，1984）。上次地球近日点与冬至重合的时间是公元1250年，形成北半球的大冬季（凉夏暖冬）。近日点与夏至点重合的时间（形成北半球热夏冷冬，即大夏季），出现在距今11000年前左右，将来在公元11500年前后，地球近日点与夏至点再次重合^[23]。

冰川融化和海平面上升资料提供了新的证据：北半球劳仑泰德冰盖和斯堪的纳维亚的冰盖于18000年前开始融化，快速融化始于13500年前到7000年前，7000-5000年前间的冰融量减少。根据莫桑比克全新世海面变化曲线，10000-8000年前期间海面以每百年2.65米的速率快速上升，8000-6000年前期间海面上升速率明显减慢，将为每百年0.47米。6000年前海面达到最高点，高出现代海面2.5米。此后海面缓慢下降至现代海面位置^[41]。

冰盖于18000年前开始融化对应大冬季结束，大春季开始；快速融化始于13500年前到7000年前对应大夏季；7000-5000年前间的冰融量减少对应大秋季；此后海平面缓慢下降对应大冬季。今后两万年，现在至5000年后的大春季对应冰盖融化和海平面上升、5000-10000年后的大夏季对应冰川快速融化、10000-15000年后的大秋季对应冰川融化减弱、15000-20000年后的大冬季对应新一轮的冰盖增长。未来两个大世纪全球变暖是大趋势。而后，全球气候重新变冷，有可能进入新的冰期。

自然界的全球变暖才刚刚起步，我们正在远离冰期和小冰期低温严寒的威胁，下一次冰期离我们还很遥远，全球变暖是未来一万年的自然变化大趋势。

2.3  1200-1800年的小冰期周期

早在20世纪70年代，竺可桢就曾经对我国5000年来的气候做过研究，发现我国近5000年来，就有四次温暖期和四次寒冷期交替出现，平均周期为1250年^[42]。杰拉尔德. 邦德通过分析大西洋底的沉积层，发现地球的寒冷期和温暖期出现有规律的波动，波动周期大约为1500~1800年^{[43, 44]}。这一周期与潮汐变化周期相一致，15-17世纪小冰期是潮汐的高峰期，现在潮汐低谷对应变暖高峰，还将持续400年，与全球变暖的大趋势相一致^[34]。许靖华划分5个气候周期，平均周期为1200年^[45]。

3.1  200年冷暖周期

过去5000年间，太阳活动较弱或没有的时期与历史记录中的冷期相对应。太阳活动减弱的主要时期有：奥特极小期，沃尔夫极小期，史玻勒尔极小期和蒙德极小期^[1]。最近发现，潮汐、火山活动与太阳活动有相同的200a的周期，与200a气候周期相对应^[6]。

表2  太阳活动、火山喷发、强潮汐和低温期的对应关系

Table 2 The relation of solar activity, volcanic eruption, tides and lower temperature

注：数据来自文献[7，25，46]。

太阳将进入不寻常且时间较长的“超级安静模式”，大约从2020年开始，太阳黑子活动或许会消失几年甚至几十年。太阳黑子活动或许将进入“冬眠”，这种情况自17世纪以来从未出现^⑨。目前处于200年气候周期的变冷初期^[7]。

月亮赤纬角极大值变化周为18.6年，太阳黑子变化周期为11年，合成周期为204.6年。与全球约200年冷暖周期对应。

3.2  60年太平洋十年涛动周期

近十年来研究发现，厄尔尼诺和拉尼娜的发生与更大时间尺度的“太平洋十年涛动”（Pacific Decadal Oscillation，缩写为PDO）密切相关，周期为50~70a^{[7, 39, 47-52]}。

PDO的特点在于海水表面温度，海平面气压及风场的变化。PDO位于暖位相时，赤道附近及北美洲沿岸的海水表面温度异常温暖，北太平洋中部的海水表面温度则异常清凉。

图3  太平洋十年涛动的暖位相（暖相）和冷位相（凉相）^⑩

Fig.3   The warm phase and cold phase of Pacific Decadal Oscillation^⑩

②       Richard A. Kerr. End of the Sunspot Cycle? 2011-6-14, Follow ScienceNOW on Facebook and Twitter. http://news.sciencemag.org/sciencenow/2011/06/end-of-the-sunspot-cycle.html

③       PDO图来源，华盛顿大学网站：http://jisao.washington.edu/pdo/graphics.html

PDO的冷位相与暖位相的海水表面温度相反。每个PDO的位相一般持续20-30年。在PDO暖位相（暖相）和冷位相（凉相）时，冬天海平面温度（颜色代表），海平面气压（等线代表）以及海表风力（箭头代表）异常的典型分布(见图3)^⑩。第一周期的“冷位相”发生在1890年—1924年，而“暖位相”发生在1925年—1945年；第二周期的“冷位相”发生在1946年—1976年，而“暖位相”发生在1977年—1999年。2000年进入第三周期的“冷位相”(见图4) ^[7]。2006年我们发现太阳潮和月亮潮54-56年叠加周期与PDO周期对应，目前为60年气候周期的变冷阶段^{[7, 40]}。

图4 1900-2011年PDO月均值指标^⑩

Fig 4 Observed monthly values for the PDO (1900–2011) ^⑩

中国30年“暖周期”与PDO暖位相对应，30年“冷周期”与PDO冷位相对应^[7]。中国的“南涝北旱” 处于PDO暖位相，与赤道中太平洋变暖对应，此时亚洲东北部的太平洋海温变冷；“南旱北涝” 处于PDO冷位相，与赤道中太平洋变冷对应，此时亚洲东北部的太平洋海温变暖（见图3）。中国旱涝与太平洋海水冷暖的对应关系还是首次发现。

与“南旱北涝”一样，中国严重低温冻害和冷冬处于PDO冷位相^[7]，与赤道中太平洋变冷对应，与亚洲东北部的西北太平洋海温变暖对应（见图3），因为在冬季赤道太平洋海水变冷，中纬度西北太平洋海水变暖，南方暖空气活动变弱，中国北方和东北亚与西北太平洋海水的巨大的温度梯度导致北极冷空气在高压差下迅猛南下，形成冬季严寒和大风暴雪。

4 气候变化影响社会发展的证据

汪品先院士指出，恰如政治家需要从历史中吸取教训一样,科学家在预测人类社会生存环境变化时，也要从古气候、古环境的研究中寻求类比，发现规律^[5]。

1979年，东京大学副教授、太阳物理学家吉村宏和发现了太阳活动的55年大周期。他发现，欧洲饥馑和经济危机的发生，跟太阳活动的55年大周期惊人一致。岛中雄二在1987年写出了《太阳景气经济学》一书，专门探讨如何通过观察太阳黑子的活动来预测人类社会的经济景气周期，试图运用物理学的方法来分析解释这些社会经济现象。他在书中指出，1929-1933年的世界严重经济危机和20世纪70年代的世界通货紧缩，都与太阳黑子极小有关，2008年的金融危机被准确预测。

根据比利时皇家天文台的观测，2008年未出现太阳黑子的天数达到了266天，这一数据的出现距1913年记录的观测史上天数最多的311天已经有95年之久，是仅次于1901年的287天和1878年的280天的历史第四低的纪录。2008年的年平均太阳黑子数量2.9也是自1913年的1.4以来，95年后的最低点。而2009年8月平均太阳黑子数为0，更是创下了1913年6月以来96年内的最低纪录。而且，2009年的年平均太阳黑子数只有2.4，也是96年以来的低点，这岂止是“50年一遇”？美国宇航局修正为“大致百年一遇”。反观世界经济，2008年，美国受当年9月爆发的雷曼事件冲击，金融危机日益严重，进而波及全世界，以至于美国前联邦储备委员会主席艾伦·格林斯潘认为，这是“百年或五十年一遇的事态”。这也恰恰暗合了太阳黑子的异动。经济景气循环的波动或循环，根据其周期的长短，现在公认的有下面四种类型：1.基钦循环（KitchinCycle，短期循环）3至4年周期（与地球自转3-4年周期对应）；2.朱格拉循环（JuglarCycle，中期循环，主循环）10至11年周期（与太阳黑子和潮汐11年周期对应）；3.库茨涅兹循环（KuznetsCycle，长期循环）20至22年周期（与太阳黑子和潮汐22年周期对应）；4.康德拉切夫循环（KondratieffCycle，长期波动）50至60年周期和吉村循环55年周期（与太平洋十年涛动和潮汐50-70年周期对应）^[53]。

表3  PDO和世界经济长波的对应关系^[40]

Table 3   The relation between the PDO and the long-wave Set Pattern of world economy^[40]

气候变化的历史是一个冷暖不断交替变化的过程，而在这一变化过程中，我们得到三种完全不同的对应经济发展模式：其一、许靖华根据历史上的全球气候变化周期中人类社会发展的历程，证明全球小气候最适期人类社会繁荣发展而全球小冰期导致农业减产，饥荒和民族大迁移。他认为，全球气候变化有1200年的周期循环，与人类历史兴衰一一对应。即变暖时期对应人类社会繁荣，变冷时期对应农业减产，饥荒和民族大迁移^[17]。其二、中国历史朝代更迭与200年太阳黑子超长极小期对应。其三、自1890年以来，世界经济长波的上升期对应拉马德雷的“冷位相”，世界经济长波的下降期对应拉马德雷的“暖位相”。即变冷时期对应人类社会经济上升，变暖时期对应经济下降（见表3和表4）^[40]。

这是三种不同强度、不同时间尺度的气候变冷过程，为1200年、200年和准60年周期。它表明，人类对短期低强度的变冷气候有很强的抵御能力，而对长期高强度的变冷气候仍然束手无策，特别是在能源和资源危机逐渐加深的未来。

表4 太阳黑子延长极小期、潮汐极大值年、坏天时代和中国历史朝代的更迭

Table 4   Sunspot prolonged minimum period, tide maximum year, Bad Climatic Condition and

the Chinese history of dynasty

极小期　　时间　　中国朝代　 时间　　 气候变化  坏天时代      潮汐极大值年

奥特　  1040-1080　 西夏　 1038-1227　　 变冷    1010-1110         1062

　　　　　　　　　  金　　 1115-1234　　 变暖    

沃尔夫  1280-1350　  元　　1279-1368 　  变冷    1165-1360         1264

　　　　　　　　　  明　　 1368-　　　　 变暖

史玻勒  1450-1550　 　　　　　　-1644　　变冷    1420-1525         1425

蒙德　  1645-1715　  清　  1644-　 　　　变冷    1600-1725         1629

道尔顿  1790-1820　 　　　　　　-1911　　变冷    1790-1915         1770

21世纪  2007- ？                        变冷？  1996- ？          1974

5 讨论和结论

在科学界，功利主义的宣传多于科学内容本身。因太阳辐射变化量不足以解释全球变暖幅度而否定其决定性作用，这是完全错误的。原因有九：

其一、太阳能可以转化为其他形式的能量，其长期积累的能量在短期内突然释放，可以产生极端的异常事件。例如，海底藏冷效应和海洋锅炉效应，就是海洋热库对“冷能”和热能的储存，冰盖也是“冷能”的储存，而强潮汐和海底巨震都是海底“冷能”突然释放的激发因素。石化燃料也是太阳能转化的一种形式，人类的“温室增温”的根源也不是人类本身创造的能量，不过是激发释放太阳积累能量的一种微力。

目前海洋底层水温为2℃，气温高于现在18℃的温暖的中生代白垩纪时海洋底层水温度为15℃，不同地质时代的海底水温与大气温度成比例。海洋底层水温变化是全球气温变化的可靠指示器。由于大气受到海洋底层冷水的周期性降温，目前不具备增温到中生代气候水平的海底温度条件。温室气候变化模型将会不断受到海底冷能释放的自然干扰，这一状态会持续到海底水温接近15℃的水平为止。

其二、进入地球的太阳能量，可以以不同的比例分布在地球各圈层。目前全球变暖的一个重要特征是“地球表面和低层大气增暖”以及“高层大气变冷”的现象，即对流层变暖，平流层变冷。臭氧洞漏能效应和地磁层漏能效应是两个合理的解释，平流层水蒸气含量变化也符合这一规律。

其三、目前对温室效应存在普遍的误解：把二氧化碳作为主体。澳大利亚气象学家布赖恩特指出，最重要的“温室”气体是水蒸气，它对气温的影响是可逆的，多则成云，遮蔽阳光。对近年来测到的增温现象起要作用的不是人为增加的温室气体，而是含量增大的水汽^[1]。

其四、气候周期是天文轨道效应的表现，也是微力激发的主要形式。10万年、4万年、2万年、1800年、200年、60年气候冷暖周期与潮汐、太阳活动、地球轨道、月球轨道周期一一对应。目前处于1800年气候周期的变暖高峰，200年气候周期的变冷初期、60年气候周期的变冷阶段，长短周期冷暖反相交错，冷暖变化剧烈，是极端事件频发的特殊时期。

其五、在拉马德雷冷位相，中国进入30年变冷周期和南旱北涝的降水形式，2009年西南特大干旱和2012年北方异常暴雨是变化的前兆，西北太平洋冬季海温变暖是原因。

其六、现代火山活动有明显致冷的记录，短周期的对应关系是小冰期对应强火山活动，小气候最适期对应弱火山活动。但是，火山长周期的对应关系却是火山活动峰值与全球无冰期对应，而谷值与大冰期对应。前者表明火山灰遮蔽阳光导致气候变冷，后者表明火山喷发的水汽和CO₂是全球变暖的原因之一。火山的双重作用表明，温室气体不是决定气候变化的唯一因素。究竟哪种效应起作用，取决于其他因素的综合叠加。

其七、金星有浓密的以CO₂为主的大气层，其表面高温被认为是温室效应的证据，实际上，更主要的原因是轨道偏心率。温室效应被高估。

其八、太阳活动周期在社会经济学中有确凿的证据。

其九、关注作用和反作用：两极冰盖的形成和消失不仅与气候变化有关，而且对局部气候产生重大影响。海洋学的长期研究表明，格陵兰冰盖的融化，在使地球大多数地方的海平面上升的同时，也使冰盖周围2000km之内的海平面下降，导致全球海平面南升北降的格局^[54]。大气等位面也有同趋势的变化。北极地区大气等位面的下降，迫使北极冷空气向北半球中低纬度流动，这是北极冰盖大面积融化后，北半球遭遇大规模冰雪严寒袭击的原因（详细论证另文发表）。

全球变暖是地球气候1800年周期中的近期趋势，至少还能持续到24世纪，但60年和200年的短期变冷波动以及冰盖和气候的相互影响不容忽视。

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