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气候变化现象与实质浅析

已有 6666 次阅读 2008-5-5 10:46 |个人分类:气候变化|系统分类:科研笔记

气候变化现象与实质浅析

 

一、气候变化现象和自然气候特征

1.国际公认的气候变化数据

据联合国政府间气候变化专门委员会IPCC报告(气候变化2001):自1860年使用仪器进行气候观测以来,全球地表气温增加了0.6±0.2。分析表明,地球在过去的1000年中,20世纪可能是增温最明显的一个世纪。自从二十世纪50年代以来,全天最高和最低气温测量已覆盖50%以上的全球陆地面积,这些数据显示平均日平均最低气温的增温速率是最高气温的两倍,全天温度范围减小0.8°C。根据澳大利亚学者爱德华·布来恩特(Edward Bryant)的《气候过程与气候变化》[Climate Process & Change, Cambridge University Press, 1997]一书,夜间增温幅度大约是0.84°C,日间是0.28°C,这意味着几乎所有监测到的全球气候变暖主要由于夜间增温所致。

 

2.自然气候变化现象

实际上,我们每年都会经历一次气候变暖过程,从冬天走向夏季,气候越来越热,但有意思的是这个气候变化过程也表现出同样的增温特性,即夜间增温幅度总是明显大于白天,或夏季昼夜温差明显小于冬季,这是非常有意思的自然现象,与目前国际公认的气候变化数据有类似的变化规律,这里面的关联是什么值得关注。

1列举了我国南北几个有代表性的城市冬夏气温日较差(昼夜最高与最低气温之差),南方多雨水,因此其日较差明显低于北方地区[林之光,张家诚,《中国的气候》,陕西人民出版社,1985]

 

1   中国南北主要城市日较差表

城市

1

4

7

10

北京

11.2

12.9

9.3

11.9

11.4

哈尔滨

11.6

13.0

9.9

11.5

11.7

武汉

8.7

8.7

7.6

9.6

8.6

广州

8.6

6.6

7.4

8.4

7.6

 

3.自然气候分布特征

海洋和陆地具有不同的辐射性质、热容量、传热方式和热量分配方式,形成了两种不同性质的气候:海洋性气候和大陆性气候。海洋性气候的主要特征是:冬温夏凉、秋温高于春温。气温的年较差和日较差比较小、一年中最冷月和最热月出现时间较迟;全年潮湿多雨,季节分配均匀。大陆性气候的主要特征是;冬冷夏热,春温高于秋温,气温的年较差和日较差都大,一年中最冷月和最热月出现时间较海洋性气候地区早1个月;全年降水不多,多集中于夏季,冬季气候干燥少雨[孙安健,《世界气候》,气象出版社,1986]

值得特别关注的是,当北极在变暖同时,南极却在变冷。科学家报告称北极在变暖南极在变冷

 

二、气候变化实质浅析

毫无疑问,夏季增温主要是太阳辐射的作用,而短短的一年之内,二氧化碳变化的影响肯定是微乎其微的,只有冬夏两季的水汽通量明显不同而已,而这是太阳的杰作,与人为活动无关。不但如此,夏至和冬至并不是最热和最冷的日子,气温对太阳辐射量的变化表现出明显的滞后,而且不同纬度地区的滞后也不尽相同,这是很值得关注的问题。

尽管IPCC报告一再声称人为活动造成全球气候变暖的结论不容置疑,但实际上,有关全球气候变暖的理论基础本身就可能存在很大的问题。尽管在气候变化的研究中,考虑了诸如温室气体、气溶胶、水汽和云、以及垫面和植被等,但至今为止,还未看见关于全球陆面夜间的日平均最低温度的增加率是白天日平均最高温度增加率的2”的原因作出合理的、科学的解释

由于二氧化碳等温室气体仅吸收地表的长波辐射,对太阳的短波辐射基本是透明的,如果是温室气体增多而导致全球气候变暖,则不会出现夜间增温幅度大于白天的情况,因此,可以说支撑全球气候变暖的理论基础是存在问题的。

我们可以提出质疑,将人为活动导致大气二氧化碳浓度增大现象直接与全球气候变暖现象挂钩,这种基于现象学的研究方法是否真实可靠。

现在的问题是,水蒸汽在大气温室效应中是如何起作用的,而这个问题涉及大气物理学及大气热力学的几个关键问题。由于传统的大气物理学(大气热力学)分析主要是基于热力学第一定律的,这一方面使分析难以深入,同时又使其说服力不强,这是造成全球气候变暖问题存在巨大争议的主要原因。

根据热力学第二定律与相平衡以及多元体系化学势对大气中水蒸汽凝结现象的初步分析[对人为温室气体导致全球气候变暖观点的质疑,中国科技论文在线,2008.3.11],结论是大气中水蒸汽凝结只能通过辐射释放潜热,大气物理学关于水蒸汽凝结通过热传导将潜热释放给周围大气的观点是错误的。

 

三、水蒸汽凝结辐射放热对气侯影响的简要分析

根据IPCC3次气候评价报告的数据:“北半球中高纬陆区的降雨在20世纪每10年增加了0.5%1%,热带陆地区域每10年降水量增加0.20.3%,亚热带陆地区域每10年降水量减少0.3%左右,赤道地区最近几十年降水量没有明显增加。南半球部分地区出现了北半球的降水特征,但因陆地缺少连续性而总体可比性不明显;海洋上的降雨因没有足够的数据而不能分析其变化趋势”。但是“从北半球中高纬度陆地大的和极端降水事件推断,总降水以一定比例迅速增大很可能已经发生了”[Hulme M., Osborn TJ and Johns TC. Precipitation sensitivity to global warming: Comparison of observations with HadCM2 simulations. Geophys. Res. Lett., 25: 3379-3382 (1998).]

全球大气总质量约5.27×1018kg,全年57.7km3的降水量占到大气总质量的约11%。由于空气比热Cp1.005kJ/kg·K,水蒸汽的潜热r2500kJ/kg,因此影响必然很大。根据全球降水量增加的情况,这里假定全球降水量增加了0.5%,其中45%的潜热辐射到地面并为大气吸收,则可以使全球大气温度可升高0.61K,与目前所报告的大气增温幅度(0.6±0.2K)持平。需要强调的是这可能只是一种巧合,这种计算也不尽合理,但足以说明水蒸汽凝结潜热的辐射释放对气候有十分重要的影响,绝对不容小觑。

由于全球大气中水蒸汽总量主要取决于太阳辐射,于是,即便全球气候真的变暖,也应与人类活动的关系不大。

然而人类活动却能在很大程度上能够改变我们城市上空大气的情况。因为城市是众所周知的能源和水资源消费中心,城市低层大气中的水蒸汽逐年增多。首先,大多数化石燃料燃烧都有水蒸汽的产生,尤其是天然气的燃烧;其次,许多用能系统需要用水去冷却,比如城市周边的发电厂冷凝器,其燃料燃烧所释放的热能至少有50%经水冷却排向大气,绝大部分转变成为了水蒸汽;其三,城市市政、工业生产及居民生活要消耗大量的水。当大量的水蒸汽在大气中凝结,城市必然被其辐射能增暖。显然,这也是一种城市热岛效应,但与通常所说的城市热岛效应存在本质上的不同。

顺便指出,天然气是一种所谓的清洁能源,但是由于水蒸汽凝结(凝华)以辐射形式释放潜热,因此天然气消耗越多,我们的城市夏天会越热,这已在欧洲国家得到验证。2006年,欧洲国家刚刚经历了一个酷暑,德国尤其严重,一个重要原因可能就是其天然气使用量的急剧增大。事实上,世界上没有一个城市因为更多地使用天然气而使城市凉爽的。

 

四、结束语

目前全球气候变化的真正原因是什么,本文倾向于主要它是一种自然变化。当然,气候变化的影响因素十分复杂,有关这个问题的研究还需进一步深入。

关于气候变化的分析不能仅依据近100年和1000年的变化,应在更大的时间跨度内进行分析。

 

 

 



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