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地球气候变暖是一个错误理论导致的错误结论

已有 4986 次阅读 2012-2-4 11:21 |个人分类:气候变化|系统分类:观点评述| 大气热力学、第二定律

地球气候变暖是一个错误理论导致的错误结论

 

2001IPCC第三次报告讲“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”,这一点不断被强化。但是紧跟其后还有一个重要数据,却被非常离奇地忽视了,那就是“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”。这实际上意味着变暖主要是夜间增温所致,而这一现象是基于CO2的大气温室效应之物理学机理所无法解释的。因为基于这一机理,昼夜变化应该不大,如果有差别,也只可能是白天高于夜晚,不可能出现相反的情况。

与之对应、且非常吻合的是,在从冬天到夏天的气候变暖过程中,也存在“夜间增温幅度大于白天”的现象,气象统计资料丰富而翔实。可以肯定的是,它与CO2没有关联。不仅如此,从北到南如从哈尔滨、北京到武汉、再到广州,这一现象越来越突出。这说明什么呢?是一种什么样的物理机制在起作用?

武汉是中国最著名的火炉,为什么武汉的夏季常常比同纬度其他城市热很多?是CO2造成的吗?显然不是。事实上,其根本原因就在于水。因为夏季的武汉大气湿度非常高(大气的水蒸气含量高),昼夜温差非常小的缘故,俗称闷热。而冬季的武汉也很寒冷,同样也是水的作用,衣物中含水量相对较高,俗称阴冷阴冷的。

但水是如何作用于大气的呢?众所周知,水吸热蒸发气化是一种制冷效应,这如同酒精棉球涂在病人的皮肤表面产生的“冷效应”一样。地球表面积的70%是海洋,大气中的水蒸气主要来自于海洋蒸发。因此,一个非常浅显的道理和事实就是,地表大气温度主要取决于海洋的水蒸发。说到这里,不得不提及IPCC报告不能让人信服的另一点:“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”。它给人以测温覆盖面已经很大的错觉,但其实只占地球表面积的15%,而且绝大多数是在人口密集、能源消耗集中的地区,那里热岛效应影响很大(注:能源消耗50%以上的能量变成了水蒸汽的潜热,从而加剧了热岛效应)。从科学的角度,IPCC用这样的数据指称全球变暖了是不严谨的,非常值得怀疑。

反过来,水蒸气在高空凝结要释放出蒸发所吸收的热量(热力学上称之为潜热,之所以称为潜热,是因为蒸发和凝结过程中,有热量的交换,温度却保持不变,因而也称“同温相变”)。在一般工程中的水蒸气凝结过程中,总有外部冷源作为“热阱”吸收这部分潜热。比如火电厂的凝汽器,要用循环水进行冷却等。在大气环境中,水蒸气在高空是自发凝结的,凝结的水滴(也称云滴,大量的云滴构成“云”)游历于大气之中,是没有外部冷源的,潜热是如何释放出去的呢?这是问题的关键之所在。

关于水蒸气凝结,大气物理学的经典描述来自英国著名的大气物理学权威BJ.梅森。他所建立的水蒸汽凝结方程认为“几乎全部凝结潜热从云滴表面通过周围空气传导而耗散”。对于这一描述,基于热力学第一定律是难以发现其错误的。但遗憾的是到目前为止,大气物理学的研究主要还是在热力学第一定律基础上进行的,第二定律分析微乎其微,这是其理论存在的根本不足,而全球变暖论的理论依据就是大气物理学。

根据第二定律,热只能从高温物体向低温物体传递。如果水蒸气凝结的潜热要从云滴表面通过周围空气传热而耗散,就必须要求云滴表面的温度高于周围大气;但如果云滴表面温度高于周围大气,所能发生的过程就只能是云滴上的水分子向周围大气扩散,不可能出现水蒸气的凝结。我们知道,水蒸汽凝结是同温相变过程,因此不可能出现这样一种情况:大气中的水蒸汽凝结加热大气中的云滴,使其表面温度升高并超过大气自身温度的程度。但是要满足BJ.梅森的水蒸气凝结模型的传热要求,这又是必须的。因此,只能讲梅森模型是违反热力学第二定律的,因而是错误的。事实上,梅森模型并没有实测数据的支持。

本人虽然不是气象专业的,但长期从事热力学基础研究,大气中水蒸气凝结是基础热力学过程。出于对气候变暖论的怀疑,大气中水蒸气的自发凝结过程,不断刺激我思考其凝结过程是如何发生的。2005年的一天,脑子里突然闪现“水蒸气在高空凝结以辐射方式释放其潜热”的想法,随后查阅了很多文献资料,初步证实这一观点。这是一种人类尚未认知的物理现象,新的大气温室效应机制。

既然是辐射,大气中必然有其存在。我曾在大气物理学及大气辐射学中查询,始终一无所获。有一天与我校电磁场专业教授沟通,他谈到无线电噪声问题,从而提醒我到无线电专业的文献中去查询,结果有重要发现。我们知道,大气中存在大量的无线电噪音,它们是一种辐射能。但有关它们的来源却没有什么很强的说服力,由于学科界限的限制,也未得到广泛关注。根据英国电气工程师学会1950’s所做的探测数据等,大气中9MHz以下低频和极低频微波背景噪声,其强度有非常明显的水蒸气凝结特性,如夜间高于白天、海洋高于陆地、夏季高于冬季,并且下午高于上午,大风时高于无风时等,可以视为大气中水蒸气凝结辐射释放潜热的证据。由于大气对于微波有很强的吸收性,越是高频的微波,吸收越强烈,因此大气中能远距离传播的是低频和极低频的微波,高频微波很快被大气吸收(注:微波通讯要设置很多的基站就是由于这个原因)。因此,尽管大气中水蒸气凝结量很大及降水量也很大,但大气中高频微波能量的比重却不大,符合大气辐射的探测结果。

另外,根据大气辐射特性,水蒸气吸收地表长波辐射的能力大于CO2,大气中水蒸气的浓度又远远大于CO2。如果按平均1%的水蒸气浓度计算,CO2的温室效应只有水蒸气的4%。而全球年度平均降水量达5.77×1014m3,潜热量约1.44×1021kJ,折合向地表的辐射强度约40W/m2,远大于IPCC报告估算的CO2等温室气体2.43W/m2的辐射强迫增加值(注:这一数据是值得怀疑的)。在基于上述数据,我们不难得出这样的结论:(1).大气中CO2是微量气体,即便其浓度倍增也不可能对气候产生实质性的影响;(2).决定气候变化的主导因素是太阳辐射作用下水的蒸发与凝结。事实上,通过卫星云图我们可以清晰地看到,天气(气候)变化过程其实是水汽变化过程,可以说没有水汽运动和变化,就没有气候的变化,以飓风为例,它的中心其实是大量的凝结态的水。

根据中国科学院副院长丁仲礼院士在《2009年科学发展报告》(中国科学出版社)中的文章,太阳活动是呈周期性变化的,并指出气候变化与太阳活动的关联。丁一汇院士等在《沙漠与绿洲气象》2007年第1期上发表的“中国气候变化的检测和预估”给出了中国近百年(1905-2001)平均地表气温变化图,非常清晰地显示中国气候变化的周期性。值得注意的是,这二篇文章非常地吻合。而中国著名的气象学家竺可桢先生1973年关于中国5000年气候变化的学术专著,非常清楚地告诉世人,中国气候变化的历史不支持全球变暖论。

事实上,大气温度在1998年达到峰值之后,尤其是近年来,气候并未像IPCC预言的那样单向性变暖,低温现象非常普遍,而其间人为CO2排放量还在持续增加。从科学的角度,我们实在看不出CO2的影响。近年来全球气候变化的实际,一些气象学家预测说地球小冰期到来,与二位丁院士论文所述的周期性相当的吻合,再加上IPCC某些人的行为不端,人们对IPCC的不信任已开始加剧。

至此,我们不难得出结论,全球气候变暖是一个错误理论导致的错误结论。

 



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