博文

[第125.5个问题，大问题] 人类能源利用中降低“全球变暖”的方法有哪些？

已有 3514 次阅读 2022-8-10 15:10 |个人分类:科学 - 艺术 - 社会|系统分类:科研笔记

汉语是联合国官方正式使用的 6 种同等有效语言之一。请不要歧视汉语！

Chinese is one of the six equally effective official languages of the United Nations.

Not to discriminate against Chinese, please!

[第125.5个问题，大问题] 人类能源利用中降低“全球变暖”的方法有哪些？

缓解或解决“全球气候变暖”的基本方法有两类：一是减少进入地球大气的能量；二是增加地球的散热能力。

减少进入地球大气的能量，首先是找到有哪些能量进入了地球大气。显然，太阳能是第一位的。其它地球大气加热能源都有哪些？“全球变化”、“气候变化”这些事关全人类未来的重大事情，难道我们不应该耐心、仔细的寻找各种成因吗？

一种可能的额外热源，就是人类的能源消耗。不仅是化石能源引起了温室气体的排放，而且人类利用能源中的非预期能源泄漏或转换，也可能直接加热大气。例如，做饭时锅边泄露的煤气燃烧，没有用来加热食物，而是直接加热了大气。

一、2021年4月10日上海交大携手《科学》杂志向全球发布125个科学问题

2021年4月8日，上海交通大学迎来了125周年校庆。

2021年4月10日，为纪念建校125周年，上海交通大学与《科学》杂志联袂策划发行《125个科学问题——探索与发现》增刊，这是2005年以后，《科学》杂志第二次向全球发布的125个科学问题。

这新的 125 问题里，有

Ecology 生态学

1. Can we stop global climate change? 1. 我们可以阻止全球气候变化吗？

2. Where do we put all the excess carbon dioxide? 2. 我们能把过量的二氧化碳存到何处？

Astronomy 天文学

15. Is Einstein's general theory of relativity correct? 15. 爱因斯坦的广义相对论是正确的吗？

二、气候变化（全球变暖）与化石能源

在“上海交通大学与《科学》的新 125 个问题”的《1. Can we stop global climate change? 1.我们可以阻止全球气候变化吗？》里写到：

We are in the midst of an extraordinary technological revolution in data science, computing, and energy science. We know how to build tools to collect valuable environmental data. Computer scientists are working with ecologists to apply unique artificial intelligence, deep-learning, and machinelearning techniques to Earth observation systems. And more funding for green energy research is becoming available across sectors. We have the capability: We can reduce our dependence on fossil fuels. We can practice better stewardship of the planet. With the help of the public and professionals alike, we may be able to arrive at a solution that is feasible, useful, and realistic.

我们正处于数据科学、计算和能源科学领域的一场非凡的技术革命之中。我们知道如何构建工具来收集有价值的环境数据。计算机科学家正在与生态学家合作，将独特的人工智能、深度学习和机器学习技术应用于地球观测系统。更多的绿色能源研究资金正在跨部门获得。我们有能力：我们可以减少对化石燃料的依赖。我们可以更好地管理地球。在公众和专业人士的帮助下，我们或许能够得出一个可行、有用和现实的解决方案。

下面是人类能耗、地球气温变化的实际观测值随年代变化的对照。“能耗”为全人类实际能源消耗数据的常用对数值（log10）。可见：能源消耗总量，大约超前地球气温升高 20 年。

正确_拉曲线.jpg

图1 气温、能耗，随实际年代的变化

后移拉曲线.jpg

图2 能耗年代后移 20年，和气温变化更好地重合

三、人类能源利用中降低“全球变暖”的方法有哪些？

人类利用能源，特别是化石能源，不仅仅是温室气体排放引起全球变暖，而且利用能源的过程自身也可能会引起全球变暖。例如，燃烧煤气做饭，会有相当比例的热能从锅边直接释放到大气中（直接加热了大气），而不是提高食物的温度。这不仅仅是能源浪费，还直接引起“全球变暖”。

在利用能源时，有效降低非目标能源的方法是什么？

例如，做饭时“目标能源”是加热食物的那部分能源；“非目标能源”是从锅边泄露的能源（浪费掉的能源）。

人类能源利用的有目的高效率，即降低直接引起“全球变暖”那部分能源泄露的方法，都有哪些？

例如，更合理的煤气灶、锅的形状设计，应该可以提高煤气的利用率，从而直接减少“全球变暖”。

又如，车辆的流线型设计，可以降低高速运行时的空气阻力。

即使将来几乎全部采用了聚变核电、外太空太阳能，“非目标能源”的泄露（浪费）仍然可能会引起“全球变暖”。因此，弄清楚加热大气的能量来源，是我们人类当前面临的一个重要任务。

本文的贡献，就是推测人类能源利用中的不必要泄露或浪费，也是全球变暖的直接原因。不仅仅是温室气体的排放。

不好意思列为“上海交大携手《科学》杂志向全球发布125个科学问题”之后的“第126个”，就算是“第125.5个”吧（半个问题）？

为了拯救人类，卡尔·萨根1996年12月20日，因患骨髓癌并发肺炎去世，享年62岁。英年早逝。

为了拯救人类，斯蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking)，身患肌肉萎缩性侧索硬化症（重病）55年。2018年3月14日凌晨3时46分去世，享年76岁。

为了拯救人类，俺长期严重过劳。大约在 2016 年就已经整体性地耗干了。真傻现在已经死了 80% 了，还剩下只有 20% 的性命了，目前还可以生活自理。搞研究是不行了，脑力不够了。只能提出“半个”问题了。

俺可是真的木有阻碍人类科技进步。天地良心！

谚语：

一个傻瓜提问题，十个聪明人也回答不过来。

一个傻瓜能够提出的问题，比十个聪明人能够解答的还要多十倍。

一个傻瓜能够提出多得连十个聪明人都回答不了的问题。

要点

（1）根据能量守恒与转化定律：

进入大气的能量 = 大气运动与存储的能量 + 大气散发的能量

并且

大气运动与存储的能量 ←→ 极端天气、气温（变化）

至少是近似成立的。

“人类能源利用中的不必要泄露或浪费”直接加热大气，是有可能的。

（2）除了减排之外，在地球外太空进行太阳能遮挡，可能是给地球降温的首选途径。这种类似“日食”的阴影，大体上类似于地球的“阴天”。可能是给地球降温“副作用”最小的方法。

地球太阳之间的拉格朗日点L1，地球的太阳同步轨道等，都是可能的太阳能遮挡的太空位置。

即使将来几乎全部采用了聚变核电、外太空太阳能，“非目标能源”的泄露（浪费）仍然可能会引起“全球变暖”。

2021年暑假还没有开始，为什么2022年暑假已经结束了？

参考资料：

[1] 上海交通大学，2021-04-11，等你求解！上海交大携手《科学》杂志向全球发布125个科学问题

https://news.sjtu.edu.cn/mtjj/20210412/145693.html

http://www.edu.cn/rd/kexuetansuo/zui_xin_dong_tai/202104/t20210412_2095259.shtml

[2] 光明网，2022-05-19，全球变暖结局如何？地球3亿年前给出参考答案

https://m.gmw.cn/baijia/2022-05/19/35746748.html

石炭纪晚期（约3.04亿年前）冰室气候下，约9万亿吨碳在30万年内排向大气，从而引起了当时全球气候的显著变暖。这期间海水表面温度升高约4摄氏度，全球海洋缺氧面积增长了18%，从4%扩张至22%，海洋生物多样性在短期内显著下降。

“根据我们的研究，当时海洋中的有孔虫、珊瑚、腕足类生物大量死亡。这些都是底栖生物，当海洋缺氧后，首先波及到的就是这些行动能力相对有限的生物。”陈吉涛说。

[3] 中国气象局，2019-11-01，全球变暖，我们会感到温度越来越舒适吗？http://www.cma.gov.cn/kppd/kppdqxsj/kppdqhbh/201911/t20191101_538837.html

那全球变暖的大背景下，中国人的热舒适度发生了怎样的变化？高学杰表示，研究发现，中国平均舒适日整体在增加，由上世纪60年代的25天，增加到29天，但不同地区有较大差异，其中华南地区和东部地区热感受在增加，夏季舒适日由上世纪60年代的26天减少为22天，东北、西部地区则随着全球变暖的影响，冷感受在减少，舒适日有所增加。

不过，尽管从平均水平来看，全球变暖后中国平均舒适日数有所增加，但这并不意味未来人们能享受到更多的舒适日数。高学杰表示，舒适日数主要分布于现在我国比较寒冷的北方及山地，如内蒙古高原等地，但由于这里人口的迁移，人口总量在减少，于是相应的“人-天”数目有了近四分之一的减少。“现在中国有6亿人全年一天都不热，但随着全球变暖，这个数未来会减少到2亿人”，高学杰补充说。

[4] GLOBAL LAND-OCEAN TEMPERATURE INDEX, Data source: NASA's Goddard Institute for Space Studies (GISS), NASA

https://climate.nasa.gov/vital-signs/global-temperature/

[5] Global energy consumption, How much energy does the world consume? Our World in Data

https://ourworldindata.org/energy-production-consumption#global-energy-consumption

[6] 全球变暖/Global warming/郑景云，中国大百科全书，第三版网络版[ED/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=51049&Type=bkzyb&SubID=79368

由于人类活动导致大气中温室气体增加，从而使全球尺度上地球表面平均温度和地表平均气温升高的现象。

[7] 温室气体/greenhouse gases/郑景云，中国大百科全书，第三版网络版[ED/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=72049&Type=bkzyb&SubID=79367

温室气体对太阳短波辐射吸收少但对地表长波辐射吸收强烈，并且向外重新放出红外辐射，因此它们能够促进全球变暖，这种现象称为温室效应。

地球大气中的温室气体包括水汽（H2O）、二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、臭氧（O3）、氟氯烃碳化物类（CFCs、HFCs、HCFCs）、全氟碳化物（PFCs）、六氟化硫（SF6）等。

[8] 全球变化受控实验研究/global change manipulative experiment/牛书丽，中国大百科全书，第三版网络版[ED/OL]