[转载] 《科学智慧火花》，杨正瓴，2024-11-11 03:29：实体实验的原理性建议：温室气体浓度与大气温度之间的定量关系

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投稿人：真傻             投稿时间：2024-11-11 03:29

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实体实验的原理性建议：温室气体浓度与大气温度之间的定量关系

杨正瓴

（天津大学电气与自动化工程学院，天津市  300072）

投稿时间：2024-11-11 03:29

一、二氧化碳浓度和地球大气温度之间的关系

   从NOAA的下面两幅图片看^[1,2]，过去二氧化碳（CO₂）浓度和地球大气温度之间并不是严格的线性关系。

图1  Earth's surface temperature and atmospheric carbon dioxide (1850-2023)

https://www.climate.gov/sites/default/files/2024-05/global_temp_vs_carbon_dioxide_2023update.png

图2  过去80万年的大气二氧化碳（CO2）浓度为百万分之几（ppm），与2022年的浓度（亮紫色点）的对照

https://www.climate.gov/media/15993  

https://www.climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-atmospheric-carbon-dioxide

   因此，在人工控制的地球实验室里，进行“温室气体浓度”和“大气温度”之间关系的定量实体实验，是一件有意义的研究工作。

   历史上（1956年），宇称守恒定律在人们头脑中已经根深蒂固，但是李政道、杨振宁发现了一个从前人们没有注意到的现象^[3]：在弱相互作用下，“宇称守恒”缺乏实验证明。

   在全球变化方面^[4-6]，我们应该加强相关的基础实验研究。

二、实体实验的原理性建议：温室气体浓度与大气温度之间的定量关系

   采用多个相同的密闭容器里的人工控制实体实验。不要计算机数值模拟/仿真。

   在下述不同条件下，在太阳辐射下^[7,8]，依次加入不同浓度的温室气体，定量仪器测量密闭容器内多个空间点的“温度、气压、风速、……”等气象数据随时间等的变化^[9,10]。

   （1）按照地球大气平均的氮气、氧气等浓度，加入二氧化碳等温室气体。定量测量。

   实验采用的氮气、氧气、二氧化碳等，用化学方法专门生成，以保证其纯净度。

   （2）采用地球多个地点的真实大气。

   从太平洋赤道、南北回归线、沙漠、……等处，采集“自然界”的空气。

   （3）仿照地球表面（下垫面）。

   密闭容器底部按照地球表面的实际比例，加入海水、陆地（土壤）。

   ……

   构造一系列越来越接近地球实际情况的实验。

   尽管地表植被的实验比较复杂和困难，后期也应该加入到实体实验之中。

   在上面实验基础上，再进行水汽（H₂O）和臭氧（O₃）等对大气作用的实体实验研究。目前主流“由于H₂O和O₃时空分布变化大，且难以人为进行控制，因此在规划减量措施时往往不予考虑。”^[4]

   设计科学的具体实验方案，需要考虑很多的相关影响，因此是十分困难的。这里主要是“提出问题、确立实验的基本目的”，回到源头和底层再次审视目前的全球天气变化。

参考文献：

[1] NOAA, 2024-05-16, Earth's surface temperature and atmospheric carbon dioxide (1850-2023) [DB/OL]

[2] NOAA, 2024-04-09, Climate Change: Atmospheric Carbon Dioxide [DB/OL]

[3] 科学网，2008-05-20，杨振宁教授同济大学讲述“宇称不守恒”诞生背景 [DB/OL]

[4] 2022-08-18，温室气体/greenhouse gases/郑景云，中国大百科全书，第三版网络版 [DB/OL]

   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。

   由于H₂O和O₃时空分布变化大，且难以人为进行控制，因此在规划减量措施时往往不予考虑。

[5] 2023-05-05，大气运动方程组/dynamic equations of atmospheric motion/刘式适撰、郭毅鹏修订，中国大百科全书，第三版网络版 [DB/OL]

[6] 2022-12-23，全球变化/global change/蔡运龙，中国大百科全书，第三版网络版 [DB/OL]

[7] 2023-06-06，太阳辐射/solar radiation/方圣辉，中国大百科全书，第三版网络版 [DB/OL]

[8] 2023-06-14，大气窗口/atmospheric window/方圣辉，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

[9] 2024-11-08，[打听，建议] 原理性建议：温室气体浓度与地球大气温度关系的定量实验室实体实验 [EB/OL]

[10] 2023-06-26，[笔记，思考] 反射太阳能给地球降温 [EB/OL]