气候变化与结冰

昨天我对结冰的解释，引起不少人的反弹，这也没什么，不过是对辐射换热的认识不同而已，这也是气候变化的关键。虽然舆论都在推行全球变暖的理论，但我认为气候变化的机理没有搞清楚，关键就是辐射理论的作用很多人都认识不清。

目前争论的关键是对流结冰还是辐射制冷。我是坚持辐射制冷的人，理由如下：假如结冰是因为对流那么气体的密度是液体的1000分之一（热容量也是千分之一），对流换热的系数又极低，需要多少气体来结1立方米的冰？答案不是天文数字，但也差不多了。第二，地球上的寒极（俄国的北极，或中国的内蒙古，-70C）他们的空气已经是最冷了，什么力量让这些空气制冷的呢？最后的制冷力量，总是辐射换热。

我们很多人对辐射的威力认识不足。我曾经也嘲笑那些太阳能鼓吹者，德国的高速公路两边都铺上太阳能板，才能发一点电，全部换掉传统能源，需要多大的面积来捕捉太阳能？答案出人意料，只要美国一个州，或者中国一个省，全部铺上太阳能板，就能全部替代，而这些太阳能板的发电效率极低。于是我才知道太阳能的威力被我大大低估了的。很多人对气候变化的认识，就犯了我曾经犯的错误，以为化石能量多么多么巨大，相比太阳能不过是九牛一毛而已。

如果一个巴掌大（看上去）的太阳就能够提供那么多的能量，相比之下大很多的宇宙背景，至少看上去比太阳大1000倍，会吸收多少能量呢？理论上是无限的，只不过因为我们有大气层，所以那些低温长波的辐射被挡住了，没有太大损失，而太阳的高温短波辐射被地球吸收了，于是有我们的温暖的地球。如果没有大气层，白天地球温度比现在高几百度，晚上低200度，这很正常。

那么为什么我们白天会结冰？因为当空气变冷的时候，大气层对低温长波的辐射吸收能力下降，所以虽然有太阳，但宇宙背景的吸热更多，于是结冰不断进行下去，直到达到某一平衡为止。目前所有的气候变化模型，对此都不能准确预报，所以气候变暖是没有深刻理论依据的，这一平衡很难把握。气候问题的复杂性在于，增加一点水汽，会改变辐射的吸收频谱，导致辐射增加或减少，这种正反馈或负反馈会带来连锁效应，导致气候的剧烈变化。辐射问题和湍流问题一样，是人类大脑和高速计算机的终极挑战。没有辐射作用的水面，是不可能靠空气结冰三尺的。

为什么我们有四季的变化，而太阳的距离变化很小，关键还是太阳照射角度的细微变化。这些几度照射角度的变化就足以给地球带来几十度的气温变化，我们为什么还要怀疑辐射能力的大小呢？太阳的辐射是改变人类气候的终极力量，没有太阳辐射，宇宙背景将把地球上的能量全部吸干，这是结冰的关键。

我曾经研究毛细效应（或烛芯效应），得到的结论令人感到意外，那就是能量平衡决定燃烧率，只有在能量不足之时，传质才会发挥影响。在发表论文之前，人们的认识都是毛细效应增加传质，所以烛芯效应提高燃烧率，这篇文章打破了常规认识，因此获得了一个科普宣传奖。这种经验可以推广到结冰问题，能量决定一切，只有能量不足时，结晶问题才会发挥影响。也就是说，能量平衡是结冰问题的关键和最终力量，这是我的科研哲学观。

所以，结冰问题可以这样看，由于空气温度低，导致空气干燥，空气缺乏水分导致大气对低温长波辐射的吸收率低，于是更多的能量逃离了地球，导致地球出现结冰现象。这种复杂耦合现象的动力是太阳能，关键是太阳的辐射角度，一点角度的变化，会改变大气中的含水量，改变辐射吸收的频谱，改变换热的平衡，结果意味着你是开冷气呢还是开暖气，这就是辐射的力量。不了解辐射理论的人，对气候变化是很难深入了解的，因为气候变化模型太复杂，关键是辐射理论模型太复杂。

那些鼓吹气候不变或气候变暖的人，都对辐射理论的复杂性认识不清。我个人就认为地球有自动保护机理，目前连这个机理都没有搞清楚，凭什么说气候变暖呢？我看古代城市大火（近2500年的历史记录），几乎每30年一次，这意味着气候是有规律的，每30年来一次震荡。如果我们对这一规律都无法解释，怎么敢说全球变暖呢？数据记录只不过一两百年，而且充满了误差。

有道是，气候变化多耦合，辐射换热乃关键，结冰简单多理论，问题认识靠统筹。