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对两位欧洲学者工作的两点质疑
(读报有感之三)
温景嵩
(天津 南开大学 西南村 69楼 1门 401号)
引言
在我们上一组气候文章发出后没几天,
两位学者究竟看到了甚麽?
英国和瑞士的两位学者宣称他们在观测中看到了“太阳活动的活跃程度自1985年以后就不断下降”,从而否定太阳在地球升温中的作用。但他们同时却承认了“太阳活动的强弱大约以11年为一个周期”,他们“研究中所分析的数据也符合这一循环周期”。既然如此,自1985年开始到现在,20年来他们就应当看到太阳活动强弱变化的两个循环周期。也就是说他们应该看到太阳活动强度经历了两次加强又两次减弱的变化。显然,这和他们前面所宣称的“太阳活动自1985年以来不断下降”的结论相矛盾。问题于是产生:究竟他们看到了什么?他们怎麽能同时看到两种性质截然不同但又是同一个太阳的活动过程?
违反气象学基本原理的论据
可能他们感到在承认了太阳活动强弱有11年的变化周期后,人们自然会问,既然如此,太阳活动在这20年里就不可能只是不断下降而是应该有增强的机会,于是,太阳不就仍会对地球气温的上升起正作用吗?对此,两位学者断言,即使太阳活动加强了,也不会对地球大气增温起作用,因为他们认为这时海洋的吸热能力就会把来自太阳的辐射热能吸收掉。可惜两位学者的这一论据与气象学基本原理不合。不错,由于太阳表面温度高达6000度以上,它所辐射出的能量基本上是短波辐射,这种短波辐射不能直接为大气所吸收。而是先由地球表面(即包括陆面,也包括他们讲的海洋表面)吸收加热了地表,由于地球表面温度虽被加热却仍然远远低于太阳温度,所以从地表释放出的是长波辐射。而这种长波辐射却能为空气中的二氧化碳,水汽等成分吸收,从而加热大气,这些成分就叫温室气体。由此可见,温室气体本身并不是热源,它的能量最终来源于太阳,归根结底大气的能量来源于太阳辐射。太阳辐射正是通过地表(包括他们讲的海洋表面)的作用转化为能被温室气体吸收的长波辐射而加温大气。两位欧洲学者关于海洋吸收掉了太阳辐射后,就把大气甩在一边从而使之与太阳辐射无缘的论点,有违气象学的基本原理,是不对的。顺便指出,地表不仅通过把太阳的短波辐射转化为长波辐射从而加温大气,它还通过近地气层的活动,包括湍流热交换和热对流两种方式把地表所吸收的太阳辐射输送到自由大气,温室气体的作用,只是太阳辐射借助地表加热大气过程的一部份,并不是全部。
外国人讲的不一定都对
由于历史的原因,人类现代自然科学始于西方。直到现在,自然科学领域就整体而言,西方仍相当大地领先于我们,所以在这个领域就整体而言我们仍处在向西方科学家学习的阶段。但这不等于说他们做的每一个工作,讲的每一句话都是对的。切不可盲目地去追随西方科学家,他们讲甚麽就信甚麽,从而丧失自己独立思考的能力。在向西方科学家学习同时一定不要忘记独立思考,这才能创造出自己独具特色的新成果来。当然我们也不可搞虚无主义,不可以无根据地去否定西方科学家讲的一切。问题在于要有我们自己既独立思考又踏踏实实的工作,要拿出过硬的科学数据来。1990年我和我的学生王永光在英国剑桥大学出版的国际流体力学著名刊物《流体力学杂志》上发表了一个工作。该工作证实重力对胶体粒子(即包括气溶胶粒子,也包括水溶胶粒子)的布朗碰并有正作用,并给出计算此种作用的相当精确的计算公式。1997年我的另一位学生乔润龙到中国科学院力学所国家微重力实验室
回顾这一段历史,我感到现在的问题与那时有些类似,看来最好是向那时的中国科学院力学所国家微重力实验室的孙祉伟和乔润龙两位学者学习。本文虽然对两位欧洲学者的工作提出了两点质疑,但我承认,本文并不能充分而完全地否定他们的工作。问题是需要有自己的实际数据才行。而刚好这一点超出了我现在写文章的宗旨。我曾多次声明:我已退出科技舞台,我现在的年龄和身体状况都不允许我再像当年没退休时那样,全心全意地投入某一项具体课题的研究工作。何况,气候变化问题本来就不是我的研究方向,对于这个大家所关注的气候变暖问题,我本来就是外行。我现在所能做的只是在我这个观众席上,写一点观后感,提一点问题,提供另一种可能而已。如果我国现在战斗在一线的气候学专家们能把我国各地对太阳辐射直接的观测资料(包括太阳直接辐射和太阳散射辐射,最好还有从地面到高空的观测资料,而所谓的高空,最好能有在太空的宇宙空间站或在宇宙飞船上测出的太阳辐射资料,那样或许才能测到地球所得到的较为真实的全部太阳辐射数据)整理分析出来,看看自1985年以来到现在20多年来太阳辐射究竟发生了甚麼事,在此基础上再和那两位欧洲学者的观测做对比,这将是一件很有意义的事,将有助于进一步把气候变暖的问题搞清楚。
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后记
(丁一汇院士等人的论文读后)
真巧,在刚完成了这篇“答辩”短文后,就收到友人寄来的两本今年由新疆气象学会和中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所(即原新疆气象科学研究所)联合创办的新的学术刊物《沙漠与绿洲气象》,包括该刊创刊号第1卷第1期,和第1卷第2期。翻阅之后,发现它的创刊号上第一篇论文就回答了本文对我国战斗在一线的气候专家们所提的建议,真是巧极了!那篇论文是由我国著名的气候学科学家,原国家气候中心主任丁一汇院士领衔的一个七人写作组所完成。论文题目是《中国气候变化的检测和预估》(以下简称《丁文》)。《丁文》对我国气候专家们近五年来在研究我国气候变化问题所作的大量工作做了出色的总结。这些工作涉及到过去20年来在国家资助下一系列重大的我国气候研究项目。包括国家攻关项目,国家攀登计划项目,国家973项目,国家自然科学基金委员会重大项目,中国科学院重大项目,以及中国科学院西部行动计划项目等。因此可以说,由丁一汇院士等人完成的这份报告是一份极具权威性的重要报告,它提供了我国对气候问题的研究所得到的最具权威性的数据。我们这篇后记就将以此为据,来进一步回答两位欧洲学者所提出的挑战。《丁文》的第二部分总结了我国各地各种地表气候观测项目研究的主要成果。其中就有我国年平均地面总辐射变化(即:年平均地面太阳辐射变化)的观测记录。这是由我国122个台站记录平均后得到。时间从1957年到2000年总长度为43年,这既包括了两位欧洲学者的观测时间20年,又比他们的时间更长。此外,《丁文》不仅提供了我国近半个世纪来的太阳辐射观测资料,更重要的是它还提供了我国近百年来气温变化的观测资料,成为检验各种变暖理论的又一重要依据,因此本文也要对此加以重点讨论(《丁文》的图很重要,因此我们把与本文直接有关的三个图(图1,5,6)引在文后,供大家参考)。首先要回答两位欧洲学者的问题,我们从《丁文》中整理分析出的我国地面太阳辐射观测数据开始。从中可以得到以下几点结论。
1. 从1985年开始后的一个短时期地面太阳辐射确在下降,但只下降了5年就到了谷底。从1990年到达谷底以后它就改变方向不再下降,反而变成持续上升,(见图
2. 然而,事情并不像当年孙乔实验否定福克斯马等人的实验那样简单,在《丁文》的1985年以后地面太阳辐射数据否定了两位欧洲学者工作以后,反过来它并没有充分而完全地证实变暖的太阳辐射说。问题在于《丁文.》的数据更长,它起始于1957年,比两位欧洲学者的数据早了28年。于是我们就会看到从1957年开始,太阳辐射最初是上升,到1961年到达峰顶。此后就一路下降,经过1985年在1990年才到达谷底。1990年后虽然又再次上升,但至今仍远低于1961年的峰顶高度(见图
3. 与两位欧洲学者不同,以《丁文》为代表的我国气候专家们并不认为从1961年开始直到1990年截止这段太阳辐射下降期,意味着真实的太阳辐射也在下降。问题在于这只是地表接收到的太阳辐射,而真实的到达地球上空的太阳辐射,必然要经过一系列主要发生在对流层里的各种天气现象干扰,从而削弱了它的原有强度。这包括云,沙尘暴,水气,黑炭气溶胶,硫酸盐气溶胶等,尽管纯净大气的气体分子无法吸收以短波形式出现的太阳辐射,对纯净的大气而言短波的太阳辐射确是透明。对此,《丁文》作了一系列细致而严谨的研究。首先是云。众所周知,云量越多,太阳辐射被削弱得越厉害,当乌云满天,下暴雨时太阳辐射甚至会削减为零。《丁文》根据对我国466个台站观测的云量统计,从1961年到2000年我国云量虽有起有伏,但总趋势是在下降,因此排除了云量作用因子(见图
4. 以上三点后记直接和我们这次“答辩”两位欧洲学者有关。从这一点后记开始,将讲一下和这次“答辩”无关,但和整个全球气候变暖大讨论有关的问题。拜读《丁文》后有一件事使我非常惊讶。那就是翻遍《丁文》全文竟找不到一个我国二氧化碳含量的观测数据。由于《丁文》是对我国气候研究的一个具有权威性的总结报告,在这样的报告中竟然找不到大气中二氧化碳含量的观测数据,就自然使我猜测我国至今大概还不拥有像地面太阳辐射实测数据那样权威那样有代表性的长期实测数据。如果确实是这样问题就严重了。若像我们这样的国家还不能足够权威地观测出(足够多的观测点,足够长的观测时间)大气中的二氧化碳实际含量,那麽其它的发展中国家就也不会有了,地球上广大的无人居住的海洋地区也更不会有了。人们自然要问,在这样全球大部分地区严重缺乏二氧化碳含量的足够权威的实际观测数据基础上,联合国IPCC究竟是怎样得出人为二氧化碳含量是导致全球气候变暖的唯一原因的结论呢?人们又应该如何去检验联合国IPCC的结论呢?如果说变暖的太阳辐射说要用太阳辐射的实测值去检验,那末变暖的人为二氧化碳说就不应该用二氧化碳含量的实测值去检验吗?难道世界上竟然有不需用实测数据来检验的科学理论吗?(注:本文成文后曾电邮给丁一汇院士征求意见,一汇院士在回复中告我国内有二氧化碳观测,测站在青海瓦里关山,时间从1990年开始,并示我以观测数据。看来,一汇院士是由于测站数太少,观测时间又不够长,才没有把它放进正文之中。对他们这种严谨的科学态度,我非常赞赏,并据此对我自己的这篇文字作了些修正。
5. 由于气候变暖是当前人们所关注的中心,所以很自然《丁文》一开始就在该文的图1中给出了我国自1905年到2001年近百年来地表气温的年际变化数据。图1有两条曲线:上面一条给出我国近百年来年实测的平均地表气温随时间变化,下面一条给出这条温度变化曲线所据以得出的测站数目随时间变化(见图1)。从下面曲线可以看出,前50年的地表气温数据是从不到100个观测站数据平均后得到。从1950年到1960年是测站数急剧增加的十年。到1960年测站数增加到大约为600个。1960年以后到现在的40多年间,测站数就稳定在600个左右(注:图中的测站数目标尺很粗糙,每150个测站才占一格,所以从图上读下来的测站数目误差很大,按照《丁文》文字中给出的精确数字测站总数为726个,测站数量很惊人)。图1的气温年际变化曲线就是在这样大量的测站观测记录基础上平均而得到。不言而喻,这条近百年来气温年际变化曲线具有无可辩驳的权威性,我们的分析就以此为基础。从《丁文》这条温度变化曲线马上可以看到它的非常显著的特征:近百年来我国地表气温经历了两个周期变化。也就是气温有两个峰(《丁文》称之为“两个气温明显增暖期”)和两个谷(《丁文》称之为“两个气温明显偏凉期”)出现。第一个谷底出现在20世纪10—20年代,此时气温最低。此后气温逐渐上升,到20—40年代到达第一个峰顶,气温最高。然后气温又急剧下降,到50—60年代降到第二个谷底,气温第二次达到最低(较之第一个谷底略高一些)。然后气温再次逐渐上升,到80年代中期以后,气温再次急剧升到峰顶而以1998年的气温为最。从此我们可以知道整个20世纪气温有两个周期变化,平均周期为50年。由于《丁文》的这条曲线前半个世纪测站数较少,所以这一部分数据代表性差一些。然而把这个周期数据和朱珍华在1957年《我国气候变化的研究》论文中(以下简称《朱文》)从降水数据里分析出的周期数据作比较,《朱文》得到的气候变化平均周期是30—40年,周期的变化范围从20年到50年。此外,《朱文》中所引奥地利学者布鲁克研究结论气候变化周期是35年,这是他对里海海平面的高度变化研究中得到的结论;《朱文》所引霍耶对印度次大陆的气候变迁周期研究结论是30—40年;《朱文》所引欧洲学者勃吕格聂耳肯对欧洲1770—1880年气候变化研究结论是周期为35年,变化范围从26年到52年,这是他从冰川进退和河流的冻结与解冻日期记录的研究中得到的。今年3月下旬,《光明日报》科技版报道了新疆的气候研究人员从树木年轮的研究中发现,近320年来到现在气候发生了8次变化,平均周期为40年。所以《丁文》给出的近百年全部气温变化中存在两个周期,平均周期为50年的数据是可以相信的。这是我们第一次看到直接以大气温度为气候指标观测出的近百年气候变化记录,十分宝贵十分重要又十分权威。从中可以得到一个完全确定的结论,即:近现代地球上的气候冷暖交替变化的确存在几十年的周期,这是近现代气候变化的基本特征,它应该成为检验一切气候变暖理论的重要标准。《丁文》随后在其图5中介绍了我国学者使用两组不同的气候模式模拟我国近百年来气温变化的过程。一组包括了40个气候模式的模拟计算曲线(见图
现在把我们对气候变暖问题的基本观点简要总结为以下9点:
1. 大气能量基本上来自于太阳辐射,二氧化碳等温室气体本身并不是热源。它的热量来自由地表转化成它可以吸收的长波的太阳辐射能,所以它对大气变暖会有所贡献,但与太阳相比它的贡献只能是次要的,不可能超过太阳辐射来的能量。
2. 太阳辐射有周期性,是长短不一的各种周期叠加的结果。相应地地球大气温度变化也是具有周期性的变化过程,也是长短不一的各种周期叠加结果。
3. 大气对太阳的响应有一个复杂的物理过程,因此它的周期变化的相位不可能与太阳同步而是有所滞后,认为应该同步的观点是错误的。周期越长滞后越长,对于太阳辐射长达几十年的周期,完全有可能滞后几年或十几年,甚至反相。当然这还需要进一步仔细研究。
4. 我国近百年实际的气候变暖过程包括了两个冷暖交替的周期,这是检验一切变暖理论正确与否的重要标准。
5. 根据这种周期变化的特点,我们估计这次变暖不可能再持续一百年到几百年,最多我们估计再过三四十年气温就要降下来。
6. 现在国际气候界公认的变暖之人为二氧化碳说存在以下两个问题。第一,在全球范围内还严重缺乏足够权威的(足够多的测点足够长的观测时间)二氧化碳含量的实测数据,因而无法用实测数据来检验从排放量估算出的二氧化碳含量是否正确。第二,在人为二氧化碳理论框架下的气候模式,对近百年来我国气温变化的实际仅能模拟出其线性趋势,而无法再现冷暖交替两个周期的基本特征,因此这些气候模式就不能代表真实的气候系统,无法令人接受。
7. 我们坚决支持节能减排措施,这当然会减小一点气温升高的程度。但我们估计由此而减小的程度不会太大,因为二氧化碳对气候变暖本来贡献就不大。我们拥护节能减排,是由于我国现实存在比气候危机更为严重更为紧迫的环境危机和能源危机,节能减排在这方面会有大贡献。
8. 二氧化碳等污染物的排放责任问题。二氧化碳在大气中的含量是自英国工业革命开始以及随后美国崛起引起的240年来西方发达国家大量排放的累积结果,而我国经济迅速发展排放量的增加只是在改革开放后近20—30年才有的事。很明显,当前全球大气中二氧化碳含量过多,责任在西方富国,而不是像我们这样的发展中国家。因此西方某些反华势力大肆散布的我国是排放的第二甚至是第一大国对全球大气污染负有主要责任,这种谬论必须予以驳斥。我们拥护我国常驻联合国副代表刘振华讲的:排放应分两类,要有不同的对策。一类是富国的“奢侈排放”,对此应予以限制;另一类是穷国的“生存排放”和“发展排放”,对此应予以保障。区别对待,这才是正确的对策。
9. 对于国际上持太阳说的学者们提出的种种论据,特别是太阳系中其它星球也在变暖论据,我们并没有看到论据充分的有说服力的反驳。为使人们确信人为二氧化碳说的正确,这类性质的反驳是十分必要的。
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GMT+8, 2024-9-20 05:30
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