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全球气候变化研究的方法论探讨

已有 3941 次阅读 2012-2-15 09:19 |个人分类:建言献策|系统分类:观点评述| 方法论, 能量守恒, 全球气候变化, 封闭系统

【博主按1】:这些天,不少科学网博主发文讨论全球气候变化问题,学术气氛热烈,毕竟百花齐放、百家争鸣的讨论方式对理解某些科学难题是大有裨益的。

【博主按2】:俺是气候研究的外行,本不该参与讨论,但科学研究的方法论本质上是相通的,或许“当局者迷,旁观者清”。

【博主按3】:围观气候变化问题讨论,有人说变暖,有人说变冷,真是“公说公有理,婆说婆有理”,这在本质上涉及到对气候变化理解的时空尺度问题。写到这里,俺想起了“盲人摸象”的故事,有位盲人摸到了大象的一条腿,说那是“柱子”,有人摸到了大象的肚子,说那是“一堵墙”。因此,对气候变化的研究,应该从一个宏观的时空尺度观念出发,去刨根问底。

为方便问题讨论,先做以下基本假设:

1)太阳传递给地球-月球系统的能量,每年(地球围绕太阳转的周期)的变化基本保持不变,物质交换可以忽略;

2)地球-月球视为一个亚系统,该亚系统本身只有能量交换(潮汐作用,都从太阳接收能量),年变化基本恒定,这样固体地球本身(包括水圈和生物圈)和其外面的大气层可构成一个独立的子系统。以下分析子系统内部能量和物质运移的情况。

先讨论在以上两个假设条件成立前提下的情况。因固体地球本身(包括水圈和生物圈)和其外面的大气层可构成一个独立的子系统,该子系统为封闭系统。封闭系统内部的物质和能量交换,遵循能量守恒、质量守恒的原理,内部的能量与物质运移,可不断地自我调节,最终达到一种动态平衡状态。

为便于理解上述原理,举一个形象的例子。如有学者发现,北极冰盖融化是受气候变暖的影响,北极如变暖,是因为某区域的热量传递到北极的结果,那么该区域会相对变冷,变冷的原因是该区域和北极区域发生了能量交换。又因为对地球这个子系统而言,系统内部能量和物质的交换主要是靠大气环流和洋流实现的,这需要一定的时间完成转换过程,也就是一个周期。在该周期内,全球气候的变化具有随机性、逆周期性或周期性,都是正常的,但整体而言基本是不变的。换句话说,在该周期内,某地变冷了,另外的地方会相对变暖,反之亦然。

武炳义研究员等人[1]对气候变化的研究支持我的观点。武老师的研究表明“按常理推断,如果全球变暖,东亚季风应该变弱,冬季欧亚大陆中高纬度及东亚也应变暖,为什么气候观测和数值模拟显示全球变暖情况下,东亚季风反而变强,冬季欧亚大陆中高纬度及东亚更容易出现严冬。”

有学者说,强震、火山喷发、CO2排放会导致气候变暖,这种理解是“盲人摸象”思维方式的结果[2]。对封闭系统而言,这些影响是局部的,且局部的影响会通过系统内部的动态调整达到一个新的平衡状态,不会改变在一个周期内全球气候变化的整体格局。

有学者认为,太阳活动有约11.2年的周期,你的第一条假设不成立。如果第一条假设不成立,也容易推理得出:如果太阳传递给地球-月球系统的能量有周期性(11.2年)的变化,说明太阳活动是影响地球系统气候变化的最重要因素,地球子系统内部的影响则不足为虑。文献[3]的观点与此一致,即太阳活动周期与全球气候变化有对应的规律性。但此观点仍需不断研究以证实。

对地球子系统(指大气圈、水圈和生物圈)而言,太阳是最重要的能量源泉,研究全球气候变化问题,不能舍本逐末,不能仅考虑局部而忽视整体,也不要忘记能量守恒定律。

写该博文的目的,不是强调我的观点一定正确,而是换个思路探讨全球气候变化的研究方法。希望关注气候变化的学者摒弃传统思维方式,换个角度思考问题,可能“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。若本文能起到一点儿抛砖引玉的作用,博主便深感欣慰了。

备注:欢迎有益的学术讨论,那怕拍砖也行,但不要无理谩骂或进行人身攻击。

 

参考

[1] 武炳义,苏京志,张人禾,秋—冬季节北极海冰对冬季西伯利亚高压的影响,科学通报,No.272011

[2] 北大教授称二氧化碳与全球变暖无确实因果关系

http://news.sina.com.cn/c/sd/2010-03-22/141219915628.shtml

[3] 俄罗斯少数派专家观点:太阳才是气候变化主因

http://www.weather.com.cn/index/lssj/01/376428.shtml



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