地球气温变化及其主要原因

男人的余味偷

（修订稿 – 19）
1. 引言
2. 地球大气层的热效应
3. 地球气温变化的基本规律
4. 地球气温变化的主要原因
5. 温室气体排放不是地球气温变化的主要原因
6. 结论和建议
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1.引言
地球是我们生存的家园。地球周围的一层厚厚的气态物质，被称为地球的大气层。地球周围的大气层，不仅是保护我们人类以及其他一切生灵，免遭太阳紫外线辐射伤害的安全屏障，而且还是地球的天然保温层。
火星上有一层薄薄的大气层，其表面平均温度大约为 -47℃左右，比冰箱冷冻室的温度还要低。金星上有一层厚厚的大气层，其表面的平均温度为462℃，比烘箱里面的温度还要高。金星是太阳系中最热的一颗行星。
我们的地球大气层的厚度适中，为我们地球上的人类和其他一些生物，提供了一个适宜生存的温度环境。
2．地球大气层的热效应
如果没有大气层，那么我们的地球的表面温度大约为零下19℃左右， 比现在的地表平均温度（15℃） 要低34℃。如果地球没有大气层的存在，那么地球表面，将是一个冰冷的世界，包括我们人类在内的一切生物，都将难以生存。
幸运的是，由于地球大气层的存在，地球表面的平均温度维持在15℃左右。地球大气层，为我们人类及其它一切生物，提供了一个最适宜生存和发展的气温环境。地球大气层的这种升温保温功能，科学家们称之为大气层的热效应。
大气层热效应的概念，最早是由法国科学家，让· 巴普蒂斯·约瑟夫·傅立叶 （1768 - 1830）提出来的。、
大气热效应，已经是大气物理学上的标准术语。但是后来，某些专家们，莫名其妙地把大气层的热效应，改称为大气温室效应。实际上，大气热效应的产生机理，与人工温室的热效应的产生机理是完全不一样的。用大气温室效应替代大气热效应的做法，十分不妥。大气温室效应的说词，不是经典气候学的标准术语，也不是科学家们的共识，而是气候变暖论者的一家之言。
3. 地球气温变化的基本规律
地球上的气温，不会持续不断地升高，也不会持续不断地降低。波动式的变化，是地球气温变化的基本规律。
众所周知，现在地球表面的平均气温约为15℃。在地球气候最冷的时期，地表平均气温比现在约低7-9℃；在地球气候最温暖的时期里，地球平均气温比现在约高8-12℃。地球气温波动的最大范围是：9℃ + 12℃= 21℃。
政府间气候变化专门委员会（IPCC）提出：在过去100多年里，地球平均气温上升了的0.6℃。地球气温正在持续不断的升高，地球气候正在变暖。
与地球气温的21℃的自然波动范围相比，0.6℃的温度升高，可谓小巫见大巫，微不足道。0.6℃的温度升高，不足以成为地球气候变暖的充分证据。IPCC 忽略了地球气温自然波动的范围。（图 1 和图 2）

图 1. 过去2000年地球气温变化的趋势

图 2. 过去3000年中国气温变化的趋势
4. 地球气温变化的主要原因
影响地球大气气温变化的主要原因是：（1）太阳辐射对地球气温的影响（2）地理纬度对地球气温的影响（3）海拔高度对地球气温的影响（4）大气水汽对地球气温的影响（5）森林植被对地表气温的影响。（6）海洋水面对地球气温的影响


4.1. 太阳辐射对地球气温的影响
影响地球气温变化的最主要因素是太阳的热辐射。太阳的热辐射越强，地球气温越高。反之，太阳的热辐射越弱，大气气温越低。
太阳黑子活动，有一个11年的活动周期。在黑子活动期间。太阳的热辐射强度大大增强，地球气温也会随之升高。黑子活动静止期，太阳热辐射减弱，地球接受的太阳热辐射减少，地球气温降低

图 3. 太阳热辐射的增强导致地球气温升高
Figure 1. The Sun is a hot fireball
Source: https://cn.bing.com/images/search?q=ImageHoverTitle&form=IQFRML&first=1)


4.2．地理纬度对地球气温的影响
地理纬度的差异是造成气温高低的根本原因，也是气候形成的根本原因。比如南北回归线之间，一年有两次太阳直射，接受的太阳辐射多，气温较高，是热带；两极接受的太阳辐射少，气温低，非常寒冷，是寒带；介于两者之间的中纬度地带，接受的太阳辐射介于二者之间，气温也介于二者之间，属于温带。
4.3. 海拔高度对地球气温的影响
地球的气温，随海拔高度的升高而降低，冰雪覆盖的山峰也清晰地显示出高处的寒冷。白天大气变暖，气温上升，并不是因为空气直接吸收了太阳光短波辐射热量的结果。空气分子是几乎不吸收波长比较短的太阳光线的热量的，而是由地面吸收了太阳短波辐射热量，升高地面温度后，再通过对流辐射等方式，由地面再增热大气。夜间气温降低，也不是空气直接向宇宙太空辐射热量的结果，而是由于地面向宇宙空间放射散失长波辐射的热量而冷却，大气与冷却的地上接触，将自身热量渐渐传给地上而逐步降低气温。
此外，还有坡向的影响。在北半球，时节、同、日子里山南山北气候不一般，山南暖，而山北冷。常常悔恨春天已归去，再无寻觅处，竟然不知道平地的春色移到了高山之上。白居易没有继续攀登，如果继续往上攀登，还会看到山顶的冬天。也许山顶一年只有冬天，即使平地进入盛夏季节，山顶也许仍是寒风刺骨，白雪皑皑；青藏高原等雪线以上区域正是这种情况。高原上大气薄、密度小，海拔1500米高山上的大气减薄了15%，海拔3000~3100米高山上减薄了30%，海拔5500米高山上减薄了50%。大气的变薄，对于太阳光线来说，到达地面的路途上损耗固然要减少一些，但是减少得很有限。可是因为大气变薄，大气中的水汽和云也少了，地面向宇宙空间以长波辐射而散失的热量却大大增加。所以随着海拔高度的增加，气温是逐渐降低的。如果山再高些，夏季就不是凉爽，而是寒冷了。
4.4. 大气水汽对于地球气温的影响
大气中的水汽含量的增加，导致云层的形成和加厚，致使阳伞效应加剧，地表接受的太阳辐射能减少，从而进一步降低大气温度。、
4.5. 地表森林植被对于地表气温的影响
为什么人们置身于树荫下，或者森林里会感到凉爽呢？首先，森林是一把天然的“遮阳伞”。成片森林冠层的树叶和枝干通过反射和吸收大部分太阳辐射，减少到达地面的热量，使得森林内部气温明显低于林外区域。不同高度和密度的林冠层对太阳辐射的削弱能力不同，导致林下的气温有所差异。
4.6. 海洋对地球气温的调节作用
地球的大气是从地表的热辐射中获得热量的。地表是辐射热能的储存器，而占地表面积71％的海洋自然就成为大气热量的主要提供者。据计算，若把全球海洋100米厚的水层温度降低1℃，其所放出的热量将使大气温度升高60℃。可见，海洋水温度的变化对大气温度的变化，可以产生极其深刻的影响。
由于地面和大气全年从太阳辐射中所获得的热量很不均衡，春、夏两季获得的热量多于失去的热量，春季平均多为0.052卡/厘米2· 分，夏季平均多为0.072卡/厘米2· 分；而秋冬两季获得的热量又少于失去的热量，秋季平均亏损0.044卡/厘米2·分，冬季平均亏损0.085卡/厘米2·分。这样，海洋水就可以把春夏两季储存的热量用于补偿秋冬两季的亏损，它在季节调节过程中所起的主导作用，使海水温度变化比较平缓。而辽阔的海洋水面，庞大的海洋水体，其热容量又比土壤大2～3倍，比岩石大5～7倍，比空气大3000多倍，加之海水温度的变化比陆地温度变化要小得多，使海洋上空的气温变化比陆地上空的气温变化也缓慢得多。因此，海水对大气温度起着明显的调节作用。
4.7. 水体相位变化对环境气温的影响
在自然界里， 水体的形态通常有三种，即液态、固态和气态。三种形态之间的转变，称之相变（Phase transition）。相变的形式主要包括汽化、液化，凝固，升华和凝华等。水体在相变化过程中吸收或释放的热量，称为相变热(heat of phase change)。
（1）汽化（水变汽）
水体由液态到气态的相变化过程，叫做汽化（Vaporization）。水的汽化形式有两种：一种叫做蒸发，另一种叫做沸腾。
在常温常压条件下，液体水受热后变为气体上升，叫做蒸发（Vaporization）。在沸点温度条件下，液体水变为气体上升的现象，叫做沸腾（Boiling）。物质的蒸发和沸腾，都是一个吸热过程，导致环境温度的降低。
水的蒸发热是574卡/克。也就是说，在常温下，一克水要汽化成水蒸气，需要吸收574卡热量。温度低于沸点时，
（2）融化（冰变水）
冰雪从固态转变为液态水的过程或现象，叫做融化。冰雪的融化过程是一个吸热的过程，它需要吸收大量的热量才能完成状态转变。这些热量来自周围的环境，包括土壤、建筑物以及空气本身。冰雪融化，导致环境温度降低。人们常说的 “下雪不冷，化雪冷”，就是这个道理。
（3）凝固（水结冰）
物质从液态变成固态的现象或过程叫做凝固（Clot）。物质的凝固是一个放热反应。 当液态的水变成固态的冰时，会释放出热量。在一个标准大气压下，水结冰的过程会释放出334焦耳/摩尔（或80卡路里/摩尔）的热量。这种热量提高了环境温度。
（4）升华（冰变汽）
物质由固态直接变成气态的过程或现象，叫做升华（Sublimation）。
雪花形成于高空，在降落的过程中，它们也可能经由固态直接变成气态的过程，这一过程，称之升华。升华是一个吸热过程，也会消耗热量，从而导致环境温度的减低。
（5）凝华（汽变冰）
气态物质不经过液化，直接变成固体的过程或现象，叫做凝华（Deposition）.
下雪时，空气中的水汽直接由气态变为固态的过程，被称为凝华。当水汽凝华成雪花时，会释放热量到周围环境中。这就是为什么在下雪的时候人们往往不会觉得特别寒冷，因为凝华过程中放出的热量会使周围的空气温度略微上升。
5. 温室气体排放不是地球气温升高的主要原因
IPCC提出，地球气候正在变暖。温室气体排放是地球气候变化的主要原因，而人类活动排放的二氧化碳是导致地球 气候变暖的最主要原因。
研究证明，温室气体排放不是地球气候变化的主要原因，而人类活动排放的二氧化碳更不是导致地球气候变暖的最主要原因。同样道理，温室气体排放也不是地球气温变化的主要原因，而人类活动排放的二氧化碳也不是导致地球气温升高的最主要原因。
6. 结论和建议
（1）地球气温不会持续不断地升高，也不会持续不断地降低；气温波动式的交替变化，是地球气温变化的基本规律。
（2）现在地球表面的平均气温约为15℃。在地球气候最冷的时期，地表平均气温比现在约低7-9℃；在地球气候最温暖的时期里，地球平均气温比现在约高8-12℃。地球气温波动的最大范围是：9℃ + 12℃= 21℃。IPCC提出的0.6℃的温度升高，远远没有超过地球气温波动的最大范围，不足以说明地球气候正在变暖。
（3） 研究证明，温室气体排放不是地球气温变化的主要原因，而人类活动排放的二氧化碳也不是导致地球气候变暖的最主要原因。同样道理，温室气体排放不是地球气温变化的主要原因，而人类活动排放的二氧化碳也不是导致地球气温升高的最主要原因。
（4）影响地球气温变化的最主要原因是太阳辐射。太阳辐射的变化，是影响地球气温变化的最直接原因。太阳辐射增强，导致地球气温上升；反之，地球气温降低。
（5）在气候变化问题上，我们建议政府领导人不要仅仅听取气候变暖论者的一家之言，还要耐心地听一听反对者的声音。
作者简介：
杨新兴 （1940 - ），男，汉族，河北省任县岭南村人。中国环境科学院 气候中心， 研究员，研究方向：大气环境，大气物理，气候变化。
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