溫室效應新知

匡耀求

“辦法總比困難多”，“有問題就有解決問題的辦法”，這是我們面對困難時應有的態(tài)度。但是，如果在人類開發(fā)利用地球資源的時候也這么想，那就可能要出問題了。

熱力學中有一個著名的熵增原理指出，任何自發(fā)過程總是朝著無序程度增加的方向進行，要使過程朝著有序的方向進行，必須施加額外的能量。熵增原理告訴我們，要恢復在開發(fā)中破壞(或污染)了的生態(tài)環(huán)境，必須付出比當初開發(fā)獲得的收益更大的代價。

防患于未然

全球氣候劇變已在眼前，這和我們?nèi)祟惢顒訉е碌臏厥倚鰪娪惺裁搓P(guān)系?溫室效應增強如何引發(fā)氣候變化呢?

工業(yè)革命以前的40萬年間，地球大氣中二氧化碳濃度約為180ppmv～280ppmv(每百萬升空氣中二氧化碳的升數(shù))，但自工業(yè)革命以來，由于大量燃燒礦物燃料，大氣中二氧化碳濃度急劇上升，到2004年已達到379ppmv。據(jù)政府間氣候變化專門委員會(IPCC)預計，如果不加控制，到2100年這個濃度將達到650ppmv～970ppmv。

溫室效應會使地表溫度升高，這個道理很多人都明白，但是溫室效應對我們居住的這個地球表面溫度的貢獻到底有多大卻并沒有真正弄清楚。

地球曾經(jīng)是一個熾熱的星球，在46億年前的地球，表面到處流淌著巖漿，溫度超過1000℃，38億年前地球表面才開始有液態(tài)水，這時的地表溫度在100℃左右，盡管當時的大氣二氧化碳濃度很高，溫室效應很強，但是地表的溫度一直在緩慢下降，到了6億年前地球的海洋才出現(xiàn)軟體動物，這時地表的平均溫度應該已下降到6012以下，4億年前地球上才開始有植物，這時地表的平均溫度可能下降到了40℃左右，可能到3億年前，地表的平均溫度才下降到30℃以下，最近有研究表明，1億多年前的白堊紀中期，地球的平均溫度為23～25℃。

當然，隨著地球表面的冷卻和固化，地球內(nèi)部熱量的釋放就會變得越來越不均勻，時間上的冷暖交替和空間上的冷熱不均越來越明顯。因此，從8億年前以來，地球上就出現(xiàn)了冰期和間冰期的冷暖交替變化。但是地球內(nèi)部始終是熾熱的，至今仍有熱流源源不斷地從地球內(nèi)部向地表散發(fā)，目前的平均大地熱流(指單位時間通過單位地球表面散失的熱量)為63mW／m²，顯然地球內(nèi)部溫暖的心臟對維持地球表面較高的溫度是有一定貢獻的。我們的研究表明，大地熱流每增加約5mW／m²可使地表溫度升高1℃。目前來自地球內(nèi)部的熱流足以使地球表面的平均溫度升高12．612，把地球看作黑體而估算出的數(shù)字是溫室效應使地表溫度提高33℃，那么過去的溫室效應對地球表面溫度的貢獻就只有20．4℃。

如果沒有地球內(nèi)部上傳的熱流，在沒有太陽輻射的冬季夜晚，溫室效應的作用也非常有限，地表最低溫度將要比目前觀測到的最低溫度低得多。溫室氣體就好像一個被窩，但最好的被窩，如果沒有入睡在里面，它也是冷被窩。地處云貴高原的昆明市為什么冬暖夏涼、四季如春?主要就是因為其大地熱流較高，絕不是因為其溫室效應強。昆明的大地熱流比全球平均大地熱流高出30％多。

溫室效應增強是怎樣引發(fā)氣候變化的?

地球的大氣由78％的氮氣、21％的氧氣及總量約1％的其他氣體(其中包括約0．03％的二氧化碳)構(gòu)成，這些氣體最重要的一個特性就是熱脹冷縮。地球大氣的運動主要是下墊面熱力分布的不均勻性驅(qū)動的，較熱的地面加熱其上方的空氣使得熱空氣膨脹上升，周圍的相對較冷空氣為填補熱空氣上升騰出的空間而出現(xiàn)空氣的橫向流動，而冷空氣流失的地方則有高空的冷空氣下沉來填補空間，結(jié)果在熱的下墊面上方形成上升氣流，在冷的下墊面上方出現(xiàn)下沉氣流。

在沒有人類活動影響的情況下地球大氣層的二氧化碳經(jīng)過長期的對流混合，并在地球生態(tài)系統(tǒng)長期響應過程中達到平衡，濃度較低而且是近乎均勻的，工業(yè)革命前濃度長期維持在280ppmv左右，各地的溫室效應強度較弱而且是近乎一致的，各地近地表大氣層的溫度格局主要與大氣系統(tǒng)下墊面(即地表)的熱力景觀特征有關(guān)。

由于溫室效應較弱，近地表大氣層溫度較低，地表熱力景觀(指地球表面不同區(qū)域溫度高低不同而形成的溫度高低起伏在地面的分布格局)的自然起伏很清楚，大氣系統(tǒng)的運動和變化主要與地表熱力景觀特征的變化有關(guān)。隨著時間的演變，來自地球內(nèi)部的熱流(大地熱流)的空間分布在一定程度上決定了地球陸地表面的熱力景觀特征，比如在大范圍的高熱流區(qū)域形成大氣低壓系統(tǒng)，常年由上升氣流主導而降水充沛：在大范圍的低熱流區(qū)域形成大氣高壓系統(tǒng)，常年由下沉氣流主導而干旱少雨。當大氣中二氧化碳濃度急劇升高時，由于溫室效應較強，近地表大氣層溫度有明顯的提高，地表熱力景觀的自然起伏將逐步被掩蓋。原來長期形成的高低壓系統(tǒng)發(fā)生改變或季節(jié)性改變，這種改變達到一定程度就會引發(fā)氣候變化。

下墊面相對較冷的地區(qū)，區(qū)域大氣層的溫度及大氣溫度的分層完全由溫室效應和太陽輻射強弱所決定，由于不同高度的大氣層接受的太陽輻射熱量不同，不同高度的大氣層溫度有明顯的不同，大氣分層較明顯，大氣的運動主要表現(xiàn)為水平運動，因而不利于形成降水，下墊面相對較熱的地區(qū)，區(qū)域大氣層的溫度，雖然在白天，特別在夏季的白天也主要由溫室效應和太陽輻射強弱所決定，但到了夜晚，特別是冬季的夜晚，則由于較熱的下墊面驅(qū)動較熱的氣流上升，而周圍較冷的氣流下降，使得區(qū)域大氣的垂直對流運動增強，有利于形成降水。對于陸地而言，在沒有人類活動干預前，大地熱流的高低決定了下墊面溫度的高低。

大地熱流形成的地表熱力景觀在一定程度上影響降水的分布。

溫室效應還不足以掩蓋地表熱力景觀中強烈的異常，可是一些比較弱的異常卻容易被掩蓋。比如在溫室效應比較弱的時候，廣東省的降水分布有明顯的三個峰值區(qū)域，年均降雨量大于2000mm，即陽江—恩平一帶、清遠—佛岡—龍門一帶，海豐—豐順——帶，這三個地帶也是廣東省大地熱流最強的地帶，是溫泉分布最多的區(qū)域，可以認為地熱形成的地表熱力景觀在一定程度上影響了廣東省降水的分布。但是隨著溫室氣體排放量的不斷增加，珠江三角洲地區(qū)溫室效應和城市熱島效應逐步增強，在2003年以來廣東省降水量出現(xiàn)了明顯的減少，2003年和2004年連續(xù)兩年全省降水量比多年平均降水量少20％以上，同時，降水分布也出現(xiàn)了明顯的變化，靠近珠江三角洲的清遠—佛岡—龍門一帶的降水峰值區(qū)南移到了溫室效應和城市熱島效應最強的廣州市和東莞市一帶。顯然，溫室效應形成的地表熱力景觀在——定程度上影響了降水的分布。

人類行為增強溫室效應

溫室效應增強導致了地表各類景觀的溫度發(fā)生了改變。以廣東省東莞市北部水鄉(xiāng)河網(wǎng)地區(qū)為例。該區(qū)域在1989年至1995年期間興建了大量的水泥廠。1998年水泥生產(chǎn)能力達到693萬噸／年，生產(chǎn)1噸水泥共釋放二氧化碳0．244噸，全年僅水泥生產(chǎn)就排放二氧化碳169萬噸，加上汽車、輪船運輸、燃油及人口和動物呼吸排放的二氧化碳以及該區(qū)域南北兩側(cè)廣州黃埔電廠和東莞沙角電廠排放的二氧化碳，使得該區(qū)域1998年的溫室效應比1988年顯著增強。從美國陸地衛(wèi)星Landsat在1988年和1998年冬季分別為該地區(qū)拍攝的TM圖像上可以看到，該地區(qū)地表各類景觀的溫度圖像發(fā)生了明顯的改變，這就是溫室效應增強的力量。局部溫室效應的增強還會造成干旱天氣出現(xiàn)頻率增大，尤其是當溫室效應導致區(qū)域年平均溫度升高1—2℃時，

溫室效應顯著增強的地區(qū)氣候改變明顯?，F(xiàn)在的人類活動正在不斷增加二氧化碳的排放，同時還破壞了自然界植被吸收二氧化碳的能力，使得每年向大氣系統(tǒng)排放的二氧化碳總量不斷增加。在開闊平原地區(qū)的大氣系統(tǒng)中，排放的二氧化碳會很快進入全球大氣循環(huán)，不會很快導致當?shù)氐臏厥倚@著增強，但對于像珠江三角洲這類四周是被山脈包圍的盆地，大氣環(huán)境呈半封閉狀態(tài)，二氧化碳排放量的急劇增加會導致在當?shù)氐臏厥倚@著增強。這從廣州市的氣溫觀測記錄可以得到明確的反映，珠江三角洲地區(qū)的溫室效應已經(jīng)非常強烈，已經(jīng)跨越了導致降水分布格局改變和造成干旱天氣出現(xiàn)頻率增大的臨界狀態(tài)。2003年和2004年廣東省持續(xù)兩年多的干旱很可能就是溫室效應增強的結(jié)果。

[責任編輯]唐宇