地球態(tài)變與全球氣候異常

雷仕湛 沈力 王慜超 戚婧媛

全球氣候異常

近幾年全球出現(xiàn)氣候異常，一些本來(lái)寒冷的地區(qū)變得溫暖了，甚至是高溫天氣；而一些本來(lái)溫暖的地區(qū)卻出現(xiàn)嚴(yán)寒天氣；一些地區(qū)本是雨量充沛的，卻出現(xiàn)嚴(yán)重旱災(zāi)。因?yàn)闅夂虍惓＃鄳?yīng)引起的各種自然災(zāi)害明顯增多，給人類(lèi)的生產(chǎn)和生活帶來(lái)了嚴(yán)重影響，也給生命財(cái)產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重?fù)p失，有關(guān)資料顯示，2021年自然災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)1700億美元（約合人民幣10 830億元），導(dǎo)致至少1075人死亡，約130萬(wàn)人流離失所。

氣候寒冷地區(qū)現(xiàn)高溫天氣，氣候溫暖地區(qū)現(xiàn)嚴(yán)寒天氣

歐洲 90%的人口居住在北緯 40°～56°之間，夏季時(shí)間短而且相對(duì)涼爽，但如今出現(xiàn)罕見(jiàn)的高溫干旱天氣，很多國(guó)家均出現(xiàn)了打破歷史記錄的高溫天氣，最高氣溫普遍超過(guò)40℃，其中意大利最高氣溫高達(dá)45℃；希臘曾一度出現(xiàn) 41℃的高溫天氣；塞浦路斯的氣溫高達(dá)43℃。向來(lái)以冷和冰封著稱(chēng)的北西伯利亞地區(qū)和北極地區(qū)的氣溫則出現(xiàn)32.2℃；在北極圈附近的一個(gè)名叫維爾霍揚(yáng)斯克的小鎮(zhèn)的氣溫還高達(dá)38℃，這是從來(lái)沒(méi)有過(guò)的事情，對(duì)于小鎮(zhèn)的居民來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)直不可思議。常年在零下幾十?dāng)z氏度的墨西哥小鎮(zhèn)，氣溫也突然達(dá)到了38℃。一些地區(qū)的氣溫則大大超出往年，氣溫異常高，加拿大不列顛哥倫比亞省的小鎮(zhèn)萊頓氣溫達(dá)到49.56℃，悉尼最高氣溫達(dá)47.3℃。摩洛哥出現(xiàn)43.4℃高溫，阿爾及利亞的撒哈拉沙漠地區(qū)最高氣溫達(dá)到51.3攝氏度，美國(guó)有些地方的氣溫也達(dá)到50℃，天空像是被灼燒了一樣?？仆氐臍鉁馗?，其首都科威特城的氣溫一度達(dá)到73℃，停在街邊的汽車(chē)都被烤化了。與此相反，常年處于熱帶雨林氣候的巴西，氣候溫和，冬季很少下雪，2021年7月29日，巴西33座城鎮(zhèn)卻出現(xiàn)異常強(qiáng)降雪，積雪厚度達(dá)到了1米。

夏天雪花飄飄，冬天溫暖如春

按照往日的觀念，不管生活在地球北半球或者南半球，氣候情況大致是冬天的氣溫低，還不時(shí)下雪；夏天的氣溫高，雨水充沛，這些是人類(lèi)長(zhǎng)期生活見(jiàn)證的氣候規(guī)律。然而，現(xiàn)在情況變化了，出現(xiàn)了各種異常現(xiàn)象。中國(guó)的三大火爐城市（南京、武漢、重慶）有一年夏天便出現(xiàn)“涼夏”的異常天氣，打破近百年來(lái)夏季最低溫記錄；更奇葩的是，俄羅斯莫斯科出現(xiàn)夏天下雪天氣；德國(guó)的巴伐利亞山區(qū)也曾上演過(guò) 7月飛雪的一幕，2004年7月11日，該地區(qū)的暴風(fēng)雨突然轉(zhuǎn)變成大雪，德國(guó)海拔最高的山峰很快就變成了覆蓋厚厚積雪的雪山， 降雪量達(dá)到10厘米；意大利東北部地區(qū)阿爾卑斯山在夏天也飄起過(guò)雪花。

冬季通常氣溫較低，一般會(huì)出現(xiàn)下雪天氣，河流、海面通常會(huì)結(jié)冰。但現(xiàn)在暖冬時(shí)有出現(xiàn)。有一年北京只有3天就到農(nóng)歷的“大雪”，但正午的氣溫卻一直保持在10℃以上，最高氣溫達(dá)19.5℃，突破了自1915年有氣溫記錄以來(lái)的最高紀(jì)錄，為多年同期平均溫度的4倍。此外，廣東、福建一些地區(qū)在冬天更是出現(xiàn)27℃以上的溫度，局部地區(qū)還達(dá)到30℃。

雨量充沛地區(qū)現(xiàn)嚴(yán)重旱災(zāi)，干旱地區(qū)現(xiàn)洪災(zāi)

臺(tái)灣島往年的年均降雨量高達(dá)2500 毫米，是世界平均降雨量的2.6倍，2021年初卻出現(xiàn)半個(gè)世紀(jì)以來(lái)罕見(jiàn)的旱情，在中南部多個(gè)水庫(kù)見(jiàn)底，曾經(jīng)“湖水碧綠”的日月潭土壤龜裂、雜草叢生，形成“大草原”，著名的景觀意象“九蛙疊像”也現(xiàn)出全身。

而以干燥的草原氣候和沙漠氣候?yàn)橹鞯奈鱽?，則出現(xiàn)反常的大雨天氣。2022年，屬于熱帶沙漠氣候的阿聯(lián)酋，竟然在盛夏時(shí)分被連續(xù)大暴雨澆出了洪澇災(zāi)害，沙漠干旱地區(qū)被過(guò)膝的大水淹沒(méi)?？仆匾渤霈F(xiàn)前所未有的強(qiáng)降雨，1小時(shí)的降雨量達(dá)到其全年降雨量的10%。伊朗接連兩次發(fā)生洪水，導(dǎo)致數(shù)十人死亡。阿富汗也發(fā)生了幾十年未遇的特大洪水，全國(guó)大約有1/4面積的地區(qū)受災(zāi)。也門(mén)中部和東部出現(xiàn)罕見(jiàn)的連續(xù)傾盆大雨，造成30年來(lái)最嚴(yán)重的洪水，300多人死亡，100多人失蹤，300多萬(wàn)人的生活受到嚴(yán)重影響。一直被干旱蹂躪的津巴布韋也受到洪水襲擊，一些道路、房屋及谷物被洪水沖毀。

氣候異常根源

現(xiàn)在，全球氣候異常已成世界各國(guó)廣泛關(guān)注的話題，也是關(guān)系到人類(lèi)命運(yùn)的重大問(wèn)題。全球氣候異常的原因有多種說(shuō)法，本文討論地球態(tài)變對(duì)全球氣候異常的影響。地球態(tài)變主要是指地球表面狀態(tài)變化和地球運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化，地球的這些變化將影響地球吸收的太陽(yáng)光能量、地球向大氣發(fā)散的能量以及其在空間分布的變化，相應(yīng)地引起地球大氣環(huán)流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和分布狀態(tài)的變化，從而導(dǎo)致氣候異常變化。造成地球表面狀態(tài)變化的主因是植被破壞，改變通過(guò)地球表面與大氣的能量交換狀況；造成地球運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的主因是地球物質(zhì)質(zhì)量遷移，改變地球物質(zhì)質(zhì)量分布狀態(tài)。造成這種狀況的因素有自然因素和人為因素，其中的人為因素是主要的。

植被破壞致氣候異常

地球表面狀態(tài)最顯著的變化是植被退化破壞。地球陸地表面分布著許多種植物群落，如森林、草原、灌木林等，眾所周知，地球能夠形成有相對(duì)穩(wěn)定的氣候環(huán)境，很大程度上是地球表面植被起的作用，假如地球演化過(guò)程中沒(méi)有植被，那么也不會(huì)有今天這種適于多種生物的生存環(huán)境。植被對(duì)氣候的反饋?zhàn)饔猛ㄟ^(guò)影響當(dāng)?shù)卮髿猸h(huán)流或通過(guò)生物地球物理、生物地球化學(xué)循環(huán)等方式，對(duì)大尺度環(huán)流造成影響，最終影響大尺度氣候變化，乃至全球氣候變化。事實(shí)上，植被對(duì)氣候的影響很早就被認(rèn)識(shí)到，植被形成的生態(tài)系統(tǒng)是地球上最具活力的生態(tài)系統(tǒng)，它具有極強(qiáng)氣候調(diào)節(jié)功能，這個(gè)系統(tǒng)的退化必然會(huì)反映到全球氣候變化上來(lái)。人們也發(fā)現(xiàn)，植被增加幅度明顯的地區(qū)，出現(xiàn)氣候異常的概率較小，異常程度也較低；而在植被增加幅度較小或植被退化的地區(qū)，出現(xiàn)氣候異常的概率較大，變化幅度也大。此外，有關(guān)氣象資料也顯示，干旱地區(qū)白晝的最高氣溫與當(dāng)?shù)氐闹脖蛔兓嬖诜聪蜿P(guān)系。我國(guó)南疆等地區(qū)近30年發(fā)生了較為明顯的植被退化，這里的氣候異常變化是比較劇烈的；沿長(zhǎng)江一線的區(qū)域，植被原先相對(duì)茂盛，但近30年也遭到一定程度的破壞，氣候異常情況也嚴(yán)重多了。

由于生產(chǎn)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的增加，植被在不斷地遭受到人為破壞，森林消失尤為嚴(yán)重。為了獲得更多的土地、木材資源，過(guò)度砍伐森林，造成森林面積大量減少。有關(guān)報(bào)道顯示，南美厄瓜多爾從1969年以來(lái)，有95%的森林面積被辟為油田、居民住宅用地等；中國(guó)海南省的自然森林覆蓋率也大幅減少，已經(jīng)從1950年代初的25.7%下降至1980年代初的7.2%；云南省西雙版納的自然森林覆蓋率在同期也由近60%下降至25%，平均每年下降2%。另?yè)?jù)有關(guān)資料顯示，世界熱帶森林已被砍伐44%，森林面積只剩下大約2670萬(wàn)公里2了，而且現(xiàn)在每年還在砍伐7.6～9.2公里2面積的森林，另外有大約10萬(wàn)公里2面積的森林遭受到嚴(yán)重破壞。相應(yīng)的，出現(xiàn)氣候異常的頻率在增加。

地球物質(zhì)質(zhì)量遷移致氣候異常

地球大氣圈、水圈、生物圈及巖石圈這四大圈層的變化都與地球自轉(zhuǎn)速度變化有密切的關(guān)系，相應(yīng)導(dǎo)致地面和大氣的熱能量收支狀況變化，從而影響氣候變化。地球自轉(zhuǎn)速度對(duì)于大氣和海洋環(huán)流有決定性的作用，因此自轉(zhuǎn)速率的變化必然會(huì)影響到氣候變化。地球自轉(zhuǎn)速度變化與全球溫度變化存在強(qiáng)正相關(guān)性，利用地球自轉(zhuǎn)速度變化與全球年均氣溫?cái)M合模型建立線性回歸方程，能夠比較準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)全球年平均溫度。地球自轉(zhuǎn)速率的變化也促使形成厄爾尼諾現(xiàn)象（發(fā)生在熱帶太平洋大范圍海溫異常增暖的一種氣候現(xiàn)象），與全球大氣環(huán)流和許多地區(qū)的氣候異常有重大聯(lián)系。同時(shí)，地球自轉(zhuǎn)速率的變化也直接影響大氣和海洋內(nèi)部的振蕩，在一定條件下還可以形成超低頻振蕩，從而影響全球氣候的演變。

地球的自轉(zhuǎn)速率變化通常也稱(chēng)日長(zhǎng)變化。美國(guó)航空航天局的測(cè)量結(jié)果顯示，現(xiàn)在地球每天的時(shí)間都比前一天延長(zhǎng)1/700 秒，即每過(guò)一年，一天的時(shí)間就要延長(zhǎng)0.5 秒，每過(guò)1個(gè)世紀(jì)，大約延長(zhǎng)1分鐘。

科學(xué)家也研究了人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速率變化的問(wèn)題，研究顯示，地球自轉(zhuǎn)速率變化與地球本身的物質(zhì)質(zhì)量分布變化以及對(duì)地球施加額外作用力有著密切關(guān)系。人類(lèi)在地球上的一些生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)是在明顯地改變著地球的物質(zhì)質(zhì)量分布，如攔截河流蓄水建電站、圍海造田、開(kāi)挖煤碳、開(kāi)采石油、建造群立摩天大樓等。水力發(fā)電站是重要的能源，于是許多河流上都構(gòu)筑大壩蓄水，河流上游水位大幅度升高，而下游水位大幅度下降。河流水位變化以及引入建壩的建筑材料，顯然改變了地球質(zhì)量分布。美國(guó)從1930年代開(kāi)始對(duì)田納西河進(jìn)行多元開(kāi)發(fā)利用，建造水電站等，經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)，在田納西河上已建成了35個(gè)大水庫(kù)和8個(gè)小水庫(kù)，水力發(fā)電廠達(dá)49個(gè)。科學(xué)家計(jì)算過(guò)，每年有4萬(wàn)噸“宇宙灰塵”落在地球上，這些灰塵大部分雖可以返回宇宙空間，但仍有一部分留在地球表面，使地球的重量增加。根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)角動(dòng)量守恒定律，這也會(huì)導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。如此多水電站工程的土石方挖填、混凝土澆筑、鋼材使用等，搬動(dòng)的物質(zhì)質(zhì)量比起宇宙灰塵就重得多了。有資料顯示，世界各國(guó)大建水電站對(duì)氣候真的是產(chǎn)生了影響。

圍海造地是另外一項(xiàng)改變地球物質(zhì)質(zhì)量分布的重要活動(dòng)，這是用土石、建筑垃圾、工程組件等，將陸地、島嶼，甚至島礁沿邊緣填埋成新的陸地。世界多國(guó)都有向大海要地的情況，荷蘭自13世紀(jì)起就開(kāi)始大規(guī)模圍海填地，如今荷蘭國(guó)土面積的20%是人工填海造出來(lái)的，丘陵都被挖去填海了。日本早在11世紀(jì)就有了填海造地的歷史記錄，二戰(zhàn)后日本大規(guī)模填海造地的情況更為普遍，1945—1975年，日本政府圍海造地達(dá)11.8萬(wàn)公頃。

煤碳、石油等從一個(gè)地方開(kāi)挖出來(lái)，搬運(yùn)到其他地方，相當(dāng)于把一座座山或者一個(gè)個(gè)湖泊搬到別處，這也是改變地球物質(zhì)質(zhì)量分布的重要方面。眾多摩天大樓拔地而起，也改變了地球的物質(zhì)質(zhì)量分布。

地球受額外作用力致氣候異常

地球受額外作用力，自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)速度發(fā)生變化，也將引起氣候異常變化。給地球施加額外作用力的行為也有不少，地下核爆炸就在地球內(nèi)部產(chǎn)生巨大作用力，促使地球質(zhì)量分布發(fā)生變化，并引起地球震動(dòng)，誘發(fā)地球自轉(zhuǎn)速度變化。發(fā)射太空飛行器、導(dǎo)彈和發(fā)展高速列車(chē)等活動(dòng)，也將引起地球自轉(zhuǎn)速度變化。太空飛行器、導(dǎo)彈等在發(fā)射的時(shí)候?qū)Φ厍虍a(chǎn)生的巨大反作用力，將改變地球的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，相應(yīng)地改變著地球的自轉(zhuǎn)速率。我們注意到一個(gè)事實(shí)，最近20年來(lái)世界發(fā)射的航天器數(shù)量在不斷增加，2000年發(fā)射的次數(shù)是5次，2018年是114次，2021年是144次，并且主要是在北半球發(fā)射的；而去年的氣候異常情況比往年嚴(yán)峻，北半球比南半球嚴(yán)峻。

地球表面粗糙度變化致氣候異常

地球極移也是引起氣候異常的主要因素之一。地球自轉(zhuǎn)軸相對(duì)于地球本體的位置發(fā)生變化，這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為地極移動(dòng)，簡(jiǎn)稱(chēng)極移。地極不斷地移動(dòng)會(huì)引起地球的離心力位勢(shì)及其分力在空間和時(shí)間上發(fā)生變化，也將引起大氣質(zhì)量輸送發(fā)生變化，于是氣壓場(chǎng)和各大氣活動(dòng)中心的強(qiáng)度和位置也將產(chǎn)生相應(yīng)的變化，導(dǎo)致大氣環(huán)流變化，即氣候出現(xiàn)異常變化。有關(guān)資料顯示，極移與氣候變化的確有關(guān)系，如極移振幅增高，亞歐中緯地區(qū)的經(jīng)向環(huán)流指數(shù)增強(qiáng)，緯向環(huán)流指數(shù)減弱，副高點(diǎn)偏南，中緯地區(qū)海洋向大陸輸送的水汽減少，于是降雨量將減少，冬季氣溫也降低。科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，厄爾尼諾現(xiàn)象也與極移有關(guān)。

引起地球產(chǎn)生極移的一個(gè)主要因素是地球表面的粗糙度發(fā)生變化。人類(lèi)的一些生產(chǎn)和生活活動(dòng)改變著地球表面的粗糙度，導(dǎo)致其對(duì)太陽(yáng)光的反射率不同。我們知道，光輻射對(duì)被照射物體會(huì)產(chǎn)生壓力，稱(chēng)為光壓。地球任一緯度帶內(nèi)的光照射面上受到的太陽(yáng)光壓，與該緯度帶內(nèi)所含的光照射面的面積、該緯度帶中心點(diǎn)所處的緯度以及該緯度帶內(nèi)地球表面的光學(xué)反射率有關(guān)，而地球表面的反射率與地表面的粗糙度有關(guān)。人類(lèi)在地球表面建設(shè)的各種形態(tài)和大小的建筑物、堆積的各種建筑材料和礦物材料，改變了地球表面的粗糙度；此外，在地面上開(kāi)挖的各種尺寸大小和深淺不同的渠道、湖泊，土地沙漠化、城市化、森林砍伐、植被破壞等，也改變了地球表面的粗糙度，相應(yīng)地改變了地球不同地區(qū)對(duì)太陽(yáng)輻射的反射率不同，它們受到的光壓相應(yīng)不同，驅(qū)動(dòng)地球作極移運(yùn)動(dòng)。

合力應(yīng)對(duì)全球氣候異常

控制地球態(tài)變，并不是某個(gè)人或者某個(gè)國(guó)家所能及；地球的氣候異常所帶來(lái)的災(zāi)難，也不是某個(gè)人或者某個(gè)國(guó)家能單獨(dú)承受。因此，為了避免氣候異常變化，讓人類(lèi)有一個(gè)舒適穩(wěn)定的氣候環(huán)境，需要全人類(lèi)共同努力應(yīng)對(duì)，建議氣候組織除了對(duì)溫室氣體減排做出規(guī)范之外，對(duì)上述各種會(huì)影響地球態(tài)變的生產(chǎn)和生活活動(dòng)也做出必要的規(guī)范，以期控制地球的態(tài)變，避免氣候異常變化。

[1]申文斌， 張振國(guó). 利用空間大地測(cè)量數(shù)據(jù)探測(cè)地球膨脹效應(yīng). 測(cè)繪科學(xué)， 2008， 33（3）： 5-6.

[2]魏二虎， 李巖林， 等. 地球自轉(zhuǎn)速度變化與全球氣溫變化的相關(guān)性研究. 測(cè)繪地理信息， 2021， 46（6）： 1-7.

[3]雷仕湛， 屈煒. 地球危機(jī)——中國(guó)的應(yīng)對(duì). 上海： 復(fù)旦大學(xué)出版社， 2021.

關(guān)鍵詞：氣候異常變化 極端氣候 氣候變暖 地球態(tài)變 ■