温室效应新知

“办法总比困难多”，“有问题就有解决问题的办法”，这是我们面对困难时应有的态度。但是，如果在人类开发利用地球资源的时候也这么想，那就可能要出问题了。

　　热力学中有一个著名的熵增原理指出，任何自发过程总是朝着无序程度增加的方向进行，要使过程朝着有序的方向进行，必须施加额外的能量。熵增原理告诉我们，要恢复在开发中破坏(或污染)了的生态环境，必须付出比当初开发获得的收益更大的代价。

　　

　　防患于未然

　　

　　全球气候剧变已在眼前，这和我们人类活动导致的温室效应增强有什么关系?温室效应增强如何引发气候变化呢?

　　工业革命以前的40万年间，地球大气中二氧化碳浓度约为180ppmv～280ppmv(每百万升空气中二氧化碳的升数)，但自工业革命以来，由于大量燃烧矿物燃料，大气中二氧化碳浓度急剧上升，到2004年已达到379ppmv。据政府间气候变化专门委员会(IPCC)预计，如果不加控制，到2100年这个浓度将达到650ppmv～970ppmv。

　　温室效应会使地表温度升高，这个道理很多人都明白，但是温室效应对我们居住的这个地球表面温度的贡献到底有多大却并没有真正弄清楚。

　　地球曾经是一个炽热的星球，在46亿年前的地球，表面到处流淌着岩浆，温度超过1000℃，38亿年前地球表面才开始有液态水，这时的地表温度在100℃左右，尽管当时的大气二氧化碳浓度很高，温室效应很强，但是地表的温度一直在缓慢下降，到了6亿年前地球的海洋才出现软体动物，这时地表的平均温度应该已下降到6012以下，4亿年前地球上才开始有植物，这时地表的平均温度可能下降到了40℃左右，可能到3亿年前，地表的平均温度才下降到30℃以下，最近有研究表明，1亿多年前的白垩纪中期，地球的平均温度为23～25℃。

　　当然，随着地球表面的冷却和固化，地球内部热量的释放就会变得越来越不均匀，时间上的冷暖交替和空间上的冷热不均越来越明显。因此，从8亿年前以来，地球上就出现了冰期和间冰期的冷暖交替变化。但是地球内部始终是炽热的，至今仍有热流源源不断地从地球内部向地表散发，目前的平均大地热流(指单位时间通过单位地球表面散失的热量)为63mW／m²，显然地球内部温暖的心脏对维持地球表面较高的温度是有一定贡献的。我们的研究表明，大地热流每增加约5mW／m²可使地表温度升高1℃。目前来自地球内部的热流足以使地球表面的平均温度升高12．612，把地球看作黑体而估算出的数字是温室效应使地表温度提高33℃，那么过去的温室效应对地球表面温度的贡献就只有20．4℃。

　　如果没有地球内部上传的热流，在没有太阳辐射的冬季夜晚，温室效应的作用也非常有限，地表最低温度将要比目前观测到的最低温度低得多。温室气体就好像一个被窝，但最好的被窝，如果没有入睡在里面，它也是冷被窝。地处云贵高原的昆明市为什么冬暖夏凉、四季如春?主要就是因为其大地热流较高，绝不是因为其温室效应强。昆明的大地热流比全球平均大地热流高出30％多。

　　

　　温室效应增强是怎样引发气候变化的?

　　

　　地球的大气由78％的氮气、21％的氧气及总量约1％的其他气体(其中包括约0．03％的二氧化碳)构成，这些气体最重要的一个特性就是热胀冷缩。地球大气的运动主要是下垫面热力分布的不均匀性驱动的，较热的地面加热其上方的空气使得热空气膨胀上升，周围的相对较冷空气为填补热空气上升腾出的空间而出现空气的横向流动，而冷空气流失的地方则有高空的冷空气下沉来填补空间，结果在热的下垫面上方形成上升气流，在冷的下垫面上方出现下沉气流。

　　在没有人类活动影响的情况下地球大气层的二氧化碳经过长期的对流混合，并在地球生态系统长期响应过程中达到平衡，浓度较低而且是近乎均匀的，工业革命前浓度长期维持在280ppmv左右，各地的温室效应强度较弱而且是近乎一致的，各地近地表大气层的温度格局主要与大气系统下垫面(即地表)的热力景观特征有关。

　　由于温室效应较弱，近地表大气层温度较低，地表热力景观(指地球表面不同区域温度高低不同而形成的温度高低起伏在地面的分布格局)的自然起伏很清楚，大气系统的运动和变化主要与地表热力景观特征的变化有关。随着时间的演变，来自地球内部的热流(大地热流)的空间分布在一定程度上决定了地球陆地表面的热力景观特征，比如在大范围的高热流区域形成大气低压系统，常年由上升气流主导而降水充沛：在大范围的低热流区域形成大气高压系统，常年由下沉气流主导而干旱少雨。当大气中二氧化碳浓度急剧升高时，由于温室效应较强，近地表大气层温度有明显的提高，地表热力景观的自然起伏将逐步被掩盖。原来长期形成的高低压系统发生改变或季节性改变，这种改变达到一定程度就会引发气候变化。

　　下垫面相对较冷的地区，区域大气层的温度及大气温度的分层完全由温室效应和太阳辐射强弱所决定，由于不同高度的大气层接受的太阳辐射热量不同，不同高度的大气层温度有明显的不同，大气分层较明显，大气的运动主要表现为水平运动，因而不利于形成降水，下垫面相对较热的地区，区域大气层的温度，虽然在白天，特别在夏季的白天也主要由温室效应和太阳辐射强弱所决定，但到了夜晚，特别是冬季的夜晚，则由于较热的下垫面驱动较热的气流上升，而周围较冷的气流下降，使得区域大气的垂直对流运动增强，有利于形成降水。对于陆地而言，在没有人类活动干预前，大地热流的高低决定了下垫面温度的高低。

　　大地热流形成的地表热力景观在一定程度上影响降水的分布。

　　温室效应还不足以掩盖地表热力景观中强烈的异常，可是一些比较弱的异常却容易被掩盖。比如在温室效应比较弱的时候，广东省的降水分布有明显的三个峰值区域，年均降雨量大于2000mm，即阳江—恩平一带、清远—佛冈—龙门一带，海丰—丰顺——带，这三个地带也是广东省大地热流最强的地带，是温泉分布最多的区域，可以认为地热形成的地表热力景观在一定程度上影响了广东省降水的分布。但是随着温室气体排放量的不断增加，珠江三角洲地区温室效应和城市热岛效应逐步增强，在2003年以来广东省降水量出现了明显的减少，2003年和2004年连续两年全省降水量比多年平均降水量少20％以上，同时，降水分布也出现了明显的变化，靠近珠江三角洲的清远—佛冈—龙门一带的降水峰值区南移到了温室效应和城市热岛效应最强的广州市和东莞市一带。显然，温室效应形成的地表热力景观在——定程度上影响了降水的分布。

　　

　　人类行为增强温室效应

　　

　　温室效应增强导致了地表各类景观的温度发生了改变。以广东省东莞市北部水乡河网地区为例。该区域在1989年至1995年期间兴建了大量的水泥厂。1998年水泥生产能力达到693万吨／年，生产1吨水泥共释放二氧化碳0．244吨，全年仅水泥生产就排放二氧化碳169万吨，加上汽车、轮船运输、燃油及人口和动物呼吸排放的二氧化碳以及该区域南北两侧广州黄埔电厂和东莞沙角电厂排放的二氧化碳，使得该区域1998年的温室效应比1988年显著增强。从美国陆地卫星Landsat在1988年和1998年冬季分别为该地区拍摄的TM图像上可以看到，该地区地表各类景观的温度图像发生了明显的改变，这就是温室效应增强的力量。局部温室效应的增强还会造成干旱天气出现频率增大，尤其是当温室效应导致区域年平均温度升高1—2℃时，

　　温室效应显著增强的地区气候改变明显。现在的人类活动正在不断增加二氧化碳的排放，同时还破坏了自然界植被吸收二氧化碳的能力，使得每年向大气系统排放的二氧化碳总量不断增加。在开阔平原地区的大气系统中，排放的二氧化碳会很快进入全球大气循环，不会很快导致当地的温室效应显著增强，但对于像珠江三角洲这类四周是被山脉包围的盆地，大气环境呈半封闭状态，二氧化碳排放量的急剧增加会导致在当地的温室效应显著增强。这从广州市的气温观测记录可以得到明确的反映，珠江三角洲地区的温室效应已经非常强烈，已经跨越了导致降水分布格局改变和造成干旱天气出现频率增大的临界状态。2003年和2004年广东省持续两年多的干旱很可能就是温室效应增强的结果。

　　[责任编辑]唐　宇