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关于云层反应机制的争论：冷暖转化还是持续变暖？: 热度 2 杨学祥 2014-2-8 15:23; 关于云层反应机制的争论：冷暖转化还是持续变暖？杨学祥人类释放的二氧化碳在最初阶段可以起到增温作用，伴随全球变暖，大量水蒸气形成。水蒸气也是重要的温室气体，能使全球变暖加剧，当大气中水蒸气的积累超过一定限度，就会形成云层遮蔽太阳光，使气温变冷，因此，水蒸气具有致冷和致暖的双重身份。当水蒸气在高空遇冷化为微粒冰晶的时候，也会对太阳光产生反射作用，起到降温效果。大量降水会吸附大气中的二氧化碳形成酸雨，将二氧化碳带回岩石圈和海洋。一个寒冷的时期在自然的调节作用下可逆地发生了。这就是全球变暖到全球变冷的自然转化机制，这样的冷暖交替在地球历史上反复发生。有人认为，全球变暖导致云层减少，反射回太空的阳光渐少，进一步推动温度上升。这种观点无法解释中生代温暖期到第四纪大冰期的转变，无法解释全球气候冷暖交替的不间断反复循环的历史。变暖还是变冷，10年内即可见分晓：2014-2016年月亮赤纬角最小值时期气温略有上升，2023-2025年月亮赤纬角最大值时期气温明显下降，因为2000-2030年是拉马德雷冷位相时期，太阳黑子进入超长极小期。参考文献杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677. 相关报道： 2100年，地球可能升温4℃ 2014年02月08日07:06 来源：广州日报手机看新闻原标题：2100年，地球可能升温4℃ 　　全球变暖已不是科学新命题，但一个新的气候模型发现，地球升温将超过预期。研究人员称，除非温室气体的排放减少，地球到2100年将至少升温4℃，是世界各国政府警戒线的两倍。　　编译：记者李文实习生池健儿　　地球升温将超警戒线两倍　　研究人员称，地球到2100年将至少升温4℃，是世界各国政府警戒线的两倍。　　云层影响全球变暖的方式已成为未来气候变化的最大谜团，而云层变化正是该气候模型的重要考虑因素。科学家发现：随着地球变暖，云层渐少，反射回太空的阳光渐少，进一步推动温度上升。主持研究的澳大利亚新南威尔士大学史蒂文·舍伍德教授表示，这项研究有两方面的突破：其一是识别控制云层变化的因素，其二是对未来全球变暖的影响作危害性更大的预测。他告诉《卫报》记者，“升温4℃可能是灾难性的，而不是纯粹的危险。例如，它会使许多热带地区的生命生活困难，也可能推动格陵兰冰盖和南极冰盖的融化，海平面上升。” 　　该研究成果发表在《自然》杂志上，有科学家评论称，这项研究是一个“巨大的进步”。日本国立环境研究所的研究人员Hideo Shiogama和Tomoo Ogura认为全球变暖对云层减少的解释是令人信服的，并同意这表明未来气候变暖将超出预期，但进一步缩小未来气温预测的范围还有很多挑战。　　20年来，科学家曾预测地球将升温1.5℃到5℃，范围宽泛；而新研究仔细考察云层这一不确定因素后，把范围缩小到3 ℃到5℃。　　研究中，确保云层在现实世界中的形成方式在计算机气候模型中准确反映至关重要。当水从海洋蒸发，蒸汽要么上升9英里形成反射阳光的雨云，要么只上升几英里再循环回到海面。在现实中，两个过程都有发生，和只考虑形成雨云的模型相比，包含这种复杂性的气候模型预测的升温更高。　　气候模型并不完美　　此外，有气候怀疑论者喜欢批评气候模型出错。舍伍德坦承它们并不完美，但认为错误往往是预测升温较少的气候模型造成的。自从1998年厄尔尼诺现象造成高点后，全球平均气温上升相对缓慢。但观测表明，温室气体释放的热量没有减少，超过90%消失在海洋。此外，11月的一项研究表明，这种“暂停”很大程度上可能是一种错觉，是由于因缺乏升温最高的极地数据造成的。　　舍伍德承认，他们基于云层因素的研究不能完全排除未来升温范围会停留在预测区间的低端。但是，“气候变暖问题的研究缺失重要成分，我们需要用一些新的维度来看待，尽管我们目前没有证据。升温4℃这件事不是不可能的。如果我们不尽快开始抑制我们的排放，全球平均气温的上升将会对世界和许多国家的经济产生深远影响。” (来源:广州日报) http://www.people.com.cn/24hour/n/2014/0208/c25408-24294922.html 云层反应机制挑战全球气候变暖 2012年05月03日14:50 来源：人民网-环保频道手机看新闻　　几十年来，一部分科学家不断对占主导地位的气候变化科学提出质疑，而随着时间的推移，他们提供的论据接连被推翻。调查表示，目前97%的气候科学家都将全球变暖看作是严重的风险。　　然而，据《纽约时报》报道，近年来气候变化怀疑论者表示，云层将拯救地球。他们承认，人类释放的温室气体会导致全球变暖，但云层的移动将抑制大部分的预期温升，使气候保持着仍然适宜人类生存的状态。　　研究人员在预测云层如何变化时存在困难，而怀疑论者的理论正是利用了这个气候科学的难点。多数科学家认为，云层可能具有中性效应，或者会放大变暖效应，但相关证据缺乏给气候变化怀疑论者提供了空间。　　美国德州农工大学气候学者安德鲁?德斯勒（Andrew E. Dessler）表示，云层现在是最大的不确定性，气候变化怀疑论者已将所有的筹码压至其上。　　而麻省理工学院教授理查德?林德真（Richard S. Lindzen）则表示，地球对于温室气体并不是特别敏感，因为云层会抑制温室气体。在全球变暖的地球上，热带地区的高云将会使得更多的热量散发到太空中，抑制温度的增加。　　林德真的观点受到了其他科学家的反对。主流科学家表示，足够的科学证据表明，云层并不存在抵消温室气体所需的强大冷却效应。然而，一些不想应对气候变化的政客却对林德真传递的信息表示欢迎。　　事实上，云层对于气候能够产生巨大影响。地球上生命所需的能量来自于太阳，为了保持稳定的温度，地球需要将接收的能量返回到太空中。云层能够改变两个方向上的能量流动。总的来说，在目前的气候中，云层对地球起冷却效应，低空云的冷却效果最佳，因为它能反射相当多的阳光，高空云具有相反的效应，允许入射的阳光透过，但能有效地捕获试图逃逸的热量。　　然而，人类释放的温室气体扰乱了地球的热平衡。19世纪，科学家们证实，燃烧化石所产生的二氧化碳等气体，如同为大气裹上一层无形的毯子，阻止了一些原本可散逸到太空中的热量。20世纪中期，科学家们又开始预测地球将变暖，但他们也发现，进行精确的预测非常困难，其中一个原因就是因为云层反应机制很难梳理。　　研究人员可以肯定，大气中的水蒸气量会随着温度上升而增加，但对于水蒸气凝结而成的云层的位置和类型却不清楚。他们使用计算机程序来预测未来的气候，但电脑尚未强大到可以预测全球范围内单个云层在百年时间内的运动。于是精心设计的计算机程序得出了一个广泛的结论，即云层的改变难以大幅抵消人类造成的变暖。　　到本世纪中叶，大气中的温室气体水平将会较工业革命前翻番。芝加哥大学气候学者雷蒙德?皮尔哈姆波特（Raymond T. Pierrehumbert）表示，如果可以证明气候对于温室气体的敏感性，那么其影响将是巨大的。　　目前科学家需要回答的问题仍然很多。例如，科学家需要更好地理解云层在微观尺度上如何形成，云层在不同大气条件下如何变化，以及云层对高温的敏感性如何等。在未来的气候中，云层的作用尚不清楚，云层研究或将成为现代科学的重要领域。　　林德真支持气候科学的基本原理，同意二氧化碳是一种温室气体，承认二氧化碳的水平因为人类活动而不断升高，并造成全球变暖。但十几年来，他也表示，地球表面温度升高时，热带地区将形成名为卷云的高云，与温室气体类似，卷云可以减缓地球的冷却，因此，减少卷云将抵消温室气体增加所产生的效应。　　林德真将上述现象称为“虹膜效应”，并在2001年首次发表了该理论。但其他科学家很快表示，林德真采用的数据分析方法存在缺陷，其理论假设与已知事实不符。林德真表示，如果自己的理论正确，人们就可以省略减排措施，因此能够节约大量资金；如果错了，人们会在今后50年里认识到，并采取行动。　　而主流科学家反驳说，社会等待只会加剧风险。随着气候持续变暖和更多数据累积下来，人们将会研究出云层反应机制，但这可能需要数十年时间。科学家表示，不要非等到为时已晚，到那时，大气中的二氧化碳含量将造成不可避免的全球变暖，其含量恢复到正常水平至少需要几千年。（薛亮）（责任编辑：杨翼） http://env.people.com.cn/GB/17802044.html; 个人分类: 科技点评|3404 次阅读|4 个评论

霾不是雾，水汽不是最重要的: 热度 7 Talky 2014-1-12 10:21; 霾不是雾，水汽不是最重要的今天偶尔看到“果壳主题站”青蛙陨石博主的博文：“ 核雾染是真的吗？ ”。我不懂核辐射，没有讨论“核雾染”的能力。但博文中说“霾不是雾，水汽不是最重要的”却使我想通了一些问题，学到了知识。因为和我之前写的博文相关，因此转载一段供网友参考。原文来自 http://www.guokr.com/article/437824/?baiducustom=ypage=5 ------------------------------------------------------------------------------------------ 霾不是雾，水汽不是最重要的。。。雾和霾是两个截然不同的概念。雾主要是大气中饱和的水汽凝结在大气颗粒物上的小液滴，因为低温条件下水蒸汽的挥发能力更差，所以雾常常出现在相对低温的夜晚和凌晨。而且，随着太阳出来温度升高，凝结在大气颗粒物上的水再次挥发到大气中，所以雾消失了。而霾则是指由于大气细颗粒物（ PM2.5 ）浓度升高而导致的能见度下降的现象。 PM2.5 具有相对较强的吸光能力，从而能够降低大气的能见度，这个特性与水汽没有关系，而且霾也不像原帖作者所说的可以在太阳出来后一挥发就消失掉的。当然， PM2.5 可以吸附水汽，从而加重霾的吸光效应，导致能见度的进一步下降。换句话说，有些情况下雾和霾的界线并非十分分明，霾可以看作是细颗粒物含量高雾。由此可以看出，形成霾的关键在于细颗粒物，而不是水汽。我国目前时常出现的大面积雾霾主要是由高浓度的 PM2.5 造成的，这个有环保部的空气质量监测结果作为依据。。。。 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 我以前调研公开发表的文章，得到信息是灰霾在一定湿度条件下发生，所以在“为什么会‘灰霾’”《大学科普》文章（和博文）里写“。。。但综合我国观测工作，尚未出现相对湿度低于 50% 发生灰霾的情况。。。 ”以及“。。。发生灰霾必须有三个条件同时满足：（ 1 ） PM 2.5 污染严重；（ 2 ）气流幅合稳定，不利于扩散；（ 3 ）合适的湿度。。。 ” 字面上看还算合理，因为指的是“灰霾”，是能见度受损严重时的污染状况。近年来各地发生严重灰霾或雾霾时，也主要和高湿度有关。而沙尘暴或浮尘造成的能见度下降，不在所述“灰霾”污染形式之内。最近一段时间却发生困惑：已经几次发现上海市严重灰霾时， PM2.5 小时浓度起伏和相对湿度相关不明显，而且可以发生在相对湿度低于 40% 之时。接受青蛙陨石博主的说法： “。。。霾则是指由于大气细颗粒物（ PM2.5 ）浓度升高而导致的能见度下降的现象。 PM2.5 具有相对较强的消光能力，从而能够降低大气的能见度，这个特性与水汽没有关系，而且霾也不像原帖作者所说的可以在太阳出来后一挥发就消失掉的。当然， PM2.5 可以吸附水汽，从而加重霾的消光效应，导致能见度的进一步下降。” 只是有关雾，青蛙博主有遗漏。那种太阳出来能晒干消失的雾，是自然过程产生的雾。如果是雾霾，例如2013年1月北京雾霾，和2013年秋的哈尔滨雾霾，太阳晒了也不会都消失的。 “ 吸光”改成了“ 消光 ”; 个人分类: 科普|7452 次阅读|44 个评论

金陶陶和金辉：雾霾与水循环关系初探: 热度 1 蒋高明 2013-11-16 20:00; 【微评论】关于北京雾霾，前一段时间有网友认为与城市裸地面积增加有关，今天收到朋友来信，看到了下面的观点，认为有一定的道理。作为一家之言，特予推荐阅读。雾霾与水循环关系初探金陶陶金辉内容提要今年以来，我国华北等地大范围持续雾霾频发，其直接原因当为污染物过量排放。但看年度同比，各地单位时间内排污总量并未剧增，同时，今年气候亦不比往年明显反常，所以雾霾灾难之复杂成因还有待进一步探索。作者认为，我们应该特别注意水循环系统的失衡问题。几十年来，水资源用量越来越大，缺口与时俱增，许多地区长期大量开采地下水，其与生态破坏和环境污染综合作用，严重干扰甚至阻断了本地水循环机制。大范围持续雾霾灾害“突然”接踵而至，说明人为因素的扰动破坏已经超过了自然环境的某种临界点。这应是雾霾重重的深层原因。本文着眼于水循环整体，多角度分析论述水气演化运动。本文提出“自循环”的重要概念，并强调自循环在水气循环和降解污染中的主导作用及重要性，使我们对水循环和生态系统内在规律的认识更为深入。雾霾灾害既是危机，也是机遇。治理雾霾当遵从自然规律，以期恢复相对正常的自循环体系和生态系统。自循环是核心，恢复是关键词。根本还在改变观念，转变经济模式与生活方式，探索社会主义生态文明建设的新道路。一、雾与霿今年以来，我国华北等地大范围持续雾霾频发，其直接原因当为污染物过量排放。但看年度同比，各地单位时间内排污总量并未剧增，同时，今年气候亦不比往年明显反常，而雾霾日数却突然骤增数倍，严重程度前所未有，所以雾霾灾难之复杂成因还有待进一步探索。按照通常的解释，雾是指大气中因悬浮的水汽凝结、能见度低于 1 公里时的天气现象；而霾的形成主要是空气中悬浮的大量微粒和气象条件共同作用的结果。雾和霾的区别主要在水分含量：水分含量达到 90% 以上称雾，水分含量低于 80% 称霾，在 80% ～ 90% 之间的，为雾和霾的混合物。我们遭遇的霾主要是人类排放的污染物，雾则是霾聚集的气象条件。治理雾霾，一方面要控制污染物排放，同时还需要重新认识雾，也就是从水循环之整体系统看一下今年以来雾霾突然加重的深层原因。我们先来看两个汉字：雾和霿（音盟）。成书于两千余年前的《尔雅》和《说文解字》对这两个字的解说为：地气发，天不应，曰霧（雾）。天气下，地不应，曰霿。这样来看，同样是雾，却分为两种状态：雾与霿。应该说，古人的分类和解释更科学也更精准。雾和霿，也可以简单地称为晴天之雾与阴天之雾：雾，地气发，天不应，近地雾气弥漫而天上无雨云，所以大雾必天晴；而霿则是阴天之雾，天气下，地不应，云气一直压到地面，却未形成降雨。雾一般过程较短，而霿则历时较长。尤其应该注意的是“地气发，天不应”与“天气下，地不应”中的“不应”。此之“不应”大有文章。不应就是上下阻隔，天地不通，所以才会形成雾和霿这两种非正常状态。与“不应”相对的自然是“应”。雾与霿之两种不应，其相对则为晴与雨的两之应。这样，我们就可以看到水循环之四种气象状态：地气发，天自应——晴；地气发，天不应——雾。天气下，地自应——雨；天气下，地不应——霿。晴与雨都是天地通畅状态下天气与地气之自然相应相接，所以它们是气象之常态。而天气与地气不应的雾和霿，相对来说则是上下不通的非常态或过渡状态。古人用雾和霿这两个汉字，深刻发现并准确描述了这两种特殊状态的内涵，并为我们定格了窥测水循环“天机”的窗口。水循环即地球上的水往复于天空、地面和地下，转化于气态、液态和固态之间。水的三态转化之性质是水循环的内因，太阳辐射和重力作用是这一过程的动力。太阳辐射使水从海洋和陆地表面及植物表面散发变为水汽，水汽随着气流运动而被输送，再凝结下降为雨雪，产生径流，汇入河川，流入海洋。在气象学上，海洋同大陆之间的水分交换过程称大循环；海洋或大陆上的降水同蒸发之间的垂向交换过程称为小循环。在蒸发与降水两种状态中，蒸发是经常性的、持续不断进行的，而降水则相对短暂和集中（在降水过程中，蒸腾作用同时往往更为活跃）。故晴为常态，蒸散不止。雨为暂态，集中降水。降水时间一般远少于无雨时间。在晴天气候中，常态是蒸散持续，暂态为雾气聚集。在雨天气候中，常态是雨雪之降，暂态为霿气覆地。《黄帝内经 · 素问》云：“地气上为云，天气下为雨；雨出地气，云出天气。”将古人对云和雨、雾和霿的精妙解说综合起来反复琢磨，我们对于水循环系统就会自生新颖知见。在一般的理解中，阴晴雾雨等只看天，而不见地，或很少想到地的因素。但实际上，晴或雨都是天气与地气共同作用的结果，缺一不可。二者缺一，则成雾或霿。在古人的认识中，地的作用较之天更为重要。这点值得我们注意。水周而复始循环于天地之间，其中地的一方起着主导的作用。从因果上说，先有水汽蒸发然后才有雨雪降落。从关系上说，云来气接，有地面蒸腾的接应，降水才能形成。降水如此，晴天也是如此，而雾与霿的出现，则是因为其中一方未能如此。雾与霿本来只是非常态，之所以雾霾成为常态，说明整体水循环系统失常而出了问题。而问题的根源，我们则主要应该在“地上”来寻找。既然雾实际上分为雾和霿两类，则雾霾相应地也分为雾霾与霿霾。为叙述方便，本文在多数情况下沿用雾霾之统称，必要时自当分称并分析。归纳本节内容，我们可以看到水循环系统的两境之四态：晴境之两态为：晴与雾；雨境之两态为：雨与霿。晴和雨为常态，雾和霿为非常态。二、自循环更关键水由液态或固态转变为气态，逸入大气的过程为蒸发。蒸发即液体分子从液面离去的过程。水在绝对零度以上的任何温度下都可蒸发。水从液态变为气态，体积膨胀1000多倍。而从气态凝结为液态，体积复收缩1000多倍。蒸发膨胀而凝结收缩，气态多升而液态多降，水随气温等变化而胀缩升降的特性之演，便成为天地之呼吸。在昼夜往复、四时轮回、海陆差异的时空境界中，水循环演化出我们这颗星球的万千气象。如果说蒸发与降水组成区域之间的大循环，那么本地的小循环乃至更多的局地微循环，则以蒸散与凝结—吸附的形式为主。相对短时的降水而言，本地的凝结—吸附是经常的和持续的。作为局地微循环的蒸散与凝结—吸附同时存在，而且始终都在运作周转之中。只是白天气温高时蒸散较多，而夜间气温低则凝结现象明显。对于水循环体系，人们多注意蒸发与降水的外在大循环，而忽略了蒸散与凝结—吸附为主的本地小循环和局地微循环。同样，对于空气流动，只见大气环流的大循环，不见蒸散与凝结之胀缩造成的本地和局地小微循环。从本来和根源上看，正是无数涨缩不息的微循环组成了小循环，诸多往复之小循环再形成大循环。任何一局地区域中，没有降水时水循环也始终在进行之中，在静风条件下空气依然永动不止。水的本地自循环构成了经常性的持续不断的空气流通，如同天地之呼吸。区域大循环与本地小微循环互为因果，为一体共生与相辅相成。本地循环主要为垂直往复，异地循环主要为水平流动。对于当地来说，本地循环为自循环，区域循环为外循环。自循环系统的特性是自生循环、自动循环、自主循环、自我循环，是之谓自然而然。自然系统本来就是自然生成的，没有自循环能力就不能存在。本地循环是经常性的和持续进行的，强度和速度明显的区域循环相对来说则是断续的和暂时的。故本地循环为主，异地循环为辅。本地自循环越正常越充分，异地大循环相应才越活跃。若各地的自循环都正常，诸大小循环与内外循环就能够正常而经常化，则水循环整体系统便会以常态为主而周行不殆，相对起伏变化通常也不会很大，是为风调雨顺、风和日丽。若系统遭到干扰破坏，本地自循环能力处于弱化趋势，就会逐渐演化为外循环为主。在此被动态，只有外力足够之强，才能形成交换与循环，亦势必成为暴冷暴热和暴旱暴涝之轮番登场。任何系统和任何生命，自然都是内因和内力为主。一个人如果长期靠呼吸机存活，就已经谈不上生命质量。近来人们把北京等地的空气质量现象概括为： “ 好天靠风吹，蓝天不过三。 ” 已经非常典型地显示本地自循环能力几近衰竭，正在呈现为震荡性丧失，必须依靠外来强大气流才能将雾霾暂时驱散。而风雨过后两三天，雾霾便卷土重起，弥漫日甚一日。雾霾演为常态，晴天反倒成为非常态。蓝天白云居然变成稀罕之物。如同遭逢病患，方知健康之可贵，才意识到平安是福。想想我们之所以落到这步田地，皆因往昔在平常之中而未曾珍惜平常；即使灾祸临头，还是浑然不知平常之所以为平常。因为不知道平常，所以将平常变成灾祸；还因为不知道平常，所以不明白灾祸何以成灾祸，亦难以自觉消灾避祸。非常态提醒我们的危机意识，故为我们重新认识常态的契机。如今动不动就雾霾成灾，恰恰证明了原本正常状态的自循环有多重要，同时也证明了本地自循环系统的净化能力有多强大。以北京以及华北地区为例，在正常气候条件下，蓝天基本上不用靠大风。往年四级以上风力日数并不很多，通常更多的情况是微风，以及昼夜海陆风的交替，但是并没有出现经常性的雾霾笼罩。我们看仅仅一两年前，本地自循环系统功能虽然已经日趋退化但尚未跌破临界点之时，即使像北京这样的大都市，即使污染物排放量已经相当之大，但还是能够基本上进行自我循环，好歹实现大部分自行净化。说明对于污染物的降解，本地自循环系统起着最主要的作用。由此可见，一般情况下大气中污染物之降解与扩散，同样是降解为主，扩散为辅，亦即本地自我降解净化为主，异地转移扩散为辅。自循环系统永远都是无可替代的。外力的作用以及种种外面的办法，只能是辅助和权宜之计。认识自循环、重启自循环、理顺自循环、助力自循环、恢复自循环，方为治本之道。善待自循环，就是善待人类自己。归纳本节内容，我们通过自循环这个新概念，可以得出关于水循环系统的三点新认识： 1. 水的胀缩升降构成了本地的自循环，本地循环主导了经常性的持续不断的空气流通，若天地之呼吸。 2. 区域大循环与本地小微循环互为因果，而以本地循环为主，异地循环为辅。 3. 对于大气中的污染物，同样是本地自我降解净化为主，异地转移扩散为辅。三点集中到一点：认识自循环、重启自循环、理顺自循环、助力自循环、恢复自循环，方为治本之道。三、地下水与循环系统雾霾成因复杂，置身其中，如坠五里云雾。只有穿透重重雾霾，才能看清根源，还原本来面目。雾霾的发生和发展，一般呈现以大城市为中心的蔓延模式，这是因为现代大城市的自循环系数最低。在城市环境中，从无处不在的硬化表面，到建筑风阻和热岛效应，从稀疏的植被和只有装饰作用的人工草坪，到各种污染物的集中和持续排放，从大量消耗水资源和超采地下水，到把大量污水排送至外界等等，几乎方方面面都是对循环系统的阻隔、干扰和破坏。城市的硬化表面不能降解污染物，微粒暂时沉降于斯，遇有气流扰动便又离逸，形成反复污染的循环。而本为补充当地水资源的降水，雨量稍大即致灾，相当部分雨水都从排污渠道外泄，足见其自循环机制和系统功能之差。大城市作为现代经济发展的中心，同时也成为雾霾污染的重灾区。从循环体系来看，城市规模和现代化程度与自循环系数成反比。水循环系统是贯通天空、地表和地下的一个有机整体。水性主降而气性主升，故地表决定空中，地下决定地表。地下水与地面植被为循环系统基础之隐与显。地面植被是正常而富有活力的水循环的可见基础，地下水则是地面植被和水循环的深层根基。伴随我国经济快速增长，水资源用量越来越大，缺口与时俱增，地表水不够，便转向地下水。全国600多座城市中，开采地下水的有400多个。地下水灌溉面积7亿多亩，占全国耕地的40%。1988年全国270多万眼机井的年开采能力超过800亿立方米，实际抽水量530多亿立方米。近30年来，全国地下水开采量以每年25亿立方米的速度递增。地下水超采面积60多万平方公里，形成地下水降落漏斗区100多个，面积15万平方公里。华北平原等地区，因浅层地下水枯竭和污染，转抽深层地下水。长期大量开采地下水带来的问题，不仅是人们已经注意到的引起地面沉降、海水倒灌和地下水污染等等，其更为严重的后果是导致水循环系统的整体失衡与失能。说到地下水位到底降低多少才会造成问题引发灾害，应该说并不存在一个统一的固定标准，因此具体数据只有相对的参考价值。各种人为干扰引起的生态环境系统失衡，是一个逐渐演变的过程。自然系统同时具有稳定和修复、敏感和脆弱之两重性。待总体上发生明显变化时，问题往往已经积重难返。而有时候较小的因素也能导致大的扰动，如著名的“蝴蝶效应”。而且各地情况不同，各地的生态系统都是长期演化与适应的结果。在北方地区，十天半月不下雨不算干旱，而在降水最多的西藏墨脱，连晴五天即为大旱，十天无雨作物就会枯死。在系统转向失衡的过程中，总体之渐变往往具体表现为剧烈震荡。就像全球变暖，地球的年平均温度比正常值高了零点几摄氏度，按说不过是热了一点点而已。但就是这一点点升温，便使地球罹患“发烧”。发烧就会忽冷忽热，就要抽疯痉挛。世界各地频繁出现各种极端气候现象，就因为平均温度仅仅高了那么零点几度。地下水位的下降，必然直接影响本地自循环的功能和质量，也必然在各个方面逐渐有所表现。 20 世纪70年代起，推广水浇地、大量施化肥、打机井灌溉逐渐成为北方农业的普遍模式。与大范围地下水位下降基本同步，北方尤其华北地区开始出现干旱少雨的长期趋势。隔断了地表与地下的水循环，必然削弱地面与空中的水循环。干旱少雨，于是更多抽取地下水，同时尽量拦蓄地表水，这又在进一步强化干旱趋势。这就是：越抽水越旱，水越蓄越少。这一说法看似有违常识，但却是自然规律。因为给定时空中水循环总量不变，而大量工程拦蓄水迟滞了水循环速率，所以实际可利用水量大大减少。就像同样数额的资金，一年周转一次与周转多次，效益不可同日而语。深究“越抽水越旱，水越蓄越少”其中的道理，就可以明白为什么我们越是努力解决水资源短缺，水资源危机反而越是加重的深层因果。此无他，皆因我们违背了水循环规律及自然规律。干旱趋势，降水减少，间或来场几十年不遇、百年不遇的暴雨之类，是地下水下降第一个阶段和方面的主要现象。某种条件发生变化，系统就会自动调整与适应，以形成新的平衡。风调雨顺与风和日丽，是常态之平衡，而暴冷暴热与暴旱暴涝，则是非常态的平衡方式。伏之越低便起之越高，亏之越甚便冲之越盛，能量守恒定律使然。自觉意义上的人类主动性，即在常态与非常态之间作明智选择。地下水下降还会影响地面植被。此影响一是植被覆盖率，再者是植被质量。地下水深埋，地表植被也许暂时外观上的变化不甚明显，但其生长状态、吸收拦蓄和蒸腾的循环功能以及降解污染物的能力等，都要大打折扣。降水减少和植被劣化，会影响更大范围的水气循环，联动更广泛区域的荒漠化与风沙问题。20世纪90年代起，我国北方沙尘暴频度明显增加。大范围植被破坏与降水减少是其直接原因，而地下水的问题牵动此二者并相互作用，使整体生态环境进一步下滑。荒漠化问题是地下水下降第二个阶段和方面的主要现象。因系统变化而出现的各种现象，有的是开始温和，逐渐增加强度。而有的开始即表现强烈，而后相互适应，从现象上趋于相对平静。但由于根因未变，其病情实则在向深层转移，且必然会以另外更为严重的现象而再度表现。北方沙尘暴活动到近年似乎有所减弱，但我国生态环境之局部有所改善、总体仍在恶化的大趋势并未根本改观。局地霿与雾现象增加，是地下水下降第三个阶段和方面的主要现象。进入21世纪以来，我国中东部地区雾霾日数明显增多。据2013年 “气候变化绿皮书” ，中东部地区连续3天以上霾过程站次数在20世纪总体变化不大，进入21世纪连续霾过程站次数增加显著。持续3天以上的霾过程站次，2001年至2012年的监测平均值，均为1961年至2000年监测平均值的两倍以上，其中，持续6天霾的过程，监测数据是对比数据的3.1倍。上列数据未区分雾霾与霿霾。根据我们观察，事实上一般先是霿霾多发，再演变为雾霾多发。霿霾为“天气下，地不应”，说明地气出了问题，主要是地下水深埋而不应。北方地区夏秋季节时常出现霿霾，说明已经很反常。再到雾霾频繁发生，就更严重。雾本为“地气发，天不应”，正常之雾历时较短，个把小时即消散，但雾霾却可持续数天。雾霾原因还在地下水，地下水成为断层，故此地气非彼地气，已经不是正常水气，而是以污染物为主的污浊之气，此雾亦非彼雾。正常地气（水气）具有升力，太阳一出便扶摇而上清阳浮天。而大量微粒形成的霾为污物浊气，本身以沉降为主，所以会长时间笼罩不散。以大城市为同心圆，较大区域的本地自循环能力都在梯次同步衰减。地下水问题和生态破坏与环境污染相互作用综合累加，最后越过循环系统自我修复的临界点，致使本地自循环功能趋近丧失。从局地污染向区域污染演变，大范围霿霾与雾霾持续且频发，是地下水下降第四个阶段和方面的主要现象。临界点也是一个动态指标。在系统下行的状态中，范围越大，临界点系数越低。循环系统失衡的区域小，周围地区可辅助补救，适当恢复自循环，或在辅助中一起循环。区域越大，所需外力越大，补助与恢复也越难，自身越容易进入恶性循环。城市越大，维持基本循环所需要的辅助面积相应也越大。这同时意味着，城市越大，辐射削弱周边地区自循环功能的范围也就越大。尽管大城市远郊、小城镇和乡村地区的污染物排放相对小得多，植被覆盖率也没有在短时期内发生显著改变，但地下水下降乃至断层，导致相应地区的自循环已从根本上被削弱。自循环功能越弱，越容易被外力所左右。每当区域大气环流减弱，大城市的雾霾便迅速聚集，然后迅速蔓延。周围大片地区因地下水下降，其循环系统本已风雨飘摇，大城市一发飙，即轻易被席卷覆盖，迅速将更大区域拖入失衡与失能状态。而雾霾所具的封闭效应，又进一步窒息原本微弱的呼吸循环，这本身又成为“气象条件不利”的因与果。在雾霾中循环系统更加弱化，污染物更难以降解和稀释，复又形成共生叠加的恶性循环。这也是雾霾在今年以来突然大范围蔓延的重要因果演化模式。地下水的迅速下降，对于水循环系统无异于釜底抽薪。地下水作为水循环系统的深层根基，其较小改变都会对整体造成很大影响，更不要说形成大范围漏斗。犹如深呼吸与哮喘、正常呼吸与捯气儿，实在天差地远。随着地下水位的持续迅速下降，滋养万物的大地逐渐失去了深呼吸，呼吸越来越表浅、衰竭，甚至依靠外力才得以暂时喘息。大范围雾霾持续弥漫时，实际上已经属于窒息态。长期透支地下水，是现代社会的饮鸩止渴。岩层中的深层地下水流动非常缓慢，循环周期动辄数千年乃至若干万年，对于人类短暂的生命尺度，是与石油同样的不可再生资源。如果没有了石油人类好赖还可以生存，倘若几十米至数百米区位的深层地下水枯竭，人类和陆地生命系统都将大难临头。归纳本节内容，我们可以重新定位地下水的重要性：地下水是地面植被和水循环系统的深层基础。靠透支地下水发展经济，不啻为饮鸩止渴。长期超量开采地下水后果严重、危害巨大，其对水循环系统的影响分别表现为：干旱少雨趋势——荒漠化蔓延——局地霿与雾现象增加——大范围雾霾持续且频发。四、自循环是核心，恢复是关键词治理雾霾必须严格控制并减少污染物排放，这已是社会共识，为题中应有之义。单就雾霾治雾霾非治本之策，见效亦缓慢。如 1952 年的伦敦烟雾灾难带来严重后果，英国推出严厉措施控制污染，经过 10 年努力方逐步好转。美国加州则花费了 35 年时间才将其恶名远扬的烟雾浓度降低了一半。而我国今年以来的雾霾灾害范围广且频度高，严重程度似已超过当年欧美日诸国，他山之石可借鉴，但仅仅沿用既往思路，前景不容乐观。根治雾霾需要观念创新，遵从自然规律，以期恢复相对正常的自循环体系和生态系统。自循环是核心，恢复是关键词。明确了这一基本理念，治理雾霾乃至生态文明建设的方向与方法、道路与标准、规律与模式等等，皆在此中。主要就在恢复自循环系统。自循环系统本来没有问题，因人为扰动而成问题，包括我们现在承受的雾霾灾难。要真正摆脱雾霾困扰，我们还需要在地下水恢复、生态恢复、降水恢复和城市环境中循环系统的恢复等方面下功夫，助力自循环，最终整体恢复循环系统。 1. 地下水恢复。禁采地下水并回灌，地下水位可缓慢回升。长江三角洲苏州 - 无锡 - 常州地区，上世纪80年代起大量开采地下水，导致地下水水位急剧下降，至90年代中期，形成约5500平方公里的降落漏斗，出现地面沉降等严重地质灾害。2000年省人大颁布地方立法，限期禁采地下水，2004年起，城乡水井全部封掉，并向地下回灌自来水。到2005年，长三角地区第 Ⅱ 承压含水层降落漏斗面积比上年缩小 700 平方公里。经过十余年持续努力，苏锡常地下水使用实现动态平衡。2012年地质调查显示，该区地下水水位已全面回升。在各地雾霾警报频传的2013，“长三角大漏斗”获有效治理，实在是个令人欣慰的好消息。 2. 生态恢复。中科院植物所蒋高明教授提出，利用自然力恢复生态，适当辅以人工措施，是最直接、最经济、最有效的做法。他们从2000年起，在内蒙古浑善达克沙地进行退化沙地生态系统恢复试验。试验将4万亩严重退化的草场封育起来，封育第一年恢复好的草高1米多，最高亩产鲜草5300斤，为外面没有封育草场的百倍。封育两年，生物多样性和草情就恢复到二十世纪五六十年代的水平。 ① 自然恢复生态的模式如果能够得到大范围推广，对我国生态植被状态的较迅速改善，将会起到重大作用。即使城市绿地和空地，若任其自然长草，生态和经济效益也都远胜于人工草坪。 3. 降水恢复。水资源短缺已成为我国社会经济发展的主要制约因素，为我国北方环境资源诸问题中的首要难题。降水恢复是指以人工降雨的系统启动作为恢复生态环境良性循环的切入点，对从西部进入我国的云带，通过人工激活和接力引导，使其沿有效降水高度运行，在充分循环状态中一直输送至东部海空的完整过程。经过若干次操作，逐渐建立起稳定的连续蒸发带，形成降水循环机制，则我国北方和西北地区年降水量有可能成倍增加，部分恢复该区历史上大部分时期曾有的水汽利用率和天然植被盖度。 ② 4. 城市环境中循环系统的恢复。从自循环系统来看，城市的循环状态最成问题，而本地和局地的自循环，对于空气流通和污染降解，又起着主要作用。城市环境中从各个方面尽量减少对循环系统的阻隔，尽量易隔为通，这应该成为城市设计和建设的新课题，首先要成为新的理念。比如为解决城市建筑风阻问题，许多大城市都在想办法，像上海浦东新区规划建设了一条宽达250米的大道作为“通风走廊”，改善市区风情。讲风阻还是着眼在大循环，而未见本地小微循环。要说森林也形成风阻，林内多为静风状态，空气质量却优于外界。所以问题主要还在自循环系统本身。寸土寸金的城区还是应该提高土地利用率，广建宽阔马路和大片绿地，城市规模会更大，占地更多。如果在高层建筑立体绿化等方面多想些办法，于城市环境中也会为循环系数加分。现代都市必须在自循环通达的整体和细节上多做文章，关注和促进局地小微循环，争取每个方面都是通多而阻少。城市的自循环系数，可以说比控制污染排放更根本也更重要。当然，污染控制本身就是循环系数的子项。自循环系数和功能应当成为生态城市建设和生态文明建设的重要标准。雾霾灾害既是危机，也是机遇。危机即为示警，警示我们必须改弦更张。根本还在改变观念，转变经济模式与生活方式。建国 60 多年中，中国的总人口“仅仅”增长了两倍多，而能源资源消耗却增长了上百倍至几千倍。在 2012 年，全国一天用的电超过 1949 年全年发电量的 3 倍——增长了 1100 多倍；一天消耗的原油和钢材相当于 1949 年全年产量的 11 倍——双双增长超过 4000 倍。这样的发展和增长，这样的规模和代价，无论用什么标准衡量，都是不可持续的。地球上本来不具有价值的阳光、空气和水，在人类谋求价值的发展过程中，竟然变成千金难求的无价之宝。这就是在警示我们必须反思发展模式，尤其要反思我们的价值观本身。中国的人口环境资源国情，决定了我们不能再走单纯追求物质发展的消费社会之路。中国源远流长的传统精神资源，决定着我们最有可能创造以文化立国为核心的民族复兴之路。 2013 年的雾霾灾难，理当成为一个重要转机，促使我们必需探索并走通社会主义生态文明建设的新道路。我们重新认识水循环，更需颖悟水之性，师法水之道。水是生命之源，亦象生命之本。水为仁者之师、智者之镜，故上善若水。水自循环，循环自见水性。川流不息周行抱一之水，终始垂范自然之道：柔润而自强不息，处下而厚德载物，无形而无不形、无不在，自化而无不化、无不容；水，善利万物而不争。夫唯不争，故无尤；夫唯不争，故天下莫能与之争。 —— 水，圣人之行、大国之道也。 2013-11-15 ，初稿 ———————— ① 蒋高明：《生态恢复：相信大自然的力量》，《环境绿皮书（ 2005 ）》。 ② 王卜平、金辉：《恢复生态系统整体良性循环的切入点：人工降雨》，《自然之友通讯》 2004 年第 4 期及自然之友网站，选载于 2004 年 5 月 25 日《中国环境报》。; 个人分类: 环保呐喊|5646 次阅读|2 个评论

水汽密度与大气压力的关系符合幂律: 热度 1 zhangxw 2013-5-19 16:58; 水汽密度与大气压力的关系符合幂律张学文 ,2013/5/19 今天上午把最近分析的南京的水汽密度等与大气压力的关系贴了出去 , 下午分析其关系 , 发现它们很好地符合所谓幂律 , 即变量们的对数是很好的线性关系 ( 对此的简单说明请见本人的幂律博客中的有关文章 ). 体现拟合程度的 R 平方值冬，夏分别是0.997、0.993，它们都十分接近于 1 。; 个人分类: 空中水科学|2882 次阅读|1 个评论

迷离氤氲的思绪: 热度 2 hougl 2013-4-20 00:48; 任莲蓬头的水恣意地浸没全身，那是温热的、放荡的水，无所顾忌，无所遮拦。很快，水气，蒸腾的水气，像把自己裹在了一个一个暖暖的水球当中，不难于呼吸，不耽于耳听，但却迷蒙着视线。或许，之于过去的感情之事，也似这样，缩在一个虚幻的缥缈的躯壳里，淡淡地听着周遭，静静地吸吮着养料，眼睛却时常地眯离着。时间，就这样惶惶地流逝；思绪，就这样无端地乱撞。杂而无章，乱而无绪。心中，也会期待，也想期待，也在期待。。。。。。。; 个人分类: 散杂文字|4441 次阅读|4 个评论

GAMIT 对流层延迟计算批量绘图命令解析: 热度 1 zhangyong1361 2013-1-13 20:19; GAMIT软件能进行严密的天定方向对流层延迟分析，并且可以利用sh_gamit_atmos 命令对多天的数据进行合并绘图，具体做法如下： 1、采用本博客中《批量复制GAMIT的结果文件O文件至指定目录》（地址为 http://bbs.sciencenet.cn/blog-847561-648299.html ）把多天的o文件复制到指定文件夹下。 2、在该文件夹下运行sh_gamit_atoms命令进行批量绘图。如:sh_gamit_atoms -o o* 下面说明sh_gamit_atoms命令一些注意事项 1、按照上面的命令默认绘制的是free模式下的，并且是改正数（平差改正数加上初始值才是总的） 2、增加 -t 显示总的延迟量如：sh_gamit_atoms -o o* -t 3、选择 fixed 模式或者一起生成两种模式 -fixed -both（图上一起显示free fixed） free fixed模式的解释查看本博客的《GAMIT/BLOBK中固定解、浮点解、约束解、松弛解等解类型解释》（地址 http://bbs.sciencenet.cn/blog-847561-648551.html ）下面为一些示例图（显示的均为总延迟量） free模式 fixed模式 both模式（其实两者差不多，从图上看都融在一起了）以上是一些最基础的东西，如有不当欢迎大家指正交流 E-mail:zhangyong1361@163.com 张勇 2013 01 13; 个人分类: GNSS|5338 次阅读|1 个评论

水汽的温室效应和全球变暖"减速": 热度 2 杨学祥 2012-3-9 15:40; 水汽的温室效应和全球变暖 " 减速 " 杨学祥，杨冬红二氧化碳（分子式为 CO 2 ）和水汽等被称为温室气体。温室气体有效地吸收地球表面、大气本身相同气体和云所发射出的红外辐射，重新发射红外辐射，其中有一半返回到地表，在夜间持续辐射，使地表不致因缺乏太阳辐射而变得太冷。温室气体这种保护地热量散失的作用，叫温室效应。正是大气中温室气体的存在，使地表维持在 15 ℃ 的平均温度上，为人类和整个生物圈提供了一个温暖的环境。一百多年前大气中的浓度是非常稳定的。工业革命以来，人类活动产生大量温室气体， CO 2 的大气浓度由 1800 年的 280ppmv （即一百万单位体积气体中含有 280 单位体积的 CO 2 ）增加到 2000 年的 380ppmv 。气象专家预测， CO 2 浓度增加一倍，全球地面温度将高 1 -5 ℃ 。 1. 周少祥： CO 2 的温室效应也只有水蒸气的 4% 周少祥最近指出，全球年平均降水量达 5.77 × 10 14 m 3 ，所释放的潜热约 1.44 × 10 21 kJ( 按 2500kJ/kg 潜热值计算，如果考虑蒸汽直接凝华成冰，潜热量将更大 ) ，假定 45% 向地表， 55% 向宇宙空间，则折合向地表的辐射强度约 40W/m 2 ，远大于 IPCC 报告估算的 CO 2 等温室气体 2.43W/m 2 的辐射强迫 (CO 2 占其中的约 60%) ，也就是说 IPCC 的气候模式没有正确认识大气温室效应。不仅如此，根据大气辐射特性，水蒸气本身吸收地表长波辐射的能力也大于 CO 2 ，大气中水蒸气的浓度又远远大于 CO 2 ，如果按 1% 的平均水蒸气浓度计算，仅从热容量的角度， CO 2 的温室效应也只有水蒸气的 4% 。因此，综合考虑水蒸气凝结相变辐射和大气中水蒸汽的热容量， CO 2 的大气温室效应完全可以忽略不计。基于这一分析，那么我们完全有理由怀疑全球气候变暖的原因是因为人为 CO 2 排放的增大。 2. 美国国家海洋和大气管理局：平流层水蒸气浓度对全球气候具有重要影响新华网华盛顿 2010 年１月２８日电（记者任海军）美国国家海洋和大气管理局２８日公布的一项研究成果显示，在过去１０年中，地球大气平流层水蒸气的浓度下降使全球变暖的速度有所放缓。水蒸气是温室气体的一种，可以吸收太阳光，将热量重新散发到地球大气中。卫星观测等数据显示，在上个世纪最后２０年，地球大气平流层的水蒸气浓度先是逐渐增加，但从２０００年至今，其浓度下降了约１０％。美国研究人员根据这些数据以及气候模型进行分析后发现，自２０００年以来平流层水蒸气浓度的下降对全球平均温度的变化产生了影响。他们的测算显示，平流层下部水蒸气浓度下降很可能是促使全球平均气温走势“扁平化”的一个重要因素，这一动向促使过去１０年间全球变暖的速度减缓了大约２５％，而在１９８０年至２０００年平流层水蒸气浓度增加期间，全球变暖正处于加速时期。这项研究成果将发表在２９日出版的新一期美国《科学》杂志上。美国研究人员说，尽管目前尚不清楚平流层水蒸气浓度近年来下降的原因，但这一研究成果表明，平流层水蒸气浓度对全球气候具有重要影响。平流层是地球大气层里上热下冷的一层，位于距地表大约１０公里至５０公里的高度，其主要构成物质为氮气、氧气、臭氧、水蒸气、尘埃及放射性微粒等。地球大气平流层的水蒸气浓度从２０００年至今，其浓度下降了约１０％，这一动向促使过去１０年间全球变暖的速度减缓了大约２５％。这表明，平流层下部水蒸气浓度下降很可能是促使全球平均气温走势“扁平化”的一个重要因素。在１９８０年至２０００年平流层水蒸气浓度增加期间，全球变暖正处于加速时期。从２０００年至今，其浓度下降了约１０％，使过去１０年间全球变暖的速度减缓了大约２５％。美国研究人员说，尽管目前尚不清楚平流层水蒸气浓度近年来下降的原因，但这一研究成果表明，平流层水蒸气浓度对全球气候具有重要影响。这一观点与周少祥的观点相一致。 3. 拉马德雷现象与平流层水蒸气浓度变化的对应性哥斯达黎加气象协会气象分析预报部主任加沃纳 . 斯托茨近日在接受记者采访时指出，据最新气象卫星云图预测，从 2000 年开始，“拉马德雷”正在进入“冷位相”阶段，这将使“拉尼娜”现象的影响加剧，对全球气候产生重大影响。　“拉马德雷”现象是美国海洋学家斯蒂文 . 黑尔于 1996 年发现的，在气象和海洋学上被称为“太平洋十年涛动” (ODP) 。科学研究的初步结果表明， ODP 同南太平洋赤道洋流“厄尔尼诺”和“拉尼娜”现象有着极其密切的关系，被喻为“厄尔尼诺”和“拉尼娜”的“母亲”， “拉马德雷”一词在西班牙语中的意思也正是“母亲”。　“拉马德雷”是一种高空气压流，分别以“暖位相”和“冷位相”两种形式交替在太平洋上空出现，每种现象持续 20 年至 30 年。近 100 多年来，“拉马德雷”已出现了两个完整的周期。第一周期的“冷位相”发生于 1890 年至 1924 年，而 1925 年至 1946 年为“暖位相”；第二周期的“冷位相”出现于 1947 年至 1976 年， 1977 年至 90 年代后期为“暖位相”。当“拉马德雷”现象以“暖位相”形式出现时，北美大陆附近海面的水温就会异常升高，而北太平洋洋面温度却异常下降。与此同时，太平洋气流由美洲和亚洲两大陆向太平洋中央移动。当“拉马德雷”以“冷位相”形式出现时，情况正好相反。在谈到“拉马德雷”与“厄尔尼诺”和“拉尼娜”之间的关系时，斯托茨介绍说，如果“暖位相”的“拉马德雷”与“厄尔尼诺”相遇，将使其更强烈，出现的次数更频繁；假如“冷位相”的“拉马德雷”与拉尼娜”现象相遇，那么“拉尼娜”将显示强劲的势头，出现频繁。拉马德雷暖位相对应全球变暖时期，冷位相对应全球变冷时期，平流层水蒸气浓度变化是重要原因。 4. 温室效应的可逆机制：水蒸汽的双重身份澳大利亚气象学家布赖恩特指出，许多学生不知道大气中最重要的“温室”气体是水蒸气，或者太阳系中普通的太阳耀斑事件在几天内破坏的平流层臭氧要比过去 30 年间由于臭氧损耗而减少的臭氧数量多得多。事实上，不知道这两件事的不仅仅是学生。主流科学家把全球变暖归罪于温室效应，把减少二氧化碳排放作为控制全球变暖的唯一手段。他们也忘记了水蒸气。威尔森（ H. Wilson ）和汉森（ J. Hansen ）等应用全球大量气象站观测资料，将 1880-1993 年逐年气温对 1951-1980 年的平均气温求矩平值。计算结果为，全球平均气温从 1880-1940 着 60 年中增加了 0.5 ℃ ， 1940-1965 年降低了 0.2 ℃ ，然后从 1965-1993 年又增加了 0.5 ℃ 。北半球的气温变化与全球形势大致相似，升降幅度略有不同。从 1880-1940 年平均气温增暖 0.7 ℃ ，此后 30 年降温 0.2 ℃ ，从 1970-1993 年又增暖 0.6 ℃ 。近百年来的气象资料表明，我国气候存在大约 30 年左右的周期变化， 20 世纪 20-40 年代为 30 年左右的暖周期， 50-70 年代为 30 年左右的冷周期， 80 年代以来又转入暖周期。近 140 年全球平均温度变化和我国近 120 年的平均温度变化表明， 1890-1924 年是低温期， 1925-1946 年是高温期， 1947-1976 （在中国为 1986 年）年是低温期， 1977-2000 年为高温期。温室效应无法解释其中的两个低温期的产生原因。在 IPCC 的各种因子造成的辐射强迫一览表中，有温室气体、平流层臭氧、对流层臭氧、硫化物、矿物燃料产生的有机碳气溶胶、矿物燃料产生的烟尘气溶胶、火山、太阳共 8 种因子。云层厚度、潮汐强弱、深海强震的多寡等对气候变化有重大影响的因子都没有考虑。根据气候冷暖变化的可逆性，一种起决定作用的物理效应就必须是可逆的，不可逆的物理效应无法解释气温的可逆变化。 “地球轨道的变化”是冰期和间冰期交替变化的原因，因为地球轨道变化会影响地球接受太阳能量的数量：数量大对应地球间冰期，数量少对应亚冰期，具有可逆性。温室气体中甲烷和二氧化碳的增温作用不具有可逆性，而温室气体中水蒸气的增温作用具有可逆性：大气中的水蒸气增多，大气层的保温作用就会增强，但是，当大气中的水蒸气超过一定浓度，水蒸气就变成了遮蔽太阳光的云层，阻挡太阳光透过大气，使地表降温。因此，水蒸气具有致冷和致暖的的双重身份。当水蒸气在高空遇冷化为微粒冰晶的时候，也会对太阳光产生反射作用，起到降温效果。李崇银院士说，现在对全球增暖最主要的依据就是 IPCC 的一些报告。在 IPCC 报告里面，就是全球增暖，各种因素对增暖的贡献，你可以看到一张图，那里面就有不确定的地方，布什就利用这个东西，应该说是这样的一个问题，由于你科学上还没有完全确定。美国因为从科学界来讲，还有相当一部分科学家不同意全球增暖是温室气体造成的，还有相当一部分有影响的科学家持这样的一种观点。我认识的很有名的一位美国科学院院士，在好多年前就有他的一些看法，他认为热带的云和辐射的作用比温室气体的作用还大。云的作用就是水蒸气的温室效应的另一面——遮蔽阳光作用。人类释放的二氧化碳在最初阶段可以起到增温作用，伴随全球变暖，大量水蒸气形成。水蒸气也是重要的温室气体，能使全球变暖加剧，当大气中水蒸气的积累超过一定限度，就会形成云层遮蔽太阳光，使气温变冷，大量降水也会吸附大气中的二氧化碳形成酸雨，将二氧化碳带回岩石圈和海洋。于是，一个寒冷的时期在自然的调节作用下可逆地发生了。物极必反就是这个道理。主流科学家没有看到水蒸气的双重作用，因此，他们的预测不可能准确。直线上升的气温模式也不符合气候的历史和规律。水蒸气同样可以导致温室效应，有人认为现存的气候变化模型中对水蒸气考虑不够。我们认为，没有看到水蒸气的双重作用是现存的气候变化模型更大的漏洞。大气层中存在多种温室气体，包括水蒸气、二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、全氟化碳、六氟化硫等。瑞典科学家 1896 年发现，大气层中的温室气体有一种特殊作用，能够使太阳能量通过短波辐射到地球，而地球以长波辐射形式散发的能量却无法透过温室气体层，这种现象被称为“温室效应”。正是由于存在这种效应，地球才能保持较高的温度，创造出适宜生命的环境。但科学家此后也发现，如果温室气体增加，地球温度会因温室效应不断上升，造成气候变暖。控制水蒸气排放，人类依然没有很好的办法，控制二氧化碳等温室气体排放就成为重点。事实上，大自然是通过控制水汽变化来控制气候的冷暖交替：平流层水蒸气浓度对全球气候具有重要影响。参考文献 1. 丁惠萍，张社奇，冯秀绒。太阳辐射与温室效应。物理。 2003 ， 32 （ 2 ）： 94-97 2. 周少祥。再谈全球气候变暖论是一个错误的理论导致的错误结论。 2012-3-2 11:13 科学网。 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=38693do=blogid=543176 3. 任海军。平流层水蒸气浓度下降为全球变暖 " 减速 " 。 2010 年 01 月 29 日 13:39:57 来源：新华网。 http://news.xinhuanet.com/world/2010-01/29/content_12897705.htm 4. 专家告诫：关注“拉马德雷”现象。 2002/1/22 8:19:21 德清气象信息网。 http://www.dqqx.gov.cn/showmain.asp?tid=385 5. E. 布赖恩特，刘东生等译。气候过程和气候变化。科学出版社， 2004 年， 1 页。 6. 杨冬红，杨学祥。温室效应的可逆机制：水蒸气的双重身份。上海环境热线绿色论坛。上传日期： 2007-4-24 http://www.envir.gov.cn/forum/2007/200711341.htm 7. 黄建民，徐之华。气候变化与自然灾害。气象出版社， 2005 年 12 月，第 6 页。 8. 杨学祥。给“全球变暖说”泼点冷水 . 2006-8-30 光明网 - 光明观察 - 学术观点。《世界环境》 2007 年第 02 期。 http://guancha.gmw.cn/show.aspx?id=402 http://news.sina.com.cn/c/pl/2006-08-31/104310882681.shtml; 个人分类: 学术争论|9359 次阅读|2 个评论

窗冰花: 热度 15 dmi2007 2012-2-11 17:00; 过完年，寒流滚滚，最低温度连续数日在零下15度左右。前天早上准备上班，下楼经过门廊时，不经意瞥见玻璃上结满了冰花。立刻想到把它拍下来，因为中午升温后有可能消失掉。看看表，离下一班火车还有12分钟，而我从家里到火车站要走10分钟左右。稍犹豫，立刻返回楼上，取出相机，在3分钟之内匆匆拍了数张。后来一路小跑，还好没有误点。冰花是如何形成的呢？这是因为门廊内气温较高，且含有不少水汽；而室外温度很低导致玻璃的温度低于零度，当水汽遇到零度以下的玻璃时，在玻璃内表面直接凝华成冰晶。另外，玻璃表面光滑度和清洁程度不一，使得冰晶向四周延伸时形成了各种各样的花纹。（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）; 个人分类: 摄影|5494 次阅读|35 个评论

我们有多少水资源（三）: qianlivan 2010-3-23 15:08; 根据地球可以接受到的太阳能所能蒸发的水的量，可以给出地球上可用的水资源量的一个估计（http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=265805）。这样的估计当然是十分粗略的，因为陆地的降水量远小于海洋的降水量。我曾经想这个估计或许可以作为一种水资源量安全到不现实的上限。但现在看来这个上限从理论上讲也不是那么可靠的。根本的原因是用于产生淡水的方法不只有太阳光造成的蒸发。蒸发水的能量来源可以是地热，产生淡水的方法还可以有海水淡化和从空气中凝结。海水淡化解决了海边的富裕缺水国家（例如波斯湾沿岸国家）的用水需求。但是这种方法在远离海洋的内陆就不那么管用了。但是还有一个不错的办法，那就是把空气中的水凝结出来。这个办法就和我同学说的用热机来考虑水资源量有那么点关系了。让我们考虑一个问题，如果某地很长时间没有降雨，空气湿度50%，从空气中凝结水能解决多大的问题。300K时的饱和蒸汽压是35.232百帕，273.2K时的饱和蒸汽压是6.105百帕。用理想气体状态方程$p=(\rho/m_{H_2O})kT$，可以计算两个温度下空气中水汽的密度$\rho_{300\rm K}=25.6\rm g/m^3\times 50\%$，$\rho_{273.02\rm K}=4.9\rm g/m^3$。使1立方米空气从300K降温到273K放出的热量大约是$2.7\times 10^4$焦耳，而实际使用热机实现这个过程，耗费的电能是$2.7\times 10^4\times 27/300=2.43\times 10^3$焦耳。所以理想情况1度电可以制水$3600\times 1000\times/(2.43\times 10^3)\times(25.6\times 50\%-4.9)=1.17\times 10^4$克水。也就是一度电可以制水11千克。在没有运水车，政府又不重视水利的地方，用这个办法制点饮用水还是不错的。; 个人分类: 读书|4074 次阅读|2 个评论

严冬悟霜华: boxcar 2009-12-19 19:09; 不知道是不是存心给在丹麦的哥本哈根讨论着的全球变暖的气候问题上眼药，今年冬天东北贼冷，据说其他地方也差不多。在这样一个严冬之中，晨霜暮雪自然也时常光顾我们这个北国冰城，每天在上下班的路上，它们在给我增添了很多寒意的同时，倒也给我带来了更多感悟科学道理的机会。我每天步行去实验室，都要在科学园的园林里面走大约10分钟，这一段既有寻常的柏油路，也有一段是走在低矮的松柏树丛墙之间，路上还要过一个横跨马家沟的小桥，走过垂柳掩映的林荫路，再经过一段被落叶松林和草坪夹在其中的道路，才能到达我的实验室。如果是气压较高的晴好天气，这一路空气是比较好的，如果是低气压的雾霾天气，科学园里面照样被烟雾笼罩，这段绿地却也不会带来多少额外的清新空气。不过雾霾天气也有它独到的好处，那就是给我一个观察和感悟霜华的机会。雾霾天气一般气压都比较低，但温度不一定很低，空气的湿度略大（水汽比较充沛），有这种天气的夜晚和清晨，地面上经常会有一层薄霜，而松柏的针叶上也有白色的霜华，外面橱窗的玻璃和小桥的铁栏杆上更有明显的一层霜，呈现出很对称的花样，很是漂亮。有时如果碰巧路过一个正冒着腾腾热气的马葫芦（窨井），还会在它上方的树枝上看到平时难得看到的雾凇景观。看到这些东西，我偶尔也有找个相机拍下来留念的冲动，但更多的时候是在试图总结这里面的规律并领悟其中的道理。虽然类似这些自然现象的规律早已被人总结过了，道理似乎也已经清楚明白地写在书上了，我还是更喜欢自己动一动脑，用自己的知识去理解它，尽量去享受一下顿悟那一瞬间的美妙感受。下面就说说我对霜华的感悟。当然由于我不是在做专业化的学术研究，没有专门去观测过霜形成的具体过程，只能试图根据物理知识做些分析。霜的形成是一个凝华过程，更准确地说霜是水蒸气在地表附近物体表面上发生凝华后形成的细小的冰晶。那么按照这个基本的理解，要形成霜，就需要比较充沛的水汽，所以一般都是湿度大、气压低的雾霾天气才最容易有霜。这些水蒸气有了，它们可以先以气态处在空气中或者在空气中直接凝结成微小的液滴形成雾（所以会有雾霾），要要结霜，还必须要有附着的物体，而且水蒸气落到物体上还有两种可能：一种是凝结成液滴，叫露水（既然是水，温度应该还在0C以上）；还有一种便是凝华形成的霜了，这时温度必须在0C以下。从物理学的角度去想，气态的水凝华下来，是必须要放出一些能量（凝华热）的，如果物体不能把凝华所放出的热量及时带走，那么物体表面的温度就会升高，继续凝华就有困难，可能根本长不出我们所能看到的霜粒或霜花，所以物体表面必须要有一定的散热能力，这种散热可以是热传导，也可以是辐射和对流。前面我所描述（看到）的这些物体中，树墙松针上的霜华很有意思，是高处多、低处少，表面通风处多，里面不通风处少，我感觉导致这样现象出现有两个原因：一个是水汽的供给，另一个是散热的难易。显然，通风处水汽供给容易，散热也容易（无论是对流还是辐射），所以霜华就多些。也正是由于这个原因，我可以不用去吉林市区的松花江边（那里的雾凇是最美的，但我只去欣赏过一次），站在马葫芦的边上就可以欣赏雾凇奇观，因为马葫芦一方面可以提供非常充沛的水汽，同时也有一个比较好的空气对流环境，这一它上方的树枝上才容易形成雾凇。相比之下，地面的情况比较简单，相同材质的路面，霜的厚度倒是差不多。那些矩形截面的铁皮栏杆比较有意思，象下围棋一样，呈现出一种金角银边烂肚皮的特征，角部最密集，其次是棱边，平面最少。这可以从单位表面所面向的开放空间不同去理解，面向的开放空间大，则水汽来源充沛、散热容易，所以凝结得多，反之则少。值得注意的是，平面（金属或玻璃表面）上的霜也会出现类似雪花的分瓣的花样，而且多是呈扁平状态附着的，这是由于这些固体有较高的热导率，在其表面散热容易，所以可以沿着某些方向迅速生长，长成比一般有机质（如松针）表面的霜粒大得对哦的霜花。我小的时候曾经注意到，如果水汽比较充足的房间温度远高于窗外，在单层玻璃窗上可以形成很厚的霜花，而且这种霜花可以形成芭蕉林或者玉米地那样更加漂亮的图案，现在想想，应该是窗玻璃附近表面处空气对流促进了更宏观尺度的霜花的形成。以上这些对霜华的感悟，归结起来主要是传质和传热这两个物理过程，不过值得注意的是，在凝结霜的初期，还有一个很重要的冰晶核的形成过程，只有晶核达到了一定的尺寸，后续的凝华过程才能不断下去，形成可见的霜粒和霜花。所以适当的表面状态和表面温度都是很重要的因素，只有表面温度够低、水在表面上容易凝结或凝华时，才能开始，物体本身温度与大气温度差大些，会更有利。; 个人分类: 生活感悟|6513 次阅读|11 个评论

空中水在哪个高度中输送？: zhangxw 2008-8-23 16:59; 空中水在哪个高度（层次）中输送？张学文（ 2006-9-17完成，20080822公布） 2006 年夏季四川、重庆大旱引起了社会关注。有人提出新修的三峡水库大坝阻断了空中水汽通路，形成大旱，也有人说水汽主要在高空流动、输送，水库大坝对它的影响可以忽略。而在过去也不断有人提出把喜马拉雅山挖个洞让印度洋的水汽进入中国西部，改善那里的降水。这些议论涉及了气象学中水分输送的知识。下面把这个问题分两步具体说说。 l 空气主要在哪个高度上流动（输送）：我们知道地球上的空气主要挤在地面附近（大气低层），越到上空空气越稀薄。另一方面空气运动的速度是低层慢，上层快。大约在对流层顶附近（约 12km ）风速达到最大值，然后再随高度增加而减小。空气在各层的输送量是那个高度上的空气密度与风速的乘积值。分别计算出不同高度上的空气密度和风速，把它们相乘，就可以看出在空气各个高度上的空气输送量（我们现在不分析输送方向，只谈输送的数量）。下面是根据南京 4 月多年平均数据计算出来的各个高度的空气输送量图。它基本上代表了我国的一般情况。从这个图上可以看到空气主要是在距地面 2-15km 的气层里运动、输送，其最大值出现在 7-12km 的高空。显然，在长江三峡 2300m 宽河道上修了个不足 200m 高的水坝，对空气的大范围流动几乎是没有什么影响力的。所以我们的结论是空气主要在高空输送，输送量的最大值出现在 9km 的高空。自然，不同季节、不同地区会与这个典型情况有一些差别，例如高空急流不经过当地时，其最大值的高度要低一些。 l 水汽主要在哪个高度上流动（输送）：我们知道水汽比空气更喜欢挤到地面附近（大气低层），它在铅直方向减少的速度比空气更快，于是水汽的主要输送层应当比空气低。其具体的计算方法是把空气密度改为水汽的密度再与风速去乘。而这只要把各个高度上的空气密度乘上对应位置的空气比湿（水分的密度与空气密度的比值），并且继续用（空气）风速乘它（空气与水汽的运动速度是相同的）就得到各个高度上的水汽的输送量了。下图依然是南京的计算例子。南京 4 月的不同高度上的水分输送量图，告诉我们水汽也有个最大的输送层，它的位置比空气低，其最大值（输送的最多）出现在距地面 1.5km 的低空。所以，说水汽主要在高空输送是不妥当的（说它主要在 5 公里以下气层中流动比较妥当）。自然，说三峡大坝阻断了水汽输送也言过其词，因为大坝高度（ 200m ）、宽度（ 2.3km ）与水汽在 6 公里厚、数百公里宽（四川盆地尺度）的大气层里漫流比起来依然是太小了。另外，说西藏高原阻断了大量的印度洋的水汽的北上，这个认识应当是正确的。但是这个问题远不是当代技术条件下把把喜马拉雅山挖个洞所能解决的。要知道即便你真的挖了个水汽通道（如 1km 宽， 5km 深，数千公里长世界上迄今没有这么大的工程），这与把数千公里长的喜马拉雅山挖掉依然是不可比拟的。从气象上看，只有把喜马拉雅山挖掉水汽才可能从印度洋大量进入我国。而这些都不是现代技术可以完成的工作。 21 世纪我们是具有了更大的改造自然的技术能力，与此对应我们必须发展对应的气象与环境改造理论，为改造自然提供确有把握的方案， 21 世纪的气象学任重道远。; 个人分类: 空中水科学|5500 次阅读|1 个评论

置疑：印度洋水汽北上论: 热度 1 zhangxw 2007-6-1 10:39; 置疑：印度洋水汽北上论张学文（原写于2000年秋）城市、华北、西北严重缺水是当代中国的大问题。我国已经进入利用现代科技手段改造自然的新阶段。能否用现代科技手段解决这些缺水问题，就成为科学界要回答的突出问题。就此，除有人提出地面引水北上外，从1980年就有人提出炸开喜马拉雅山引印度洋的水汽北上解决西部、北部缺水的主张。2000年8月24日4版《科学时报》署名冯雷、刘春兰、冯正祥的《对开发水气资源的几点建议》一文就以中国海洋石油总公司的专家建议的口气，又谈了上述看法。做为气象工作者，我认为炸山引水汽的想法过分天真了。且不说人工是否有力量把喜马拉雅山挖掉（深3-4公里、宽500公里、长1000公里。很吃力的地质钻井也仅是钻个几公里深的小孔！）现代人力是否可能，它在气象上至少有这些问题很不明朗：姑且认为这个工程可以完成。考虑印度的气压本来就比中国低，挖开喜马拉雅山以后更可能的情况是北方的空气带着比较干的水汽从西藏进入印度而不是印度洋的水汽进入中国。如果是这样，不仅中国问题没有解决，印度的降水也可能减少！姑且认为印度洋的水汽真的源源不断地随气流北上进了中国。这些高度在0-4公里气流究竟向东部去还是向北部去？气象学上可以拿出可信的预言吗？我估计不能。如果这些气流加入东去的行列，它也可能使水患严重的长江等地年年闹水灾。姑且认为这些湿气流都到了北方。它们真的都变成了雨水降落到地面吗？现代气象学的理论说一个地域的降水量与水汽的输入量与输出量的差成正比例，而不是简单地与水汽的流通量成正比例。所以源源不断的水汽也可能北上以后又浩浩荡荡地走了。就好象贫穷山村的孩子看着满载货物的火车向他驶来而高兴，可惜的是火车没有在这里停而是匆匆地又走了，现代化的火车让孩子空喜一阵，而山村贫如故。科学界不能让开了喜马拉雅山的劳动者都成了那望着火车空喜一阵山童吧！仔细想想，这个方案不仅工程量在人类历史上是空前的，在气象上也是悬案重重。有人也会反问：他人的方案有问题，你有什么建设性的意见？我认为不能用急功近利的思路处理这个多年的梦想。当前要办的不是讨论空中输水的可行性，而是支持大气中水分环流的理论研究。没有这个领域的有力的理论基础，任何方案都是空中楼阁。空中输水进不了启动阶段不会被后人责怪，大气中水分环流的理论研究（我称它为大气水文学）迟迟没有被提上研究议程我认为就是现在的失误了。对此问题有兴趣的同志可以看我的个人网站上的有关部分; 个人分类: 水资源|6793 次阅读|7 个评论

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