地-气能量平衡与全球气候变化

地-气能量平衡与全球气候变化
摘要:
地球表面与大气之间存在着各种形式的运动过程,太阳辐射是维持平衡的主要源泉,太阳辐射在到达地球以前要经过大气的削弱作用,最后吸收约太阳辐射的47%,天气和气候就决定于接受太阳辐射和散失热量之间的平衡, 气候系统能量收支的全球长期平均应该是平衡的。

因为驱动气候系统的所有能量均来自于太阳，能量平衡意味着进入的全球太阳辐射总量必须等于被反射的太阳辐射与气候系统射出的红外辐射之和。

全球辐射平衡的扰动被称为辐射强迫，它是由自然或人为因素引起的。

大气中的水蒸气、二氧化碳和其他微量气体，如甲烷、臭氧、氟利昂等，可以使太阳的短波辐射几乎无衰减地通过，但却可以吸收地球的长波辐射。

因此，这类气体有类似温室的效应，被称为“温室气体”。

温室气体吸收长波辐射并再反射回地球，从而减少向外层空间的能量净排放，其过量排放导致全球性的气候变化，给生态环境以及人类生存带来了极大的挑战。

关键词：能量平衡太阳辐射温室效应气候变化
1引言
地球的温度是由太阳辐射照到地球表面的速率和吸热后的地球将红外辐射线散发到空间的速率决定的。

从长期来看，地球从太阳吸收的能量必须同地球及大气层向外散发的辐射能相平衡。

太阳辐射被大气削弱后到达地面的辐射分为两部分：一是太阳直接投射到地面的部分，称为直接辐射；而是经过散射后到达地面的部分，称为散射辐射。

两者之间之和，即为总辐射。

投射到地面的太阳辐射一部分被地面吸收一部分被地面所反射。

地球表面的平均温度完全决定于辐射平衡。

由于人类活动导致的地气能量平衡系统的破坏，全球变暖已经成为不可逆转的趋势，而且将日趋严重。

正如美国著名的气候科学家杰里·马尔曼说，“确凿的证据是明摆着的。

”如果仅就人类自身目前的感受而言，气候变暖的感觉似乎并不坏：油价降下来了，天寒地冻的感觉没了……不过，科学家理性而严谨的分析会让你透过眼前的表象看得更远：在不太远的未来，人类将不得不承受气候变暖所带来的灾难性后果，比如说数十亿人缺水、南北两极冰盖将迅速消融，海平面升高将导致一些岛国的消失，暴雨、干旱、热浪等极端天气将频繁出现，生物链被打乱以及传染疾病肆虐等。

世界经济论坛等机构10日在日内瓦发布的“2007年全球风险”报告称，气候变化将成为21世纪全球面临的最严重挑战之一，由全球变暖造
成的自然灾害在今后数年内可能会
导致某些地区人口大规模迁移、能源
短缺以及经济和政治动荡。

2.温室气体的保温作用
温室气体则可以吸收地表辐射
的一部分热辐射，从而引起地球大气
的增温，也就是说，这些温室气体的
作用犹如覆盖在地表上的一层棉被，
棉被的外表比里表要冷，使地表辐射
不至于无阻挡地射向太空；从而使地
表比没有这些温室气体时更为温暖。

人类社会工业化以后(1750年)，尤其
是1850年全球有了准确的气象仪器
记录以来的气候变化.它表现为全球
平均温度、温室气体浓度、海平面的
图1
迅速的上升与积雪面积的明显减少等主要特征(图
1). 虽然与漫长的地质年代相比，它们的变化幅度
有些并没有完全超过自然的脉动，但它们的变化速
率是空前的，如二氧化碳浓度，地质年代的变率约
为--100ppn/百万年，即0.0001ppm/年(或0.001ppm/
年)，而近百年的二氧化碳浓度增长率为1-1.9ppm/
年，约为地质年代的10000倍(至少是1000倍)!温
度增加率为0. 0001 ℃/年或0 .00001 摄氏度/年，
而近百年的温度增加率是--1℃/100年是地质年代
的100-1000倍!
按照联合国政府间气候变化专门委员会
（IPCC ）2月2日在法国首都巴黎发表了全球第
四次气候评估报告摘要，地球表面气温在过去100
年里上升了0.74℃，到2100年可能比1980年至1999年时高1.1℃至6.4℃（图2）。

许多学者
的预测表明，到下世纪中叶，世界能源消费的格局若不发生根本性变化，大气中二氧化碳的浓度将达到560ppm ，地球平均温度将有较大幅度的增加。

政府间气候变化小组发表新的评估报告，再次肯定了温室气体增加将导致全球气候的变化。

2.气候变化的地区影响
3.1非洲
2020年，7500万到2.5亿人预计将遭受因气候变化导致的水短缺压力，需水量大的农作物有可能减产50％；农业生产包括食物，会受到严重威胁，这将反过来进一步影响食品安全，加剧营养不良；到本世纪末，海平面上升将侵袭居住着大量人口的低海拔沿海地区，而为适应这一变化所需付出的代价至少要占GDP 的5％~10％；2080年，干旱与半干旱地区的面积将增加5％~8％。

3.2亚洲
2050年，中亚、南亚、东亚、东南亚，特别是大的江河流域的可用淡水将减少；沿海区域，特别是南亚、东亚、东南亚地区人口众多的大三角洲地带，将遭受日益频繁的源自海洋的洪灾侵扰，在一些三角洲，洪灾则来自一些河流；在东亚、南亚、东南亚，由同洪涝灾害相关的腹泻所导致的地方疾病率与死亡率将上升，因为这些地区水文循环发生变化。

3.3澳大利亚和新西兰
2020年，显著的生物多样性损失将发生在一些生态富饶地区，包括大堡礁和昆士兰州的潮湿热带；2030年，澳大利亚东部、南部地区，以及新西兰北部和一些东部地区的用水安全问题将加剧；到2030年，因为干旱和火灾，澳大利亚南部和东部大部分地区，以及新西兰东部部分地区的农业产量将下降，林区面积缩小。

3.4欧洲
气候变化使欧洲一些地区资源、资产的地域差异拉大，还将产生一系列不良影响，诸如内陆地区山洪暴发，以及由于风暴和海平面升高所致的更加频繁的近海洪灾和海岸侵蚀；高山地带将面临冰川消退，积雪层和冬季旅游减少，以及大范围物种损失；在欧洲南部，已经受到气候变化影响的一些地区，高温和干旱情形还会进一步恶化，同时可用水资源、水电开发潜力和夏季旅游也将受到影响；气候变化还使因热浪袭击导致的健康问题增多，同时增加了森林火灾发生几率。

图2
3.5拉美
本世纪中期，温度增加以及随之而来的土壤水分的减少将逐步导致亚马逊河东部的热带雨林被热带稀树大草原所取代，半干旱植被也将逐渐被干旱植被取代；一些重要农作物产量与家畜数量下降，对食品安全造成不利威胁。

在一些气候温和的区域，大豆产量会增加。

总的来说，有饥饿之虞的人数将会增加；降水模式和冰川消失将会发生。

3.6北美
北美洲西部山脉气温上升导致积雪量减少，冬季洪灾增多，夏季流量减少，恶化了这一区域对过渡分配的水资源的竞争状况；在本世纪头几十年里，中等程度的气候变化将使靠雨水灌溉的农作物增产5％~20％，但在不同地区间这一情况会有重大可变性；在本世纪内，已经经历过热浪的城市要经受更强烈的、持续时间更长的热浪，由此引发更多的对健康不利的问题。

3.7极地地区
冰川、冰层和海冰的厚度与面积都在减少，对自然生态系统中的生物体产生不利影响；对于生活在北极圈内的人类群落来说，不利影响主要是因冰雪环境有变，被迫逐步改变其传统的生活生产方式；两极地区特殊的生态系统和生活环境更容易受到影响，因为防止物种入侵的气候屏障作用在减弱。

3.8小岛屿国家
海平面上升恶化了小岛屿国家的生存环境，洪水、暴风雨雪严重损坏小岛上的各项基础设施，影响岛上居民的生计甚至关乎其生存；沿海环境恶化，比如海滩侵蚀、珊瑚白化病等，会影响到当地资源；到本世纪中期，气候变化将减少很多小岛国的淡水资源，在低降雨时期，用水将十分紧张；越来越高的气温下，会遭受非本土物种的入侵，特别是在中高纬度地区的岛屿。

参考资料：《球气候变化中的物理问题》，丁一汇（物理·38卷2009年第2期) 《全球气候变暖：从66％到90％》，罗春华（人民日报，2007年2月）
《IPCC报告：气候变暖明确无疑应对之策完全可行》，黄勇（中国环境学报，2007年11月）。