主题：【原创】杂谈全球变暖 -- 快乐是什么

再次说明一下，这一行现在可不算冷门。主要研究机构里中国学者很多，河里一定有不少专业高手。不少人已经开始指出文中的错误，我很不脸红地虚心接受，也非常乐意做一个诱饵，让更多的专家暴露出来。还请诸位方家不吝指教，只要拍砖时下手温柔一点就行（我怕疼）。

周末被华北大平原的冷风吹了几遍，私下里很是希望北京先变暖了再说。

说正事之前，再闲扯两句。各国吐沫星子飞溅地在哥本哈根争执，好像为地球和人类前途忧心忡忡，其实最关心的是自己家的后院。我们做个简单试验。假设我们接受IPCC里比较悲观的数字，即全球年平均气温升高４摄氏度。在这个地球村，这个上升的分配方法有很多种可能：

１． 每家都一样，每天比以前热4度

２． 每家都一样，但时间上不均匀，冬天热8度，夏天不变

３． 每家都一样，但时间上不均匀，冬天不变，夏天热8度

４． 张三李四王五都不变，你替他们承担，所以他们家还和以前一样，但你家每天比以前热16度

５． 不知道会怎么样，每天随机分配，全看橡树村长今天喝了多少。

如果让大家自己来选，你会选哪一种？

选2的人可能最多，这些人很理性，追求舒适，适合做小资。选1的是社会主义者，以最平庸的方式应付变化，看起来公平，安全可靠。如果你选了3，一定喜欢挑战，没事也要找事，自信心超强，是适者生存理论的热烈拥护者。选4的都是经济学家和金融家，在华尔街和证券公司工作，他们敢于选择表面看起来不利的地位，是因为相信那几只看不见的手，知道一定有办法拿到回报。比如要求三家出钱帮你买电买水买空调，晚上睡到张三李四那里，或是用无法拒绝的诱饵唆使对方上当，然后让对方出大钱把自己的房买回去。

选5的是与村长喝酒的人，或者就是村长本人。

如果我们把问题换一下，你最不能接受的是哪一个呢？是3还是4？

对我来说，最不能接受的是第5种，因为不知道后果是什么。而确定后果是什么，就是我们研究的目的。

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六．麻烦的问题

到底什么问题这么麻烦呢？让我们从基本问题开始。

既然谈气候变迁，请问诸位，什么是气候？

为了安全起见，我去百度了一下，里面的定义是：

听起来，都对，就是没什么用。还好，百度接着说：

这句话有点实质内容。我们据此引申，所谓气候变化就是温度、降水、风等气象要素在统计意义上的变化。这些气象要素中，温度大概是最基础的要素，天气预报中从来少不了“明天最高／最低气温”，也正是这个原因，“人类活动对地球气候变化的影响”常常被（科学上很不严谨地）简称为全球变暖。

好吧，让我们专注于温度。全球气温是由什么决定的呢？更确切地说，全球年平均近地表气温是由什么决定的？IPCC里面说是辐射平衡，说明那里的大气辐射派占了优势。

大气物理一般分成３部分，辐射、动力、云物理，辐射可以说是研究大气系统能源的，动力是能量传导机制，云物理是微观过程。打个不特别贴切的比方，如果大气系统是辆汽车，辐射就是研究引擎的，动力是研究传输系统，云物理则负责其他细节。当然，大气系统不是工程师设计出来的东西，里面有很多设置不太合理（或者我们不明白），非线性过程更是臭名昭著，所谓蝴蝶效应和混沌理论就是大气动力专家Edward Lorenz在麻省理工捣鼓出来的。这位Lorenz也是个大师，曾以世界气象组织的名义写过经典的《大气环流现状与理论》，也是我个人很崇敬的人物之一。他本来是个大气动力专家，是麻省理工的土产，自然就喜欢数学和计算机，是个大气数值模拟的前辈，也开创了大气数值模型研究气候的领域。他这样的大师，却发现自己的大气模型数值结果相当不稳定，找了半天原因，最后发现不是自己的错，是敌人太狡猾，空气里蝴蝶太多。后来他写过一系列的论文，讨论大气系统的可预测性和模型稳定性问题，曾是所有搞模型的同学们的必读材料。

作为能量来源，辐射平衡对气候温度非常重要，但是传输系统也很重要啊！要知道，几乎在地球任何一个地区，辐射都不是平衡的，甚至是非常不平衡的。这些能量靠的是动力推动气流跑来跑去，形成了风，风中挟着水蒸气，到了冷的地方就凝结成云，云厚了就降水，形成雨雪，有时风太大（或是对流太强），摩擦出来静电，就打雷。大家可以看到，几乎所有气象都和动力相关，所以习惯上，很多人认为动力是气象的领域，那时北大的动力教材就叫《动力气象学》。

平心而论，大气动力对气候还是有着至关重要的影响。前面我们谈到过一点气候带迁移，地球上最大的气候带分别是热带、温带、寒带，看起来是按纬度划分，其实完全是大气环流决定的。而且，气候研究里最让人头疼的就是耦合/反馈问题，动力与辐射的耦合是非常强的，云物理也有自己的地位。我曾经的专业就是辐射，毕业论文也是有关辐射平衡的。个人感觉，没有动力和云物理的参与，很多事情定不下来。

为了简化我们的讨论，让我们暂时接受IPCC的理论，主要谈辐射。下面是IPCC给出的辐射收支平衡表：

虽然具体数值可能还有出入，但基本原理都在这里。可以看出，地球气候系统的主要能量来源是太阳光(生物系统也一样，万物生长靠太阳啊)，其中30%左右的太阳光压根就没被吸收，剩下的70%中，大部分用来加热地表，另一部分被空气中的有效成分吸收。同时，由于黑体辐射原理，地球也在向外辐射，但是，尽管大部分短波辐射（阳光）被地表吸收，离开地球气候系统的长波辐射却主要来自空中的云及温室气体，地表辐射的绝大部分都被大气吸收了，这也就是温室效应的来历。不过，有必要澄清一点误区，玻璃室或塑料大棚那样的温室效应主要是隔离了空气对流导致的，与大气中以辐射为主的温室效应还是相当不同的。

既然辐射决定了温度，温度代表气候，那么，代表气候变化的温度／辐射变化有多大呢？

大部分模型估算的CO2浓度加倍后的包括各种反馈在内的辐射总影响（forcing, 中文翻译成强迫，很别扭）一般就是４瓦左右，对，４瓦，基本上在我们现有测量误差的范围内。要知道，我当年看到的总辐射平衡在240瓦左右，IPCC2007版里标的是235瓦，区别不小，这个2%的区别应该主要是测量误差，而不是真正的变化。根据我１０多年前的了解，当时的卫星测量误差应该不小于３到４瓦，也就是说，我们其实不知道大气层顶是否真的是在辐射平衡中，现有系统的状态是不确定的，其不确定性与我们需要预测的全球变暖（50年后）的影响在同一数量级!

全球变暖这个课题的答案这么困难，除了大气系统的复杂性之外，最主要的原因是其变化其实很小。不仅辐射平衡的变化小，近地表温度的变化也不大。IPCC里提到了，模型的预测是全球年平均近地表温度升高２－４度，考虑到物理上是用绝对温度的，目前的地表温度就在290度左右，这个变化的比例也相当微弱。我们的任务是用不太可靠的数据来开发模型，然后又用这个粗糙的模型来预测不太明显的变化。考虑到气象模型甚至不能保证对２４小时后天气温度的预测精度，我们有什么理由期待气候模型能够更精确的预测未来５０年后的气候温度呢？给大家另一个极端的例子，我当时就没有听说过哪个模型能成功地模拟大冰川时期的气候，即使考虑了地球轨道的影响，就是留不住冰盖，除非太阳辐射比现在弱很多。

大气物理是一个相当传统的物理专业，手中的武器或工具非常平淡，动力专家手里是一套流体力学方程加上一组热力学方程，辐射专家主要倚仗黑体辐射公式和物质吸收谱线。吸收谱线是个很有力的工具，自从本生灯发明以后就一直是个传奇性的东西，人们用它发现了太阳上的元素组成，宇宙的成分，也可以用来鉴别哪个气体是温室气体，估算空气对辐射的影响。

为了简化思考，也是出于经典牛顿力学的习惯，大家把气候想象为一个物体，而大气辐射（以及动力）效应则被拆分成很多强迫（forcing），有些是把气候往变暖推，我们把它们叫做正强迫，其它那些使气候变冷的自然就是负强迫，这些强迫都一起作用于气候，总的强迫是正，自然就是变暖，否则就是变冷。到底是哪些变量在给我们制造麻烦，而它们的强迫是什么？为了节省时间，我就不详细论证了，推荐有兴趣的同学去读橡树村兄非常细致的读书笔记。

问题是，这些强迫每一个都不小，但大部分都相互抵消了，我们要找的是它们抵消后剩下那部分。想象一下，气候就像是一列火车，头尾各一个差不多功率的火车头同时往反方向拉，在头部的锅炉工刚刚拿到一个稍微大一点儿的加煤铲，问你火车往哪儿边走？（温馨提示：回答左右都是错的！）

何况，我们还要考虑海气耦合作用，因为地球海洋的热容量远远大于大气层。大多少呢？大家知道，海平面的大气压可以顶起１０米高的水柱，也就是说，整个大气层的重量相当于１０米深的水，其总热容量也基本相当，海洋的总水量比１０米要大得多。具体数值，可以问河里的海洋专家，如抱朴仙人。

海气耦合的典型例子有气象尺度的台风，短期气候里的埃尔尼诺现象，小冰期里的北大西洋洋流（就是前面提到的电影里被有意曲解的）。在全球变暖问题上，海气耦合带来的强迫基本还是未知数。

在我看来，在信息和理解均不充分的条件下去精确预测未来，这是全球变暖问题带来的最大挑战。

再多嘴一句，全球变暖虽然不是一个很科学的讲法，但比气候变化还是有意义的多。毕竟，气候一直都是在变化的，这与全球变暖最初的初衷（研究温室气体排放使全球气候变暖的问题）是很不一样的。

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