人工影响气候详细资料大全

Sep13

人工影响气候详细资料大全

时间:2020/09/13 01:27 | 分类:知识大全

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人工影响气候详细资料大全

人工影响气候(climate modification)是指人为改变某个气候形成因子而造成的气候变化。如人类活动释放出很多二氧化碳及其他别的温室气体,从而造成大范围人工影响气候。

中文名称人工影响气候
英文名称climate modification
定  义人为改变某个气候形成因子而造成的气候变化。
套用学科大气科学(一级学科),气候学(二级学科)

基本介绍

  • 中文名:人工影响气候
  • 外文名:climate modification
  • 形成原因:人为改变气候形成因子而造成的
背景知识,形成机制,影响下垫面,平流层演变,生产生活排放,模式,影响,研究历史,人工改造气候,地球工程,

背景知识

气候变化是指气候平均状态随时间的变化,即气候平均状态和离差(距平)两者中的一个或两个一起出现了统计意义上的显著变化。离差值越大,表明气候变化的幅度越大,气候状态越不稳定。《联合国气候变化框架公约》(UNFCCC)第一款中,UNFCCC将因人类活动而改变大气组成的“气候变化”与归因于自然原因的“气候变率”区分开来。气候变化(climate change)主要表现为三方面:全球气候变暖(Global Warming)、酸雨(Acid Deposition)、臭氧层破坏(Ozone Depletion),其中全球气候变暖是人类目前最迫切的问题,关乎到人类的未来!

形成机制

影响下垫面

人工影响气候是指在相当大的范围里改变下垫面的性质。下垫面的一个主要特征就是它的起伏。起伏大的地形对大气环流有显著的影响。然而,即使小的起伏,如森林带,对气象过程也可施加一定的影响。例如,小的地形起伏如一小块高地,也会造成降水不均匀。很可能,小的但是专门研制的某些装置会对低层大气的状态带来一定的人工影响的效果,例如,它们可能激发湍流运动。

平流层演变

一个可能对造成气候的现象进行人工影响的方法是当它们还在平流层演变的时候就介入这些过程。高层大气中物质稀少,在与太阳活动有关的诸现象的作用下,平流层像对流层输送的能量也很少。这样便增大了人为地从实质上改变高层大气性质的可能性,这种改变大到能改变低层大气活动的性质。在苏联科学家的著作里都再三提到这类可能改变人工影响气候的方法。 释入大气的某些物质在平流层光化学过程中起了催化作用。目前已判明的“ 催化剂”是那些不固定的氮和氯的氧化物。它们的反应活性很强, 它们的反应产物吸湿性很强, 在对流层低层只有很短的寿命。地面直接排放, 如燃烧产生的一氧化氮是不必考虑的。要考虑的是那些直接释人高层大气的排放物(如飞机引擎废气中的一氧化氮) 或者释入对流层低层的某些稳态形式的化合物, 它们一经被输送到合适的平流层高度, 就会因化学反应而生成催化剂。已判明的地面排放物主要是一氧化氮和卤化碳氢化物, 特别是氟利昂。一氧化碳是微生物的过程的自然产物, 但它仍可被视为一种人为排放物, 因为研究结果表明来自农业用地的产生率(尤其是大量施肥的土地) 远远超过了自然生态系统的产生率。人们目前对平流层无意识变性的关注集中在上述两类地面排放物和飞机高空排放的一氧化氮( 以及火箭发动机所排放的盐酸)方面。

生产生活排放

一般由于工业经营和人类活动造成的进入低层大气的热能迅速增加,一些新的化合物燃烧生成物和工业污染物的进入大气,地表面性质(粗糙度、反射率及其它)的改变以及开垦造成的水循环的变化等,所有这样都无可避免的以各种方式在支配气候的整个水文气象过程中反映出来。 研究者提出的一些关于气候年化的假说,关系到主要洋流的改变和新洋流的产生,例如,可能由于白令海峡水坝和抽水站的建设造成气候变化。

模式

由国际知名专家组在麻省理工学院主持下撰写的《人类影响气候的研究(SMIC)》的报告,提出了一个研究气候变化的相互作用模式。其数学通则已由塞莎吉里拟定。由于人类影响气候研究的基本模式已经通过了细致的构思,可以以此作为人工影响天气和气候模式的基础。模式如下: (1)海洋-大气耦合:海洋输送和储存大量热量,从而使大气中温度的南北向差异变小。同时,海洋还供给大气以水汽,调节水的循环。因为海洋和大气联系如此密切,通常气候的变化伴随着海面温度的变化,反之亦然。 (2)水汽-温室耦合:大气的温度发生改变时,相对湿度就会出现一个重新分布,并且只要有足够的时间,新的分布形式就要稳定下来。这就叫“水汽-温室耦合”,其顺序是:较高的温度-大气中的水汽更多-“温室效应”更为明显-较高的温度。 (3)积雪-反射率-温度耦合:因为积雪和积冻的反射率比光秃土壤或海洋的反射率大得多,高纬度地区的温度在很大程度上受积雪和积冰分布状况的控制。连锁反应的过程:较大范围的积雪-日射的反射增多-地面温度较低-较大范围的积雪。这一机制对气候的敏感程度,特别是高纬度地区气候的敏感程度有着极为深刻的影响。 (4)日射和积雪的季节性变异:因为冬天积雪厚度增加,夏天积雪厚度减小,太阳辐射的季节性变异对积雪厚度的变化有很大的控制作用。这对气候有显著影响。 (5)云量-辐射平衡耦合:要对这一耦合性质的了解,求出云的分别、相对湿度、温度和垂直速度等大尺度分布之间的函式关系十分重要。

影响

气象学家认为人类活动会无意识地影响天气和气候,即二氧化碳、粒子、云量、臭氧、反射率和直接像大气排放的热量。 (1)大气里二氧化碳增长率约为0.7ppm/年,这个在1958-1970年期间确定的。这个增长归因于燃烧化石燃料,其中50%滞留在空气中,其余的可能性进入生物圈和海洋。把未来二氧化碳消耗的估计量引入空气、水和生物圈之间交换CO 2的模式中去,就得出2000年CO 2浓度的预报值为385ppm。这些增长影响的极粗糙计算表明,全球地面层温度约升高0.5℃。 (2)利用太阳辐射的衰减作为大气浑浊度的一个度量,在北纬30°以北几乎所有的观测资料都反映了约自1945年以来尘埃含量增大。北纬30°以南,只在主要城市附近台站变现出类似的趋势;粒子含量增大可以导致几种影响气候的作用,低层大气的增暖或降温,取决于粒子特性。 (3)在控制气候方面,云量具有重要作用。飞机的凝结尾迹能使高云量增加对气象站的常规云观测表明,自从喷气式飞机出现以来,高云量有所增加。 (4)改变土地的用法也会对气候变化有影响,但净效应还不清楚。

研究历史

公元前480 年, 波斯国王薛西斯下令在当今达达尼尔海峡架桥攻打希腊。突然狂风大作把桥刮得四分五裂, 薛西斯这位王中之王让人抽了大海300 鞭并将建桥工匠全部处死。 100 年之后, 亚里士多德在《气象学》里写道:大气现象遵从自然规律而非某些非理性的力量。然而, 教会扼杀天象观察, 诬之为迷信, 有时甚至斥之为巫术。只是由于流体力学的发展, 以及依仗模糊理论和分割理论, 气象学才赢得某种相对的尊重。人们借助上述两种理论, 建立了气旋生长和发育的模型。气象预报取得长足进步, 但是人工影响天气的古老梦想始终等待实现。 从19 世纪起, 人们炮击云层。稍晚, 人们发明了防雾炮, 随后又是爆炸火箭, 用来形成热空气洞以消弭雹子云。然而, 其结果却并不令人信服。以后, 产生了撒播吸水盐类或碘化银驱云的念头,因为吸水盐类能加速水滴形成, 而碘化银能够加速雪花形成。在50 —60 年代进行的首批试验令人失望。如今, 一些试验者宣布,在通过蒸发法撒播碘化银的雷雨云中, 大颗雹粒的含量减少了40 %。而在进行首批试验的同时, 美国人于越南战争期间进行了使飓风改道的尝试。尝试的结果被列为“国防机密” :“改道”的飓风横扫了一个全然没有预料到会发生飓风的富庶地区。 人们不能中止降雨, 但人们也许能够在需要时引发降雨? 法国气象局、比利时全国冶金研究中心和法国全国研究中心联合开发了数字模型, 有助于更好了解强降雨云的表现, 从而更准确地按时催雨。也就是说, 还是使用撒播法, 但选择在云不稳定的阶段、在更合适的位置撒播。最近在南非、泰国、墨西哥和以色列进行了试验, 试验结果第一次表明地面雷达的反射增加了12 —15 %(尤以以色列的结果为佳)。这些雷达对小水滴看得更清楚:水滴越多, 雨就越少;水滴越大, 雨就越多。窍门何在? 这是因为撒播的颗粒大小不一。 某些科学家认为这个尝试应在大范围内进行, 所以正在孕育最为大胆的计画。20 年前, 他们甚至构想用某种黑色物质覆蓋南北两级, 以降低冰雪反射率(反射梯度), 这样可以加速冰盖消融,最终改变温室效应的参数。不过是朝哪个方向改变呢? 谁也不知道。似乎在有限范围改变气候参数比较合理。在巴拿马, 由于在运河周围营造了茂密的森林, 提高水闸水位所必不可少的降水已经增加。在利比亚和其他一些中东国家, 由于在沙漠深处栽种了直径100 公里的环形灌溉作物带, 一点一点地提高了地下水位。这样的经验只待推广。比如, 可以在半干旱地区采用适合当地气流特点的形状、栽种宽50 公里的植物带。为何不能利用河水将利比利亚半岛南部变成繁茂的半亚热带森林呢? 这样用不了10 年,这项领土整治工程就会影响北非, 把它恢复为非洲大陆的粮仓, 就象罗马时代一样。

人工改造气候

许多科学家认为,在温室气体减排努力不奏效的情况下,为了防止人类坐以待毙,可以考虑主动出击,启动紧急气候计画——“地球工程”,采取人工反射阳光或者人工捕捉和存储温室气体的方式令地球“降温”。
前不久,欧巴马的科学顾问、哈佛大学教授约翰·霍尔德伦在接受上任后首次采访时也透露,白宫正在讨论将地球工程纳入解决气候问题的紧急方案。许多科学家指出,人工改造气候看起来似乎是个激进的方案,但或许是人类难以避免的方案。
1991年6月15日,位于菲律宾吕宋岛的皮纳图博火山突然喷发,大量火山灰喷发到空中,遮蔽了太阳。这是20世纪世界上最大的火山喷发之一,300多人因此丧生,但是这次火山喷发也给科学家提供了将人类从气候灾难拯救出来的巨大启示。
当时,有2000万吨二氧化硫逸出,进入大气层的最上层,像灰霾般遮盖了地球,将太阳光折射回太空。此后几年,气象学家惊讶地发现,这次火山喷发导致地球的温度降低了0.5摄氏度,大大遏制了全球变暖的脚步。在皮纳图博火山喷发前的一个世纪中,人类工业生产所导致的温室气体排放已经令地球的温度上升了1摄氏度。
尽管这一作用是暂时的——一两年后地球的气温又开始上升了,但是科学家们开始思考,这次火山爆发是否给人类提供了一个对抗气候变化的强力武器。如果通过火箭将二氧化硫推至大气层上层,是否也会马上产生降温效应呢?而且,这样做跟即便最乐观的减排方案相比都可以省上千倍的成本。一些科学家由此开始探究如何令这一地球工程更加有效,并将副作用减少到最低。
还有一种广为接受的地球工程是将二氧化碳从大气中移除,然后储存在地下。这一方式目前已经开始在煤电厂进行试验。但是,它只能降低未来温室气体的排放量,无法从根本上解决问题。科学家担心,这个问题始终存在:无论如何减少排放量,二氧化碳将会继续在空气中存在1000年,继续令地球变暖。
所以,越来越多的科学家开始感受到遏制全球变暖的紧迫性,并开始严肃对待地球工程。他们主张必须用人工方式改造气候,采取将现有二氧化碳吸出大气或者使用反射太阳光的方法令大气迅速降温。
2006年,英国出台的一份权威报告显示,使用减排方式来稳定地球气温,花费只占全球年度总GDP的1%~4%。而使用反射太阳光的方式给地球降温更加便宜,只需要全球GDP的1%的千分之一。

地球工程

地球工程是指为稳定地球气候而实施的人工气候改造计画。
过去20年间,科学界涌现出多种地球工程计画。除了在大气层释放二氧化硫或其他化学物质将太阳光反射至外太空之外,还有科学家提议将镜子送入地球轨道,为地球挡住太阳光。上世纪90年代,氢弹的发明者爱德华兹·泰勒还提议将反射性金属微粒推入大气层。
诺贝尔化学奖得主保罗·克鲁岑和诺贝尔经济学奖得主托马斯·谢林是人工改造气候计画的主要推动者。
而欧巴马的科学顾问、哈佛大学教授约翰·霍尔德伦近日在接受采访时也表示,白宫已经开始对地球工程进行论证。此外,美国国家科学院最近将地球工程列入其对付气候挑战项目的首个工作坊内容,并定于今年6月份敲定细则。
英国议会也在讨论这一观念。而英国皇家协会已经先行一步,开始着手研究选择哪种地球工程最为有效。3月份在哥本哈根举行的国际气候科学家会议上,有15个演讲是跟地球工程有关的。
支持地球工程的最响亮的论据就是温室气体减排的方案失败了。
目前,《京都议定书》是各国政府用来应对气候变化的最重要工具,同时也是唯一受国际社会认可、有约束力的条约。《京都议定书》呼吁到2012年前,将全球温室气体排放降5.2%,降到低于上世纪90年代的水平。然而,在2001年签署《京都议定书》的40个国家中,有21个不但没有达到减排目标,而且排放量增加了,其中包括《京都议定书》签订时的东道国。尽管英国、德国、法国都有所减排,但是没有一个能够达到《京都议定书》的目标。而像中国和美国这两个温室气体排放大国都还没有加入《京都议定书》。
同时,续签《京都议定书》并制定更严格标准的努力很有可能落空。《京都议定书》的减排协定将于2012年届满。今年12月,《联合国气候变化框架公约》的缔约方将于哥本哈根举行会议,讨论延续《京都议定书》并扩大其签约国的问题。有专家指出,这一会议的内容将决定地球将来的生态、经济及社会发展。
有专家将地球工程视为疯狂的科学,避之唯恐不及。他们担心,鼓吹地球工程会损害多年来在减排方面的努力。人们一旦知道还存在其他抑制气候变化的捷径,那么就不会为抗击全球变暖作出真正的牺牲。而且,人工改造气候这一观念本身就惊世骇俗:如果科学家连天气预报都无法准确预测,又如何改造全球的气候呢?
有科学家批评,采用反射太阳光的地球工程会带来许多副作用。其一就是二氧化硫会破坏大气中的臭氧层,令生活在南半球的人们暴露在紫外线的照射之下。
一些科学家担忧的最大的破坏性副作用是政治上的。如果各国发现能够通过其他途径为地球降温,努力减排的政治动力就会变弱。如果利用地球工程使地球降温,但是人类活动继续毫无节制地排放二氧化碳,那么降温的效果也不会明显。而且一旦这一降温工程出于各种原因突然被人为中止,那么全球变暖的问题不但不能解决反倒会加剧。
同时,也有科学家担心,由于人工降温的地球工程的成本较低,一些国家在不仔细考虑其副作用等后果的情况下会像军备竞赛般贸然使用,从而造成更多的国际紧张局势以及带来其他不能预见的问题。
此外,目前最受推重的地球工程——捕捉和存储二氧化碳也是迄今为止最为昂贵的工程。
通过人工改造气候并不是一个新概念。早在1965年,美国总统林登·詹森的办公桌上就放著一个研究操纵气候防止地球变暖的报告。这一概念在未来几十年内一直存在于科学圈中,但是到了上世纪90年代,忽然从讨论领域消失,这主要是因为全球政策制订者正在竭力达成有关温室气体减排的共识。
2006年,诺贝尔化学奖获得者保罗·克鲁岑打破了这一僵局。他在论文中提出,可以模拟皮纳图博火山的喷发效应,用气象气球将二氧化硫喷射到大气中,从而达到反射太阳热量、对地球降温的目的。

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