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二氧化碳对气候的影响

发布时间:2020-01-11

  二氧化碳是大气的自然组成成份,其选择吸收能力在地 球能量平衡中起着重要作用。大气中的二氧化碳对来自太阳的短波辐射并无拦截作用,从而使地面获得大量太阳辐射, 但是,它能拦截自地面射向太空的长波辐射,特别是波长在 12.9—17.1微米的波谱区,所以,地面发出的长波辐射的热 量留滞在大气二氧化碳层内,从而影响大气热状况,对地表起着保温作用。如果大气中二氧化碳浓度增加,保温作用也增强,导致地面温度升高。

  地球上所以能够维持生命,和大气圈、水圈、生物圈、 岩圏之间二氧化碳的固定交换是十分重要的。大气中二氧化 碳的浓度和海水中碳酸氢盐、碳溶解物的平衡状况有联系。 海洋和大气之间二氧化碳的交换受到水面温度、盐分、冷暖 洋流混合的影响。

  大气中二氧化碳浓度的观测指出,在各个不同地理区域 变化是微小的,在对流层内随着高度增大其变化也十分微 小。赤道地区大气中二氧化碳浓度和高纬度相比大约增加 0.005 %,这是由于髙纬度温度低,大气二氧化碳溶解性很高。高纬度的冷水中二氧化碳溶解甚大,被冷洋流输送到低 纬度,在低纬度由于温度增高结果返回大气。根据勃林和肯林估计,赤道和北极之间 流动的二氧化碳测定总量约为2 X 1010吨/年。

  大气中二氧化碳由于人类的作用主要有两个来源。一个 来源是由于原子武器试验把放射性碳带进大气。另一个来 源,也是最主要的来源是由于化石燃料的燃烧。每年有无数 吨二氧化碳释放到大气中。人类活动所产生的二氧化碳一部 分为海水所溶解,一部分为生物圈吸收,但是相当大数量的二氧化碳仍然留在大气内。如果仍然采用化石燃料,大气中 二氧化碳含量可能会继续增加。19世纪末二氧化碳浓度约为290ppm,到1960年已增大到330ppm,平均每年增加0.2%。 从1968年以来每年已增大1.0ppm,根据这样的增加速度, 估计到达2000年可以增加到380ppm,有人估计到2050年可以增加一倍。

  随着大气中二氧化碳浓度增加,将导致地面层空气温度

  增高。早在19世纪中叶,通达尔指出,大气中二氧化碳浓度变化能影响气候变化。这是因为二氧化碳吸 收长波辐射,同时向地面和外部空间放射出红外线辐射,大 气中二氧化碳浓度增加,朝向地面的长波辐射增强,从而使 近地面层气温升高。

  阿海纽斯首先提出一个测定地面温度 和大气中二氧化碳含量关系的数值模式,他指出,二氧化碳 增加到2.5—3倍时,空气温度降低4一5℃。卡伦德得到的结果,空气温度变化较小,当大 气中二氧化碳增加一倍时,空气温度增加2℃。

  真锅淑郎和韦泽若尔特在硏究空气温度与大气中二氧化碳浓度的关系时,很重视水汽,二氧化碳和臭氧长波吸收辐射。在他们的模式中引用了经验获得 的相对湿度垂直分布资料,对于固定的平均云量和相对湿 度,二氧化碳浓度增加一倍,地面温度增高2.4℃。这样, 到2000年大气中二氧化碳含量由320ppm增加到375ppm,就能使地表温度增加0.5℃。

  普拉斯得到的结果是大气中二氧化碳浓度增加一倍,地表气温即可升高3.6℃。

  根据真锅等人资料,大气中二氧化碳浓度变化与地表气―

  温关系,即在固定的相对湿度和平均云量条件下, 当二氧化碳浓度在目前的水平上加倍或减半时,地表气温相: 应升高或降低2.3℃左右。在固定的相对湿度时要比固定的绝对湿度时温度变化辐度大两倍。

  以上看到二氧化碳浓度增加,各人所得出的增温程度是有差别的,主要是由于考虑的附加条件不同的缘故。

  1972年真锅计算了当二氧化碳浓度增加时,从赤道到极 地的气温变化,由于二氧化碳浓度增加一倍,17公里以上气温普遍降低,在30公里高度上气温可降低5 — 6℃;而地表气温普遍升高,但不同纬度增 暖程度不同,从赤道到50°N,气温一般升高2℃左右,高纬度地区增暖最明显,在80°N气温可上升11℃以上。

  虽然二氧化碳增加一倍时,各个模式计算出来的增温结果有差别,但其幅度大致在1.0—2.0℃左右。有人预计到 达2000年时可增温0.6℃。

  一些初步的研究还表明,二氧化碳的增温效应在高纬度极区最为显著。如果继续发展下去,很可能使冰界北退,极冰消融。据布迪科估计,只要二氧化碳浓度比现在增加50%, 就有可能使极冰融化。北半球的极冰到达2050年有可能消融。北冰洋平均温度增高的结果,能使55°N以北各地降雨增多。当温度增加到5℃时,70°N以北降雨和降雪增加一倍。季风雨带扩展到比现在副热带更北的地区。在40°N和 50°N 之间的欧亚中间地带降水量减少,可以推测到蒸发增大。这种估计也许有些夸大,未必确切,但是也说明了一种趋势,即二氧化碳浓度增大会带来增温效应。

  如果这些估计得以实现,这样的气候变化对一些国家可能产生严重问题,需要对诸如农业以及其它对气候敏感的国 民经济部门作出必要的估计。

  目前,由二氧化碳浓度的变化来定量的估计空气温度变化还有很大困难。

  关于二氧化碳增温效应的作用,这是目前较普遍的一种 看法,但也有相当一部分科学家提出不同的见解,认为对二氧 化碳的作用过分夸大了。他们提出尽管本世纪以来二氧化碳 浓度有所增加,但本世纪40年代以后气温却下降了;另外,二 氧化碳的增加能加速森林生长,从而可吸收较多的二氧化碳。 总之,二氧化碳对气候的影响,这个问题虽然已做了大 量的硏究,取得了一些结果,但问题并没有完全解决,有待 于进一步深入硏究。