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人类对全球气候的影响 人类可以改变天气吗
更新时间:2024-05-14 15:17:52

导语:人类对全球气候的影响是什么呢?其实除了工业和交通领域,农业活动也对全球气候产生重要影响,而且大规模的畜牧业和农业生产释放了大量甲烷等温室气体,加剧了全球气候变化的程度,此外,森林砍伐和土地利用变化也改变了地球的碳循环系统,对全球气候产生了持续的影响,那么人类可以改变天气吗?下面就去了解了解吧!

人类对全球气候的影响

目前为止,我们已经了解了引起气候变化的可能自然原因,这一节,我们开始讨论人类是如何影响全球气候变化的,第一个影响在很大程度上来自于大气中二氧化碳和其他温室气体的增加,第二个影响与人类活动增加了大气中气溶胶有关。人类对全球和区域气候的影响并不是从现代工业时期初期才开始的。研究表明,人类在几千年来一直在大面积地改变着环境。刀耕火种和在农牧过渡带的过度放牧都极大地减少了植被的多样性和分布。

人类对土地覆盖的改变而影响了某些非常重要的气候因子,如地表反射率、蒸发率和地表风场。在评论人类对气候的影响时,某项研究的科学家们指出:“与流行的只有现代人类可以改变气候的观点不同,我们更相信人类很可能从钻木取火时代开始就已经持续不断地影响气候了。”结果,对从南极冰芯所获得数据的研究证实了这些观点并广为人知。这一研究表明,人类可能在几千年前就开始显著影响大气组成成分和全球温度了:从8000年前砍伐森林来发展农业、5000年前种植水稻起,人类就开始慢慢影响温度了;而这些活动释放的温室气体二氧化碳和甲烷可能使全球变暖。

二氧化碳、微量气体和气候变化

在第1章中我们知道,二氧化碳(CO₂)只占了干洁空气中的0.039%。虽然如此,在气象学意义上它却是非常显著的大气成分。其显著性在于,二氧化碳对短波太阳辐射几乎是透明的,而对有些来自地球的长波辐射却不是透明的。一部分来自地表的能量被二氧化碳所吸收,这些能量再重新放射,一部分再次回到地表。因此,在有二氧化碳时会保持地面附近的空气比没有二氧化碳时要暖一些。因此,二氧化碳和水蒸气一起对大气的温室效应有着很大贡献。二氧化碳是一个重要的热量吸收器,因此空气中二氧化碳含量的任何变化都会改变低层大气的温度。

大气二氧化碳含量的增加

过去两个世纪,地球上的工业化通过燃烧化石燃料,煤、天然气和石油而迅速并继续发展着。这些化石燃料的燃烧大大增加了大气中的二氧化碳。

从19世纪开始,随着快速工业化,化石燃料的燃烧使大量的二氧化碳进入大气。消耗总量为95千万亿英热单位(千万亿(10¹²)是衡量美国能源使用的简捷单位,1英热单位Btu=1054.350焦耳,译者注)。化石燃料(石油、煤炭和天然气)占了总能源消耗的约83%(美国能源部数据)

煤和其他燃料的使用是人类向大气排放二氧化碳最主要的方式,但不是唯一的方式。森林的减少也是一种持续方式,因为植被燃烧或退化时会释放出CO₂。由于牧场、农场的扩大和盲目商业采伐,使得热带地区的森林退化非常突出。分布在南美、非洲、东南亚和印度尼西亚的大片热带雨林正在消失。根据联合国估计,20世纪90年代的10年间,每年有接近1020万公顷热带雨林永久性地消失。

在2000年到2005年期间,这一项数据已经增长到了每年1040万公顷。一些过量的CO₂可以被植物吸收或溶解在海洋中。据估计,约有45%的二氧化碳停留在大气中。在这一长时间内,大气中CO₂的浓度的自然变化值在180~300ppm(百万分之一)。而由于人类活动的影响,目前大气中CO₂的水平比过去60万年间的最高水平还要高出30%。工业化开始以来大气中CO₂浓度的快速增加非常显著。大气中二氧化碳浓度的年增长率在过去几十年中一直在增加。

大气响应

如果大气中的二氧化碳含量增加,全球温度确实会升高吗?答案是肯定的。IPCC(政府间气候变化委员会)2007年报告是这样论述的:“气候系统的增暖是明确的,这从全球平均大气和海洋温度升高、积雪和冰川的大范围融化、海平面的上升这些观测事实中得到了证实。”大部分在20世纪中期以后观测到的全球平均气温上升非常可能是观测到的人类产生的温室气体浓度的增加而引起的。IPCC所用的“非常可能”一词是指其概率为90%~99%。自20世纪70年代开始,全球温度升高了约0.6℃,过去一个世纪温度总的升高了大约0.8℃。是2010年的地面温度相对于1951-1980年这30年平均值的差值,可以看出最大的增温在北极和相邻的高纬度地区。以下是相关事实:

自有仪器观测记录以来(始于1850年),在过去的16年(1995-2010年)里有15年是整个有数据观测时间中最热的;

现在的全球平均温度至少比过去500~1000年时期内任何时候的温度都高;

至少深度在3000米以内的全球海洋平均温度都升高了。这些温度趋势是由人类活动造成的吗?或者无论如何它们总是会发生的?IPCC的科学结论是,自1950年以来气温升高的绝大部分“非常可能”是由人类活动造成的。未来会怎样呢?对未来的预估在一定程度上决定于温室气体的排放量。2007年的IPCC报告指出,如果二氧化碳浓度从工业化前的280ppm加倍到560ppm,则未来温度“可能”增加的范围是2℃~4.5℃。这个增加小于1.5℃以下是“非常不可能”的(1%~10%的概率),而且不排除超过4.5℃的可能性。

微量气体的作用

二氧化碳并不是导致全球可能增温的唯一气体。近些年来大气科学家意识到,人类的工业和农业活动可能增加大气中对全球增温具有重要作用的微量气体。之所以这些气体被称为微量气体,是因为它们的浓度远远小于二氧化碳。这些微量气体中最重要的是甲烷(CH₄)、一氧化二氮(N₂O)和氟化物(CFCs)。这些气体吸收地球放出的长波辐射,使这些地球辐射不能进入太空。尽管单独一种气体的作用是微弱的,但是这些气体的作用加起来对对流层的增温就有显著作用了。

大气中的甲烷含量远小于二氧化碳,但是相对于其较小的1.7ppm的浓度,其发挥的增温作用却远远比看上去的浓度值要大得多,因为甲烷吸收地球放出的红外辐射的效率约是二氧化碳的20倍。甲烷是由氧气很少的潮湿环境中的厌氧细菌产生的。这些地方包括沼泽、湿地以及白蚁和食草动物如牛和羊的内脏等。甲烷同样会产生于种植水稻的“人造梯田”等水田中。煤炭、石油和天然气的开采也是甲烷的一个来源,因为甲烷是由它们形成的产物。大气中甲烷浓度的增长一直与人口的增长同步。这种关系反映了甲烷形成与农业有着密切关系,当人口增长时,牲畜和稻田的数量也会增长。一氧化二氮又称为“笑气”,在大气中的含量也在增加,尽管增加的速度没有甲烷快。这种增加主要也是由农业活动引起的。当农民用氮肥来促使庄稼增产时,有的氮以一氧化二氮的形式进入大气。

这种气体还来自于化石燃料的燃烧。尽管每年排放到大气中的总量很小,但是一氧化二氮分子在大气中滞留的生命周期大约是150年!如果氮肥的使用量和化石燃料以一定的速率增长,一氧化二氮对温室气体增温效应的贡献将大概是甲烷的一半。与甲烷和一氧化二氮不同,氟化物(CFCs)并不是大气中自然存在的。根据第1章的介绍可知,CFCs是为了各种用途而人为产生出来的化学物质,这些气体因为使平流层臭氧减少而恶名昭著。CFCs在全球变暖中的作用很少有人知道,但它们是非常有效的温室气体。

这些气体在20世纪20年代才被研究出来,并在20世纪50年代以后才大量投入使用,但它们的温室效应已经和甲烷一样了。尽管《蒙特利尔议定书》采取了大力度的措施来改变这一状况,但是CFCs水平并没有很快降下来(有关《蒙特利尔议定书》见第1章)。因为CFCs在大气中可滞留几十年,所以即使立刻停止所有的CFCs排放,大气中的CFCs仍会存在好多年。二氧化碳显然是导致全球增暖温室效应的最重要原因,但并不是唯一的原因。当人类产生的所有温室气体(除了二氧化碳)的作用累加到一起时,可以预估未来这个累加作用会远远超过二氧化碳的单独作用。复杂的计算机模型表明,由二氧化碳和微量气体造成的低层大气增暖在每个地方是不一样的。两极地区的温度响应大约是全球平均的2~3倍,其原因之一是极地的对流层非常稳定,因此抑制了垂直方向的对流混合,并限制了地面向上传输的热量总量。除此之外,海冰的减少也有助于较大温度上升。

人类可以改变天气吗

人工增雨:在有利于降水的天气条件下,通过向云中播撒致冷剂、结晶剂、吸湿剂等,以增加云中冰晶浓度,促使云滴增大,从而达到增加降水的目的。

人工消云减雨:通过在降水云团的上游地区实施大规模的人工增雨作业,或者在上风方地区往云层里播撒冰核,阻止和延缓强降水。

人工防雹:采用人工方法对可能产生冰雹的云层施加影响,使云中冰雹胚胎不能发展成冰雹,或者使小冰粒在变成冰雹前就降落到地面。

人工消雾:针对不同类型的雾,采用不同的方法进行人工消除。

然而,人工影响天气的效果受到多种因素的影响,包括自然条件和技术的先进程度。例如,人工增雨的效果取决于云中是否存在过冷水滴,以及播云方法的选择。此外,由于天气现象的自然变率很大,人工影响天气的实际效果往往难以评估。

尽管如此,人类在控制短期天气现象方面已经取得了一定的成就,例如通过植树造林减少风力、利用人工降雨和人工减雨技术调整降水量等。然而,对于大范围的天气现象,如大暴雨、大暴雪、台风等,人工影响天气的作用仍然非常有限。

综上所述,人类可以通过现代科技手段在某种程度上改变天气,但这种改变是有限的,并且需要精确的监测预报和准确的作业技术。

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