大地坐标:【专家谈科普之四】张家诚:地球环境

时间:2019-05-15 23:13来源:澳门星际登录网址
一个合格的科学家并不等同于一个合格的科普工作者,科普工作者应是活的百科全书,是在越来越宽的知识面上知道得越来越多的人。而当那些满怀热情,又能触类旁通的专家出现时,

  一个合格的科学家并不等同于一个合格的科普工作者,科普工作者应是“活的百科全书”,是在越来越宽的知识面上知道得越来越多的人。而当那些满怀热情,又能触类旁通的专家出现时,无疑会带给大众惊喜。当专家邂逅科普,会碰撞出怎样的火花?敬请关注中国气象网“专家谈科普”系列文章,同时也欢迎各位相关领域的科普专家不吝赐稿。

  张家诚,气象学家。湖南溆浦人(1927.7-)1951年毕业于清华大学气象系。1958年获苏联列宁各勒水文气象学院地理学副博士学位。历任中央气象台预报科副科长,国家气象局气象科学研究所所长,气象科学研究院副院长、研究员,中国气象学会第十九至二十一届理事。主要从事长期天气预报和气候变迁的研究。主持完成的中国历史气候普迁规律的研究,1982年获国家自然科学奖四等奖。

  俗话说,“一个巴掌拍不响”,太阳辐射虽然是地球环境的唯一能源,但如果没有地球物质的响应,就不可能落地生根,在地球环境里产生影响。所以,我国古代把地看作同天一样重要。现代科学认为,地球表层是由大气,海洋与陆地三大基础圈层组成的。其中,大气位于基础圈层的上方,覆盖全球,但海陆分占地球表层的全部。太阳辐射通过大气,大气吸收不多,大量辐射是在大气的底层,即由大气下垫面,即海陆面吸收的。故地球的能量平衡有海陆差别,各有不同的机制与结果,并因大气的沟通与整合而形成地球的全局状况。因此,大气的辐射平衡与气候现象也就成为反映全球的环境状态的指示器而受到科学界的关注。

  根据物理学原理,地球表层吸收太条阳辐射后,就会转变成热能,并且温度上升。地面的温度升高后,地球长波辐射的强度也增加了。所以地球固然从太阳收入短波辐射能,但自己也向太空支出长波辐射。收支的差额决定球表层温度的开降。只有辐射能的收支达到平衡时,温度才会停止变化,这时的温度叫平衡温度。

  但是,根据德国鲍尔计算的辐射平衡温度,却同真实温度有很大差别。赤道与两个极地的平衡温度分别是39与-44摄氏度,而实际温度却是26与-22摄氏度,其间相差甚多,这就说明,平衡温度只是一种理论温度,与真实温度相差很多。这是由于地球表层各部分间有多种平衡机制,处于相互干扰的状态,结果,任何绝对的平衡温度,在全球或部分过程都都无法单独满足完成的条件。也不可能出现真正的平衡温度。

  “立地之道曰柔曰刚”,柔刚指的是灵敏度与含蓄性,它决定物质接受能量与消耗能量的速度,这在海陆间差异尤其明显。因此,海洋同陆地的平衡温度也有很大差别。即使一时达到平衡,但海陆都在变化,这个平衡很快会因新的问题出现而受到干扰。

  其中,日夜与季节辐射强度变化很大,通常白天的平衡温度尚未实现,就已进入夜晚,开始新的平衡过程。一个季节尚未达到平衡,新的季节已经到来,需要进行新的平衡。因此,各种平衡过程都会在空间与时间里互相干扰,都难以真正实现的平衡。

  但是总体说,大气的影响不可忽视。大气的下垫面就是地球表层太阳辐射的主要吸收面,也是地球长波辐射的产生面。大气则是辐射进出的通道,具有调节全局能量与温度的重大作用。大气温度有所变动,全球的能量过程都会受到影响。当代的全球增温的原因主要在于大气中温室气体的浓度,就是一个具体的事例。

  在三大圈层间,海陆之间只有海岸线的联系,所以能量与水分尽管有很大差别,但相互间通量有限。好在海洋与陆地都是大气的下垫面,都同大气有着十分广阔的面的联系,所以能量与水分等都必需经过大气才能很好实现。大气在海陆间的桥梁或通道作用是不能缺少的。

  加上,大气的质量少,它只有海洋的2400之一。所以只要在物理量有不大的数量差别。就能在强度与浓度就会有显著的差别,所以具有高度的敏感性。例如,当代引起世界关注的全球增温只不过是大气中温室气体的增加引起的。其中主要成分二氧化碳在大气中的浓度不过在万分之三左右,百年来升高约三分之一,升量不过大气总量的三万分之一,就产生如此重要的影响。如果同样量级变化发生在海洋里,就会稀化到不足以产生任何影响。

  大气不但敏感,而且是三大基础圈层中运动最快的圈层。据研究,空气可以在7天内绕地球一周,但大洋从此岸到彼岸的洋流约需几个月才能到达。陆地每年移动的距离只有几厘米。加上,大气又是联系面最广泛的圈层。因此,只要任何其它圈层出现重大事故,都会影响大气,并通过大气迅速传播到其它圈层的大部地方。同时,大气出了问题,也会迅速波及到环境的全局。

  例如, 海洋能够长久存在地球上,就仰仗大气的保护,否则,水汽就会不断蒸发,并向太空逸散,最后完全失去水分。但大气平流层没有垂直气流,这就截断了水分逸散的通道,永久保存在地球上,并发挥基础圈层的重大作用。

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