主题：【原创】杂谈全球变暖 -- 快乐是什么
家园 这个中医药比喻不错，很形象。 说到底现在结论自己是否可靠都不一定，却想搞什么“升温低于1.5度”的决议，真是可笑啊--万一最后超标了，能处分、处罚谁么？
建议万一到时候看上去快超标了，照准一个无人区的活火山口扔下一颗原子弹，火山灰飞上去，温度降下来，比什么减排措施都有效--一颗不够？再来两颗。。。。。
更可能的是想统计数据，先发一个符合标准的，过几年大家不在意了，偷偷改一个超标的----修正嘛，技术原因BALABALA...
家园 配图 这个是某模型对不同预设条件下温升的预测：
外链图片需谨慎，可能会被源头改这个是某个模型对冬季和夏季温升、降雨、海平面压力的预测：
外链图片需谨慎，可能会被源头改某模型对云反射的预测：
外链图片需谨慎，可能会被源头改莫模型对降雨量，土壤湿度，流失，蒸发量的预测：
外链图片需谨慎，可能会被源头改体会一下现在模型的复杂程度。
家园 金星地表接受的太阳能是多少瓦？ 金星地表温度那么高，显然不是因为离太阳距离近就能解释的，其地表温度高于离太阳更近的水星超过400度。而且，金星云层的反射率那么高，大部分太阳光都被反弹出来了，金星云顶的温度可只有摄氏零下45度，那么，金星表面为什么还那么热呢？答案就是温室效应!家园 【原创】杂谈全球变暖（再再再续） 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：
气候是地球上某一地区多年时段大气的一般状态 ，是该时段各种天气过程的综合表现。听起来，都对，就是没什么用。还好，百度接着说：
气象要素(温度、降水、风等)的各种统计量(均值、极值 、概率等)是表述气候的基本依据。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：
外链图片需谨慎，可能会被源头改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。
本帖一共被 1 帖 引用 (帖内工具实现)家园 挑个毛病：短期预报不准，长期的未必不准 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？短期受突发因素影响很大，长期应该受一定规律的制约。比如，巴菲特不能预测他的某个股票明天的涨跌及其幅度，但他对於其1年后甚至5年后的趋势却预测得非常准确。
家园 您说得对 我的意思主要是不要太迷信模型，因为这个系统太复杂，现有模型还不能完全模拟，无论长期还是短期。即便是巴菲特，我也不认为他的模型水平多高，他的分析能力虽然很强，运气更重要。
说实话，写了这些东西，可能有些人会觉得现有的分析和模型结果都不靠谱，无论科学家还是政客都在胡说八道，我完全不是那个目的。人类能把大气/海洋这样复杂的系统模拟出来，个人是非常敬佩的，科学的力量很了不起，我对人定胜天充满信心。
但是，正因为科学的成功，使很多人习惯了简单系统和经典力学/热力学，容易轻信，所以我才要提示大家对模型甚至科学家的结论保持一定的怀疑。怀疑一切，是做科研的最重要的基本素质。
科学家应该就像是孩子，他喜欢做研究，请大家掏钱，有时纯粹是烧钱，就像孩子要买玩具一样，但是，我们还是鼓励他，因为人类都好奇，而且大部分时候的研究结果是很有用的。现有的体制把科学研究变成了产业，引诱科研从业人员申请经费时胡说八道，这是异化的结果。至于政客，他的职业就是忽悠，如果你完全相信他，只能怪自己。
家园 你替村长回答了一个问题 一直在找和水循环有关的东西，实在是没有多少。你在这里一说我明白了为什么。难怪一个什么人在自己的数学模型里可以把水减掉，然后说十天就回来了。我看了心里总是不太舒服。正常情况下，这种极端情况对一个非线性模型来说常常会导致不收敛的结果。能够在这么极端的条件下收敛，原模型一定忽略了一些强耦合的因素。你在这儿说海气耦合基本上还是未知数。那就难怪大气模型不稳定了。一个以百万年做单位的系统会在亚稳态上平衡才是奇闻。模型不稳定一定有一个强耦合的关键因素没有考虑到，我想这个因素应该就是水循环了。
家园 不知是哪一个问题 大气系统的反馈时间比较快，最早的数值模型基本是以大气动力为基础来预测天气的。有趣的是，气象里一般5-10天就属于中长期预报，基本上是预报的极限了。在这么短的时间尺度内，海洋起不到太大的作用，但地表蒸发和空中的水汽凝结及降水还是要考虑的，特别是台风完全是靠水汽提供能量的。不知您说的忽略水循环指的是什么。
气候模型与气象模型的最大区别在于辐射及海气耦合的加入。我在文章里描述了很多困难，但老实说，现在的数值模型并不差，主要是观测数据还跟不上，有些反馈机制也不能很精确地确定。但也正是由于这些不确定性带来的挑战，才使得这个问题在科学上这么有意思。
大家都知道，科学的目的是解答未知，科学家的动力应该是好奇心。现代社会里，大部分科研人员都被项目、资金等指挥，为了拿到资源，项目申请和报告很容易夸大其词，吹嘘一些重要性之类，忘记了科学的本来面目。这些人更多的把科研当作一项工作，而不是理想和追求了。
全球变暖的问题现在有些政治化，本来很纯粹的科学讨论已经被政客们主导。IPCC是个准官僚机构，科研水平是谈不上的，其报告是一个标准的大杂烩，各方的观点都可以找得到，很适合作为入门读物，但离一线研究还有一定距离。Jim Hansen和Dick Lindzen都是专业水平很高的大师级人物，在各自领域中有深厚的造诣，但由于政客的利用，两人都经常在国会为全球变暖问题作证，他们之间的争论很难不带点儿其它味道。这就是所谓科学的异化吧。
