《大自然寻真》

第24章  对各种重要气象问题的本质解释-8

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24.15  冻雨及其形成条件

       2008年春节前夕的中国南方，一场大雪灾害苦了广大人民，那是一个很特殊的冬天。对于大雪成灾的情况本小节暂且不去多说，就只先细说其中的冻雨吧！冻雨使道路结冰而车辆无法通行；使屋顶结冰令房屋倒塌；使电线结冰变成了水桶一般粗大而断毁……。究竟为什么会产生这种现象呢？雨怎么就都沾到了小小的电线上呢？

      其实，如果天上足够冷，从天上落下来的不是雪就会是雪子（小冰粒），它们根本无法沾到电线上使电线逐渐增粗。所以，在北方，哪怕下了很大的雪，电线也是不会大结冰的，落在道路上真正的雪也比较松散而容易清理掉。相反，如果天上不太冷，所形成的是一般性的雨，地面又在0℃以上，那就更不会造成冻害了。究竟什么叫做冻雨呢？冻雨就是从天上落下来的，虽然还没被冻成冰粒，温度却已经很低而接近于0℃的雨。冻雨如果下在0℃以上的地面上，本来也不会产生什么灾害。要命的是不断从近地面层向南移来的冷空气，早已将路面、屋顶、树枝、电线等都冷冻至0℃以下（大气环流情况可参见图24.14中右半边的春天一侧）。那些已接近于结冰状态的液态雨滴，一落到了0℃以下的电线或路面上，当然就会马上被粘住并结成了冰而使电线越沾越粗，路面越沾越厚，而且坚硬结实了。冻雨是大自然的现象，与大自然接吻得到的事物十分广泛，所以严重的冻雨才产生了那么广泛的影响，从道路到屋顶，从电线到树木，从人到动物等等，都遭受了严重的破坏和损伤。

       从上述可知，冻雨并不会在任何地方都产生灾害，只有在特定的纬度地带才会形成灾害。中国的北方一般不会产生冻雨灾害，海南、两广和福建的大部分地区也不会有冻雨灾害，唯独长江附近至南岭附近才是最适宜酿成冻雨灾害的地域。既然如此，这些地域的经济建设就必须认真研究对策了，不要等到灾难降临，才总是说只有“50年一遇”、“一百年一遇”。其实，冻雨现象早已是众所周知，电信、电力部门的野外基础建设本来就应该加进气象的因素进行考虑，研究出应付灾害的有效对策。从科学发展观出发总不能老靠着铁锤敲打结冰去解决问题吧！看着工人们在冰天雪地中进行着艰苦而落后的高空作业，成效却令人质疑，既钦佩、同情，又遗憾、心酸。

24.16  2008年春节前夕中国南方大雪灾的原因分析

       2008年的冬天，大气环流确实有些特殊。第一，北半球自西向东的高空环流波动此时正好形成了一个冷暖冲突的通道，它比较稳定地定位于青藏高原东面的中国南方。波动不向东摆过去，气流也就源源不断往一处流。第二，如果气流是冷强暖弱，则冷势力可以一直推至南海，中国南北广阔大地就会多是晴空万里，空气虽冷但阳光普照。如果气流是暖强冷弱，则大雪下在北方。冬天的北方本来就希望能多下点雪，“瑞雪兆丰年”嘛！好事。可是，2008年春节前的半个多月时间里，不仅冷暖气流冲突的通道位置比较稳定于中国南方，冷暖气流的势力又两强对撞相持不下。下层的强冷使得南方的地面诸物都处于冻结状态（0℃以下）；上层的强暖又既使大量的水汽源源不断由南向北，还使高空迅速凝结而成的既非雪花，也非冰粒，而是0℃以上的真正雨滴。但是，雨滴在下落的过程中进入了下层的冷空气便温度逐渐下降，到了接近0℃之前却刚好到达了地面碰着了0℃以下的电线和地面各物，于是就形成非同一般的冻害了。

       为什么2008年的春节前又刚好是强冷和强暖相逢呢？专家们都提到了拉尼娜事件。什么是拉尼娜呢？拉尼娜现象是厄尔尼诺现象的反像，也称反厄尔尼诺现象。拉尼娜现象在海洋上与厄尔尼诺现象的不同表现是东太平洋海水的明显变冷。都只知道雪灾与拉尼娜现象有关，但为什么拉尼娜现象会造成2008年冬天的严重雪灾，内部机制是如何起作用的呢？却未曾发现有关的论述。确实，2008年冬天的冻害是与拉尼娜现象紧密联系在一起的，拉尼娜现象促成了下层强冷和上层强暖气流的生成和维持，直接形成了这两强相撞的局面。在21.1～21.5已经比较详细地阐述了厄尔尼诺现象。拉尼娜的形成原因也与厄尔尼诺相同，都是地球自转速度的不稳定所造成的。不过，厄尔尼诺是由地转速度突减过程所引起，拉尼娜则是随着地转速度的重新加速而生成。在发生厄尔尼诺现象之后，本来已经调整到适应减慢了的地球自转的海平面扁圆球形状的扁率和海流模式状况，由于地转速度的重新加速，反过来又出现了落后于地球自转速度的情况，于是又必须做出反方向的调整。两极附近或高纬度的海水必须加速从海底向赤道方向流去，于是赤道附近的海温偏低了；由于地球自转的加快，赤道附近的海水绕地轴自西向东旋转的绝对线速度，就特别显得落后于硬海底的绕地轴旋转速度，外观上就产生了自东向西流的加速度趋势，因此南美洲西海岸的海平面肯定会比平常年份来得偏低；海底高纬度冷海水的不断流向赤道方向的结果，由于海水的连续性和运动惯性又必将牵动而引起低纬度暖海水从海面上层往高纬度方向廻流。上述的这些，就是拉尼娜现象的产生原因及其在海洋上所表现的环流调整情况。

       拉尼娜现象既表现在海洋上，也直接表现在大气环流上。这就是说，地球自转的重新加速也同时促使了大气环流进行调整。不过，大气环流的调整并不像海洋那样一目了然，既观测到了赤道东太平洋海温的降低，又看到了南美洲西海岸海平面高度的下降。但是，如果你相信大气环流也同样必须为地球自转的重新加速而进行调整的话，就可以知道大气也应该有类似于海洋的环流变动：高纬度的冷空气必须从地面加速向低纬度输送，低纬度高空的暖湿空气也必定受到了牵动而加强了向高纬度方向廻流。于是，强冷和强暖的大气交汇总态势就此形成了。有了总的交锋态势，西风急流波动所形成的全球几个便于进行南北气流“交战”的通道就变成了气流大战的“战场”了，而中国南方在2008年的春节前很长时间内，正好是其中最稳定和激烈的气流“战场”。

24.17  说说气候变暖

       气候变暖问题不仅已经成为国际热点，而且已经从学术问题演变成了国家政要之间政治和经济相互博弈的筹码。为了揭示气候变暖的真实本质，下面将用较长的篇幅进行分析。

   24.17.1  为什么说二氧化碳是温室气体

       对于太阳光来说，无色玻璃能让可见光和紫外光透进来，却不让地面反辐射的红外光透出去，所以玻璃房子的温度会比外面温度高很多，这种作用就叫做温室效应。二氧化碳气体也起到类似玻璃的作用。因此，从理论上说，随着大气层里二氧化碳气体的逐渐增加，地球虽然照常接收到来自太阳的热能，但地面通过红外线反辐射到太空去的热量却可能逐渐减少（实际过程是二氧化碳吸收了红外线），于是地球温度就可能逐渐升高了。效仿了玻璃房子的温室效应，人们便将二氧化碳气体比称为温室气体了。

   24.17.2  哪些人为因素影响了气候变暖

       近二十几年来，全球气候持续趋暖的问题逐渐变成了国际热点，而且认为人类使地球变暖的观点已经成为认识的主流。下面先分析一下，究竟人类从哪些方面影响了气候。

       气候变暖的人为因素主要有：①砍伐森林使地表绿化面积减少；②工业和汽车燃烧了很多石油和煤，放出了大量的热；③工业和汽车排放出大量二氧化碳温室气体及硫化物和气溶胶等杂质；④人们改变了土地用途……。对于①，树木有砍有种，绿化面积未必就一定减少。 对于④，少量土地被改变用途所造成的影响是不大的。看来唯有工业和汽车排放热量和废气这两条是最突出的人为影响因素了，尤其在废气中二氧化碳的量较大，可能引起较大的温室效应。有人认为，近些年来“温室气体增加的趋势，与地球表面的平均气温升高的趋势是一致的”，所以就认为“全球气候变暖主要由人类活动所造成”，甚至有报告认为“全球变暖现象可能90%源于人类的活动”（来自互联网）。

   24.17.3  气候变暖非人为因素力所能及

       在评说气候变暖的天然因素和人为因素谁重谁轻之前，请先看看地球自己的现实情况。有文献指出：“据统计，地球陆地上的活火山约有540座，海洋内更多，仅太平洋就有20万座”[11]。200000÷540=370，这就意味着如果陆地上在每一到两年里发生了一次火山爆发的话，太平洋里每一到两天内就会有一座新火山爆发。此起彼未落，因此太平洋里肯定经常维持着多个火山的同时喷发，这必然放出了大量的热能和毒气，多数是人类不知道，而大海就将它们默默吞掉了。更重要的是，由于地球的自转力学效应，便使大量的地心热能恒定地在低纬度上升，而金属性质的海洋地壳，又有效地将热能迅速传给了海水和大气。于是，尽管冷、暖洋流的大规模激烈流动，就好像大水瓢在锅里搅动一样，却永远无法将这个大铁锅里的水搅拌均匀，整个低纬度的流动海水全年都保持23～29℃的高温，而极地却只有0～4℃。海水温度保持着高低纬度之间大温差的事实，其根本原因正是大铁锅的低纬度下面永远是炉火通红，除此而只靠太阳热力的影响是绝对办不到的（详见16.5）。既是“大铁锅”时刻不停地煮，又是火山连连爆发，可知地球自己不断发放出来的热能是多么巨量。相比起来，工业和汽车所排放的热量就实在是太渺小了。地球对于那么巨额的地热都那样吞吐自如，难道还在乎人类为了生存而“呼吸”所产生的那么一点儿热量吗？

       至于对二氧化碳的增加使气候变暖的观点，目前也还有很多不同看法。

      “究竟是温度升高导致二氧化碳浓度变高，还是二氧化碳浓度升高导致温度变高，这个问题的解答尚需要更多科学研究的数据和证据。”（中美环保科技交流网）； “没有直接证据证明二氧化碳含量的升高是气候变暖的诱因。我们也可以说，正是由于温度升高了，从而引起了空气中二氧化碳含量的升高，因为海洋中存储着海量的二氧化碳，而气温的升高正好引起海洋中二氧化碳气体的释放。”（百度 新宋吧）； “换个角度，我们知道从冰河时期末开始，全球气温开始持续升高，大地从不毛开始繁衍出丰富的物种，导致那次气温升高的二氧化碳从哪里产生的？数百万年前那时候有人在大量燃烧矿物燃料吗？”（百度 新宋吧）； “地球自1890～1940年间温度持续上升，二氧化碳的浓度亦持续增加，但那个时期全球工业化并不突出，而气温却依然上升。可是，在1940～1970年，二氧化碳的浓度虽然急速上升，而全球气温却不升反降。”（中山大学梁必骐教授博客）。

       这就是说，是否因二氧化碳的增加使气候变暖，这还是个有待进一步研究的问题，不宜贸然定论而自绑。

      “全球大部分(90%)冰层位于南极大陆，……因此，南极大陆应对气候变化的影响最大。但科学家研究发现，南极大陆整体来说仍是越来越冷、冰层越来越厚。根据靠近南极大陆的塔亚雷纳气象站(位于阿根廷南部)的气候资料分析，1888～2004年间，南极大陆的温度逐年下降，冰层有越来越厚的趋势。”（中山大学梁必骐教授博客）。

       显然，大自然自己有着主宰气候变化的机制，那是人类无法改变的。根据上述“南极大陆的温度逐年下降”的资料，如果有人出来下结论说“地球就将进入冰河期”又如何呢？

       从地球自己的现实情况出发，我们敢理直气壮地说：近些年来的气候变暖主要是天然因素造成的。

24.17.4  有哪些天然因素影响着气候变化

       影响气候变化的天然因素很多。在整个宇宙中有无数的天体，都环环相扣永不停息地旋转着。我们地球会自转又绕着太阳公转，太阳也会自转又绕着银核公转，整个银河系还绕着超星系的中心旋转……。这样就产生了天气和气候的很多变化周期。据已知，最短周期只有半天（潮汐），最长则两亿年以上（太阳绕银核一周，参见7.7）。

       首先，由于地球的不停自转，地心的热量又源源不断送上了低纬度表层，于是大气环流保持着永不停息的状态，从而天气也就不停地变化着。这种与人类密切关系的宇宙中最短周期的地球自转就已经决定了天气是不断变化的。地球自转配合了公转以及其它星球的自转和公转，又产生了各种时间尺度的变化周期，这就使得既有短的天气变化，又有各种长时间尺度的气候变化了。

       具体地说，地球的自转除了造成昼夜交替，从而产生一天周期的天气变化之外，还因配合了地球与日、月、星之间相互吸引产生了大气潮汐而使天气有了半天周期的变化；高空大气绕着地轴自西向东急速旋转所形成的各种尺度波动的强弱变化及东移，也促使了天气有了几天乃至几十天的周期变化；由于月球的公转轨道面与地球赤道面交成了一个20多度的角，所以在一个月亮月里，地球低纬度的某个固定地点就会两次出现潮水最大（中纬度一次），这同样也影响着大气潮汐而使低纬度天气在某种程度上出现每月（阴历）两次的微妙变化；由于地球的赤道面与地球绕太阳公转的轨道面交成了一个23.5°的角，这又使太阳辐射能对地球的影响产生了南北来回移动现象，从而令地球各地的天气发生了春夏秋冬的一年周期的季节性变化……。

       上述那些中短周期因素搅合在一起就已经促成了一年以内的复杂天气变化。此外，还有更长周期的影响因素掺合进了各年的复杂天气之中，便使年际之间发生着多年周期的气候变化。例如，地球自转因突然减慢就引发了厄尔尼诺现象，从而发生气候异常，短者2年一次，长则6年一次，平均周期约4年；太阳因自转速度的变化等因素促使太阳自身液体环流发生变化，引发了太阳黑子具有了十几年或几十年的周期变化，从而影响着地球也发生着十几年或几十年周期的气候变化；太阳绕银核公转一周过程中的不同时间所处位置的周围星际环境的不同，就严重地影响着地球的气候发生了几百年周期，甚至成千上万年周期的变化；太阳绕银核公转的椭圆轨道偏心率比地球绕太阳的椭圆轨道偏心率大得多，所以太阳公转一周所产生的太阳自转速度变化也会比地球大得多，这就可引起太阳体整个液体环流的极大变化，从而引发了太阳黑子、太阳风等活动激烈程度的极大变化，这种特长周期就影响了地球发生上亿年以上的气候变化，促成了古地球不仅产生了大冰期，也出现过比现在还暖得多的大暖期。由此可见，天然的长长短短的气候变化因素很多，彼此互相掺合在一起就使气候的长短期变化都很复杂。