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变暗的世界


□ 叶水送

  2013年年初,我国大部分省市出现持续性阴霾天气,雨雪相较于往年偏多,空气中PM2.5浓度(也称细颗粒物浓度,这个值越高,就代表空气污染越严重)居高不下,备受关注。目前,人们一般将空气中PM2.5数值升高的原因归结于城市化进程过快、拆迁和建筑面积增大、工厂废气和汽车尾气增多以及产业布局过于集中等因素;此外,不利气候等自然因素也是阴霾天气集中出现的主要原因。

  阴霾天气不仅对城市居民的身心健康造成极大影响,还可导致太阳辐射减少,进而对局部气候产生影响,科学界称这种现象为全球暗化( Global dimming),由全球暗化研究的先驱、英国科学家格里·斯坦希尔( Gerry Stanhill)首次提出。全球暗化,指太阳光线到达地球表面的辐射量减少了,主要与大气中逐渐增多的空气微粒(以灰尘和气溶胶为主)散射和反射强度有关。

  由于到达地表的太阳辐射减少轻微,一般人很难观察到,只有气象学家对太阳辐射定量研究后才能发现,所以直到20世纪90年代初研究者才开始认识并广泛关注全球暗化现象。其实,全球暗化的发现也经历了一个曲折的过程,由于公众普遍认可全球变暖的事实,很多人不相信在太阳辐射减少的情况下气温还能不断上升,甚至科学家对此也不认可。

  最早揭露并让公众认知这种现象的是主要研究太阳辐射和地球能量平衡的日本气象学家大村纂( Atsumu Ohmura)。1985年,他在瑞士苏黎世大学大气与气候科学学院检测欧洲地区的太阳辐射时,发现这里很“黑暗”。通过比较当地此前的太阳辐射监测数据,他发现30年来,这里的太阳辐射减少了约10%。起初,大村纂对这一结果也难以接受,因为气候变暖已是主流理论,如果地球表面温度在上升,太阳光线怎么可能减少呢?但他最终坚持了自己的研究结果,并于1989年与另外两位学者合作,公布了这一结论。当时的科学界对此并未重视,用大村纂的话说:“简直被忽略了。”不过还是有不少研究者对此现象感兴趣并继续研究,结果发现不仅欧洲的太阳辐射减少了,世界其他地区也有类似的现象,如:美国30年间太阳辐射减少了10%,苏联减少了约30%,英国部分地区减少16%。从全球范围看,20世纪50年代至90年代的40年间,太阳辐射平均每10年减少1%~2%。在详细、真实的数据面前,科学界和社会公众终于逐渐接受了全球暗化的事实。太阳辐射减少的直接后果就是地球气温降低,对气温研究的数据已经证实了这一结论:从1961年开始,地球的平均气温逐年下降,直到20世纪70年代中期,地球温度下降趋势才有所减缓。那么,我国的情况如何昵?20世纪60~70年代,我国的太阳辐射量呈上升趋势,70年代后逐渐下降,这可能与逐渐兴起的工业浪潮有关;80年代以后太阳辐射量下降尤为明显,90年代以后仍以下降为主,在全国58个太阳辐射观测站中,仅有个别地区太阳辐射量略有上升。

  全球暗化与自然和人类的活动均密切相关。首先,自然因素方面,太阳辐射量与日照、风、沙尘、火山喷发、森林大火和云量等有关,当太阳光线穿过大气层时,由于受到云,水汽,大气中的二氧化碳及气溶胶等微粒的吸收、反射和散射等作用,达到地表的太阳辐射量减少了。但是,这些自然因素一般较稳定且变化的周期性较强,因而对太阳辐射减少的影响力有限,并不是全球暗化的主导因素。其次,人为因素的影响,工业革命之后,人类经济活动对煤、石油及天然气等化石能源的需求不断增大。伴随着化工工业的发展,空气中的二氧化碳、二氧化硫和粉尘等逐渐增多,明显降低了空气的透明度;此外,空气中的二氧化硫和三氧化硫均可转化成硫酸盐,它是气溶胶的主要来源,造成大气二次污染。气溶胶既能直接反射太阳光,同时又是云层形成的“原料”,抑制太阳辐射的作用明显。有一个典型的例子:1994~1996年,中国硫酸盐和含碳气溶胶的排放量均达到峰值,这几年的太阳辐射每年减少0.8%,此后的太阳辐射则呈现上升趋势。尽管时间短暂,但也说明大气中的气溶胶对我国太阳辐射量的影响是显著的。日常生活中,加油站、汽车及厨房等产生的油烟均通过空气扩散,造成空气中的悬浮微粒增加,减少了太阳辐射,这也是全球暗化的另一个重要因素。

  太阳辐射是自然环境中各种物理过程的主要能量来源,是驱动天气形成和演变的基本动力,也是地表生态系统能量的主要来源,因此,全球暗化会带来许多生态问题,例如:地球表面接受太阳辐射减少会使地表水分蒸发速度减缓,由此可能导致大范围的干旱,区域性的降水平衡也可能遭到破坏,并可能导致缺水地区愈加干旱。我国西北地区天气干燥,浮尘、扬沙天数多,削弱了太阳辐射强度,降低了水分蒸发量,可能使当地雨水越加匮乏。20世纪70~80年代的非洲干旱曾导致上百万人死亡和5000万人饥荒。气候学家分析认为,当时降水集中在北半球,因此南半球尤其是撒哈拉地区降雨量严重减少。有非洲国家因此指责发达国家的工业和发电厂排放的灰尘削弱了非洲的太阳辐射,导致非洲降水大幅减少。

  如果不是2013年空气中的PM2.5问题引起了大家普遍的关注,我们对全球暗化现象的认知可能还要推迟。当前,地球面临的环境问题可能产生链式效应,全球暗化可能同其他环境问题叠加,从而导致更加严重的生态问题。因此,人类必须立即行动起来,努力减少空气污染,减少二氧化碳排放,降低因太阳辐射减少对环境可能造成的负面影响。

  气溶胶:

  是液态或固态微粒在空气中的悬浮体系。它们能作为水滴和冰晶的凝结核,太阳辐射的吸收体和散射体,并参与各种化学循环,是大气的重要组成部分。雾、烟、霾、轻雾(霭)、微尘和烟雾等,都是由于天然或人为因素形成的大气气溶胶。

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摘自:大自然 2013年第06期  
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