地球暖化问题，不能简单地说是以往大气污染现象的继续，而应与地球的空调系统的结构结合起来考虑。

1983年，美国环保局（EPA）发表了《碳酸气体使地球暖化》的调查研究报告，此后，有了“几年后，南、北极的冰将融化，海平面上升”的恐怖报道 · 几年过去了，一时间，“暖化的恐怖”似乎被人们忘却了。可1988年北美的大旱，使其再一次成为社会问题。当年11月，由世界气象、联合国计划部门牵头，组建了（1）科学预测；（2）自然环境对社会经济的影响；（3）暖化的对策这三个组织，并开展了工作。各个组织的最终报告书，是在1990年6月完成的，于8月末提交给在瑞典召开的第4次关于气候变化国际会议讨论，其结果在10月末的日内瓦第2次世界气候会议上作了报告。所研讨的暖化问题的主题是如何额定CO₂的排出量问题。

舆论界也在讲“暖化的起因是CO₂”。其意思是，产业革命以来，人们大量地消耗石化燃料，使大气中的CO₂浓度逐渐增加。CO₂有吸收红外线的性质，从地球发向宇宙的红外线，一部分被吸收而返送地球表面，使地球表面气温上升（温室效应）。地球表面气温的上升引起气候变化，增加了旱、集中降雨等异常气象。海水也因热膨胀，水位上升。更糟糕的是，高纬度气温上升，大陆冰床融化入海，海水位再升，将淹没凹地。由于多数大城市在沿海，这可不是个小问题，是个严峻的问题。

然而，从纯粹的物理学观点，对地球暖化系统，不能简单地理解，应着重考虑其问题的本质。

当然，大量的、非自然的物质一进入大气中，多数情况，将给人的健康及动植物的生长带来恶劣的影响。对大气污染、地球暖化作个比喻。试想读此文的您正乘坐着“地球”号宇航船旅行，临近您的座位上有一位烟鬼，使您的座位附近烟雾弥漫，呛得您很难受，您定会发出“空气污染，久而久之，客舱会升温”的呼吁，而在离您的座位较远处有位乘客，虽觉得整个客舱有薄烟漂动，但他知道客舱的空调系统对烟反应非常敏感，不会担心客舱内的温度上升。大气污染、地球暖化就是这样的问题。

笔者认为，我们这些“地球”号宇航船的乘客们，特别是驾驶员和技师，很有必要了解一下“地球”号的空调系统。

“地球”号空调系统如何呢？

太阳光会使大气升温，这连小学生都知道。但太阳光使大气升温的结构却异常复杂。这是因为太阳光线穿过大气的主要成分氮气、氧气时，不给大气加热，但大气中微量的3原子分子气体（H₂O、CO₂、O₃等，统称为温室效应气体）有吸收红外线的性质，起着为大气直接加热的作用。空中悬浮的云及火山灰之类 · 的尘埃，也扮演着决定气温的一个角色。不过，在地球表面附近，太阳光线的主要接收体，还是占地球表面70%的海洋。

其复杂的再一个原因，就是不能只考虑太阳光线的吸收。这就像屋顶上的太阳热水器，如果太阳热水器吸收的太阳热不散发的话，随着水温上升，总会沸腾。实际，水温一上升，从热水器散发的热量就增加，水到了某一温度后，就再也不会升温了。实际上，地球在不停地向宇宙放射所对应温度的光（红外线），因此，地球并不升温。红外线的放射量与温度有关，温度低，散发到宇宙的能量就少，温度高，散发到宇宙的能量就多。若地球吸收的太阳光能比放射到宇宙的红外线的能量多，地球的温艾就上升，于是，地球向宇宙放射的能量便增加。最终，地球吸收的太阳能与地球向宇宙放射的能相等，这种状态叫放射平衡。

现在的地球，基本处于放射平衡状态。其红外线射，对应着-18°C的温度。假如没有大气，红外线从地球表面放出，地球表面的平均温度将为-18°C。这个温度，地球上的海早已结冻了。而实际全球的平均气温是+15°C，海还是液态。这是因为在大气中存在吸收红外线的物质，即温室效应。地面上的气温，就是因为温室效应而高了+33°C。下面稍详细地分析一下其结构。

射向地球的太阳光，有30%被云和地球表面覆盖的冰雪所反射，剩余的70%，有20%被大气吸收，地球表面（地面和海面）只吸收50%。地球表面吸收了日光照射变暖，变暖后，热又以三种形式散发，红外线（20%）、水蒸发（20%）、热传导（10%）。从地球表面放射的红外线中的6%，返回宇宙，剩余的14%，被大气中的温室效应气体吸收，加热大气。以热传导形式在六气中移动的热，不用说是直接加热大气了。因水蒸发从地球表面损失的热，当水蒸气跑到上空形成云时，也对大气加热。结果，地球表面吸收的日光照射能量中的44%使大气升温。加上大气吸收直接日光照射的20%，共有64%的能量加热大气。不过，又有相同的能量认大气放向宇宙空间，完成能量的收支。

这里重要的是，50%的能量被地球表面吸收，约同量（64%）能量放向宇宙。特别要注意太阳能的接受者、放出者的不同。假如没有大气，接受者、放出者均为地球表面的话，地球表面的温变应为前面所述-18°C。既然能量的放出者是大气，又对应于-18°C向宇宙散发，那已经不是地球表面的温度了。大气是从不同高度向宇宙放射红外线的，-18°C的高度约离地球表面5 km。从比这个高度低的地方发出的红外线，要被到5 km高度的云和温室效应气体所吸收。因而，从宇宙用红外线看地球，约有5 km深度看不清。事实是用水蒸汽发出的波长为5.7~7.1 μm的红外线观察地球，根本看不到地球表面，在这个波长带内看，地球是个浑浊的沼泽样的行星。

若大气向下深5 km是不透明的“沼泽”，人类生活在其下面，怎么能看见夜空闪闪的星星。玻璃，看上去是透明的，但用红外线看就是不透明的。人体，看上去是不透明的，但用X射线看就是透明的。地球的大气，就是用可见光看是透明的，而用某波长范围的红外线看就不透明了。

决定气温的结构的复杂点，还在于入射地球的光（可见光）到达大气底层，从大气放出的光（红外线）是从浑浊的“沼泽”“水层”发出这一点。“沼泽”的温度，如果不论多深都一样，就简单了，但温度随深度变化，气温衰减率大，地球表面气温就高。气温衰减率相同，“沼泽”越深，地球表面气温越高。实际的“沼泽”温度，每下潜1 km，温度就升高6.5°C，其原因是这个“沼泽”（对流圈）存在着上下可搅动的气体。

因此，大气“沼泽”的“水面”是-18°C，底的温度为15°C，称此为“因温室效应气温上升了33°C”。

那么，因CO₂暖化的问题是什么现象呢？CO₂增加，大气“沼泽”的浑浊就增加，浑浊增加使“沼泽”深度增加。由于“水面”的温度（-18°C）不变，而从“水面”越往下温度越高，地球表面温度便高。

又经过什么样的过程暖化呢？CO₂的浓度作瞬间增加，大气的浑浊、“沼泽”的深度将瞬间增加。如果气温还是现在这样，“水面”的温度将比-18°C还低，而向地球表面的太阳放射基本不变，于是放射平衡便被打破，接受的能量就过多，CO₂增加时多接受的估计为-4 W/m²由于CO₂浓度比以前增加了，从大气向下放射的红外线也同样增加，这些红外线先暖了海洋，再由暖了的海洋暖大气，因为海洋是红外线的主要接受体。

由于是这种结构决定气温，不能说气温只因CO₂的浓度增加，与海面水温无关系。从100多年来的北半球与南半球的平均海面水温与海洋上气温的变化，可知气温基本是跟随着海面的水温变化。海洋和大气的关系，就像总厂与分厂的关系，分厂既有自主权，又要受总厂的影响，不能与独立的工厂同论，最初所提的“暖化观点”不足之处，是将总厂的作用全部抹杀了。

正对着太平洋的中央看地球仪，视场的90%以上是海洋，定会产生地球被液体包围的感觉。前面说过全球的平均气温是15°C，可海底各处基本是1°C，竟比其低14°C，原因是海底连白天也是黑暗世界。射向海面的日光，在水面下100 m就全被海水吸收了，再往下，太阳光根本不能到达。而太阳光不能到达的地方，没有使海水变暖的结构。

据观测，海水可以从海面沉到深海海底，特别是高盐分海域。虽然水面会被日光直接加热，但其影响不会波及到深海。这是因为从深海（不管哪里）总有与沉下来同量的海水涌上去，其速度1天1 cm，按平均深度4 km：要1000年以上，但这对表层的热以热传导的形式传入深海的阻碍作用是足够的，即海面被深海冷却。

总之，研究大气的暖化、暖化的程度，千万不可忘记海洋的作用。

现在人们很关心气候的变化、气候的预测以及地球暖化与异常气候的关系。特别是对因CO₂的温室效应的地球暖化问题的研究，100年来一直进行着。目前所依靠的气候预测，说不定还要100年。因为气候变化是非常缓慢进行的，需要长期地观察、踏踏实实地研究，千万不能用应付场面的对策。

［《科学》（日）1990年第12期］