全球变暖人为因素的定量热分析

联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第4次报告（2007年）认为，全球变暖的主因是人类活动所排放的（以二氧化碳为主的）温室气体效应；并且对未来100年二氧化碳排放所造成的地球表面温升作了估算。这个报告对世界各国的政治、经济均产生极大的影响。但是该报告所依据某些科学问题还有争议；有些的数据存在着较大的偏差；计算方法和结论存在着不确定性，很有进一步研究的必要。.本项目申请书分析了当前研究的现况和存在的问题；拟从工程热物理学科角度，把对"对流层顶部的辐射强迫的分析"和"对全球年平均能流的分析"这2个问题结合起来，进行认证和深入分析；并结合近代和未来大气组分的变化，考虑臭氧和水蒸气浓度变化的影响，计算大气组分对短波和长波辐射的吸收；对大气温室效应进行分析；检验目前计算温室气体的辐射强迫方法和计算温室气体造成温升的方法，较深入地研究温室效应的科学问题，力争能发现些新问题，提出些新的观点。

本项目从工程热物理的角度出发，采用最新的卫星数据等资料，对于水汽温室效应的分析、温室气体的选择性吸收与地表温度的相互耦合关系、太阳光谱辐射强度变化对地球能量平衡的影响等问题进行了定量的研究。. 以全球大气温度探空数据集RATPAC-A为基础，采用现有的相对湿度大致不变的前提，对对流层与平流层水汽浓度变化对温室效应的影响进行了定量研究。研究表明， 如果地表温度升高1K，水汽浓度增加所导致的对流层顶向上长波通量的减小值为2.2 W•m-2；对流层水汽含量变化与地表温升之间存在着强烈的正反馈关系；平流层水汽浓度每上升1ppmv，将使对流层顶的向下长波通量增加0.31 W•m-2 。 . 迄今对地球能量收支研究中，多是以太阳总辐射通量密度作为输入参数，而2010年公布了SORCE卫星监测到的太阳辐射通量的光谱分布数据。对数据分析发现：与处于 太阳活动下降期的2008年上半年相比，处于太阳活跃期的2010年上半年，虽然太阳总辐射通量密度较大，但由于太阳辐射波谱变化和由此引起的臭氧层增厚的缘故，使到达对流层顶的太阳辐射却减小了0.011W•m-2，可对地球起冷却作用。. 研究了温室气体的选择性吸收与地表温度的相互耦合关系，发现地表温度升高使温室效应的增加来自2个机制，一个是地表发射能量的“强度增强”；另一个是温度变化所引起的辐射能量的光谱迁移造成的“光谱增强”。“强度增强”始终为正，而“光谱增强”则根据地表的发射温度以及温室气体的主要吸收带位置而定，可能为正值，也可能为负值。负值时削弱了温室效应。. 研究了地球从-18℃到工业革命前的15℃的阶段（称之为“温暖”阶段）与温室气体的大量排放造成地球温度继续上升的阶段（称之为“变暖”阶段）。发现这两个阶段温室气体的吸收具有很大的不同：-18℃到15℃的“温暖”阶段，主要是温室气体的100-370 cm-1、640-710 cm-1以及1370-2000 cm-1 三个强吸收带对于地球长波辐射的吸收；而地球15℃以上的“变暖”阶段，主要是大气的370-640 cm-1和710-1370 cm-1 两个弱吸收带的作用。