地球態變與全球氣候異常

雷仕湛 沈力 王慜超 戚婧媛

全球氣候異常

近幾年全球出現氣候異常，一些本來寒冷的地區變得溫暖了，甚至是高溫天氣；而一些本來溫暖的地區卻出現嚴寒天氣；一些地區本是雨量充沛的，卻出現嚴重旱災。因為氣候異常，相應引起的各種自然災害明顯增多，給人類的生產和生活帶來了嚴重影響，也給生命財產帶來嚴重損失，有關資料顯示，2021年自然災害造成的經濟損失超過1700億美元（約合人民幣10 830億元），導致至少1075人死亡，約130萬人流離失所。

氣候寒冷地區現高溫天氣，氣候溫暖地區現嚴寒天氣

歐洲 90%的人口居住在北緯 40°～56°之間，夏季時間短而且相對涼爽，但如今出現罕見的高溫干旱天氣，很多國家均出現了打破歷史記錄的高溫天氣，最高氣溫普遍超過40℃，其中意大利最高氣溫高達45℃；希臘曾一度出現 41℃的高溫天氣；塞浦路斯的氣溫高達43℃。向來以冷和冰封著稱的北西伯利亞地區和北極地區的氣溫則出現32.2℃；在北極圈附近的一個名叫維爾霍揚斯克的小鎮的氣溫還高達38℃，這是從來沒有過的事情，對于小鎮的居民來說，簡直不可思議。常年在零下幾十攝氏度的墨西哥小鎮，氣溫也突然達到了38℃。一些地區的氣溫則大大超出往年，氣溫異常高，加拿大不列顛哥倫比亞省的小鎮萊頓氣溫達到49.56℃，悉尼最高氣溫達47.3℃。摩洛哥出現43.4℃高溫，阿爾及利亞的撒哈拉沙漠地區最高氣溫達到51.3攝氏度，美國有些地方的氣溫也達到50℃，天空像是被灼燒了一樣?？仆氐臍鉁馗?，其首都科威特城的氣溫一度達到73℃，停在街邊的汽車都被烤化了。與此相反，常年處于熱帶雨林氣候的巴西，氣候溫和，冬季很少下雪，2021年7月29日，巴西33座城鎮卻出現異常強降雪，積雪厚度達到了1米。

夏天雪花飄飄，冬天溫暖如春

按照往日的觀念，不管生活在地球北半球或者南半球，氣候情況大致是冬天的氣溫低，還不時下雪；夏天的氣溫高，雨水充沛，這些是人類長期生活見證的氣候規律。然而，現在情況變化了，出現了各種異?，F象。中國的三大火爐城市（南京、武漢、重慶）有一年夏天便出現“涼夏”的異常天氣，打破近百年來夏季最低溫記錄；更奇葩的是，俄羅斯莫斯科出現夏天下雪天氣；德國的巴伐利亞山區也曾上演過 7月飛雪的一幕，2004年7月11日，該地區的暴風雨突然轉變成大雪，德國海拔最高的山峰很快就變成了覆蓋厚厚積雪的雪山， 降雪量達到10厘米；意大利東北部地區阿爾卑斯山在夏天也飄起過雪花。

冬季通常氣溫較低，一般會出現下雪天氣，河流、海面通常會結冰。但現在暖冬時有出現。有一年北京只有3天就到農歷的“大雪”，但正午的氣溫卻一直保持在10℃以上，最高氣溫達19.5℃，突破了自1915年有氣溫記錄以來的最高紀錄，為多年同期平均溫度的4倍。此外，廣東、福建一些地區在冬天更是出現27℃以上的溫度，局部地區還達到30℃。

雨量充沛地區現嚴重旱災，干旱地區現洪災

臺灣島往年的年均降雨量高達2500 毫米，是世界平均降雨量的2.6倍，2021年初卻出現半個世紀以來罕見的旱情，在中南部多個水庫見底，曾經“湖水碧綠”的日月潭土壤龜裂、雜草叢生，形成“大草原”，著名的景觀意象“九蛙疊像”也現出全身。

而以干燥的草原氣候和沙漠氣候為主的西亞，則出現反常的大雨天氣。2022年，屬于熱帶沙漠氣候的阿聯酋，竟然在盛夏時分被連續大暴雨澆出了洪澇災害，沙漠干旱地區被過膝的大水淹沒。科威特也出現前所未有的強降雨，1小時的降雨量達到其全年降雨量的10%。伊朗接連兩次發生洪水，導致數十人死亡。阿富汗也發生了幾十年未遇的特大洪水，全國大約有1/4面積的地區受災。也門中部和東部出現罕見的連續傾盆大雨，造成30年來最嚴重的洪水，300多人死亡，100多人失蹤，300多萬人的生活受到嚴重影響。一直被干旱蹂躪的津巴布韋也受到洪水襲擊，一些道路、房屋及谷物被洪水沖毀。

氣候異常根源

現在，全球氣候異常已成世界各國廣泛關注的話題，也是關系到人類命運的重大問題。全球氣候異常的原因有多種說法，本文討論地球態變對全球氣候異常的影響。地球態變主要是指地球表面狀態變化和地球運動狀態變化，地球的這些變化將影響地球吸收的太陽光能量、地球向大氣發散的能量以及其在空間分布的變化，相應地引起地球大氣環流運動狀態和分布狀態的變化，從而導致氣候異常變化。造成地球表面狀態變化的主因是植被破壞，改變通過地球表面與大氣的能量交換狀況；造成地球運動狀態變化的主因是地球物質質量遷移，改變地球物質質量分布狀態。造成這種狀況的因素有自然因素和人為因素，其中的人為因素是主要的。

植被破壞致氣候異常

地球表面狀態最顯著的變化是植被退化破壞。地球陸地表面分布著許多種植物群落，如森林、草原、灌木林等，眾所周知，地球能夠形成有相對穩定的氣候環境，很大程度上是地球表面植被起的作用，假如地球演化過程中沒有植被，那么也不會有今天這種適于多種生物的生存環境。植被對氣候的反饋作用通過影響當地大氣環流或通過生物地球物理、生物地球化學循環等方式，對大尺度環流造成影響，最終影響大尺度氣候變化，乃至全球氣候變化。事實上，植被對氣候的影響很早就被認識到，植被形成的生態系統是地球上最具活力的生態系統，它具有極強氣候調節功能，這個系統的退化必然會反映到全球氣候變化上來。人們也發現，植被增加幅度明顯的地區，出現氣候異常的概率較小，異常程度也較低；而在植被增加幅度較小或植被退化的地區，出現氣候異常的概率較大，變化幅度也大。此外，有關氣象資料也顯示，干旱地區白晝的最高氣溫與當地的植被變化存在反向關系。我國南疆等地區近30年發生了較為明顯的植被退化，這里的氣候異常變化是比較劇烈的；沿長江一線的區域，植被原先相對茂盛，但近30年也遭到一定程度的破壞，氣候異常情況也嚴重多了。

由于生產發展和經濟活動的增加，植被在不斷地遭受到人為破壞，森林消失尤為嚴重。為了獲得更多的土地、木材資源，過度砍伐森林，造成森林面積大量減少。有關報道顯示，南美厄瓜多爾從1969年以來，有95%的森林面積被辟為油田、居民住宅用地等；中國海南省的自然森林覆蓋率也大幅減少，已經從1950年代初的25.7%下降至1980年代初的7.2%；云南省西雙版納的自然森林覆蓋率在同期也由近60%下降至25%，平均每年下降2%。另據有關資料顯示，世界熱帶森林已被砍伐44%，森林面積只剩下大約2670萬公里2了，而且現在每年還在砍伐7.6～9.2公里2面積的森林，另外有大約10萬公里2面積的森林遭受到嚴重破壞。相應的，出現氣候異常的頻率在增加。

地球物質質量遷移致氣候異常

地球大氣圈、水圈、生物圈及巖石圈這四大圈層的變化都與地球自轉速度變化有密切的關系，相應導致地面和大氣的熱能量收支狀況變化，從而影響氣候變化。地球自轉速度對于大氣和海洋環流有決定性的作用，因此自轉速率的變化必然會影響到氣候變化。地球自轉速度變化與全球溫度變化存在強正相關性，利用地球自轉速度變化與全球年均氣溫擬合模型建立線性回歸方程，能夠比較準確地預測全球年平均溫度。地球自轉速率的變化也促使形成厄爾尼諾現象（發生在熱帶太平洋大范圍海溫異常增暖的一種氣候現象），與全球大氣環流和許多地區的氣候異常有重大聯系。同時，地球自轉速率的變化也直接影響大氣和海洋內部的振蕩，在一定條件下還可以形成超低頻振蕩，從而影響全球氣候的演變。

地球的自轉速率變化通常也稱日長變化。美國航空航天局的測量結果顯示，現在地球每天的時間都比前一天延長1/700 秒，即每過一年，一天的時間就要延長0.5 秒，每過1個世紀，大約延長1分鐘。

科學家也研究了人類活動導致地球自轉運動速率變化的問題，研究顯示，地球自轉速率變化與地球本身的物質質量分布變化以及對地球施加額外作用力有著密切關系。人類在地球上的一些生產建設活動是在明顯地改變著地球的物質質量分布，如攔截河流蓄水建電站、圍海造田、開挖煤碳、開采石油、建造群立摩天大樓等。水力發電站是重要的能源，于是許多河流上都構筑大壩蓄水，河流上游水位大幅度升高，而下游水位大幅度下降。河流水位變化以及引入建壩的建筑材料，顯然改變了地球質量分布。美國從1930年代開始對田納西河進行多元開發利用，建造水電站等，經過多年的建設，在田納西河上已建成了35個大水庫和8個小水庫，水力發電廠達49個。科學家計算過，每年有4萬噸“宇宙灰塵”落在地球上，這些灰塵大部分雖可以返回宇宙空間，但仍有一部分留在地球表面，使地球的重量增加。根據轉動角動量守恒定律，這也會導致地球自轉速度發生變化。如此多水電站工程的土石方挖填、混凝土澆筑、鋼材使用等，搬動的物質質量比起宇宙灰塵就重得多了。有資料顯示，世界各國大建水電站對氣候真的是產生了影響。

圍海造地是另外一項改變地球物質質量分布的重要活動，這是用土石、建筑垃圾、工程組件等，將陸地、島嶼，甚至島礁沿邊緣填埋成新的陸地。世界多國都有向大海要地的情況，荷蘭自13世紀起就開始大規模圍海填地，如今荷蘭國土面積的20%是人工填海造出來的，丘陵都被挖去填海了。日本早在11世紀就有了填海造地的歷史記錄，二戰后日本大規模填海造地的情況更為普遍，1945—1975年，日本政府圍海造地達11.8萬公頃。

煤碳、石油等從一個地方開挖出來，搬運到其他地方，相當于把一座座山或者一個個湖泊搬到別處，這也是改變地球物質質量分布的重要方面。眾多摩天大樓拔地而起，也改變了地球的物質質量分布。

地球受額外作用力致氣候異常

地球受額外作用力，自轉運動速度發生變化，也將引起氣候異常變化。給地球施加額外作用力的行為也有不少，地下核爆炸就在地球內部產生巨大作用力，促使地球質量分布發生變化，并引起地球震動，誘發地球自轉速度變化。發射太空飛行器、導彈和發展高速列車等活動，也將引起地球自轉速度變化。太空飛行器、導彈等在發射的時候對地球產生的巨大反作用力，將改變地球的轉動慣量，相應地改變著地球的自轉速率。我們注意到一個事實，最近20年來世界發射的航天器數量在不斷增加，2000年發射的次數是5次，2018年是114次，2021年是144次，并且主要是在北半球發射的；而去年的氣候異常情況比往年嚴峻，北半球比南半球嚴峻。

地球表面粗糙度變化致氣候異常

地球極移也是引起氣候異常的主要因素之一。地球自轉軸相對于地球本體的位置發生變化，這種運動稱為地極移動，簡稱極移。地極不斷地移動會引起地球的離心力位勢及其分力在空間和時間上發生變化，也將引起大氣質量輸送發生變化，于是氣壓場和各大氣活動中心的強度和位置也將產生相應的變化，導致大氣環流變化，即氣候出現異常變化。有關資料顯示，極移與氣候變化的確有關系，如極移振幅增高，亞歐中緯地區的經向環流指數增強，緯向環流指數減弱，副高點偏南，中緯地區海洋向大陸輸送的水汽減少，于是降雨量將減少，冬季氣溫也降低?？茖W家還發現，厄爾尼諾現象也與極移有關。

引起地球產生極移的一個主要因素是地球表面的粗糙度發生變化。人類的一些生產和生活活動改變著地球表面的粗糙度，導致其對太陽光的反射率不同。我們知道，光輻射對被照射物體會產生壓力，稱為光壓。地球任一緯度帶內的光照射面上受到的太陽光壓，與該緯度帶內所含的光照射面的面積、該緯度帶中心點所處的緯度以及該緯度帶內地球表面的光學反射率有關，而地球表面的反射率與地表面的粗糙度有關。人類在地球表面建設的各種形態和大小的建筑物、堆積的各種建筑材料和礦物材料，改變了地球表面的粗糙度；此外，在地面上開挖的各種尺寸大小和深淺不同的渠道、湖泊，土地沙漠化、城市化、森林砍伐、植被破壞等，也改變了地球表面的粗糙度，相應地改變了地球不同地區對太陽輻射的反射率不同，它們受到的光壓相應不同，驅動地球作極移運動。

合力應對全球氣候異常

控制地球態變，并不是某個人或者某個國家所能及；地球的氣候異常所帶來的災難，也不是某個人或者某個國家能單獨承受。因此，為了避免氣候異常變化，讓人類有一個舒適穩定的氣候環境，需要全人類共同努力應對，建議氣候組織除了對溫室氣體減排做出規范之外，對上述各種會影響地球態變的生產和生活活動也做出必要的規范，以期控制地球的態變，避免氣候異常變化。

[1]申文斌， 張振國. 利用空間大地測量數據探測地球膨脹效應. 測繪科學， 2008， 33（3）： 5-6.

[2]魏二虎， 李巖林， 等. 地球自轉速度變化與全球氣溫變化的相關性研究. 測繪地理信息， 2021， 46（6）： 1-7.

[3]雷仕湛， 屈煒. 地球危機——中國的應對. 上海： 復旦大學出版社， 2021.

關鍵詞：氣候異常變化 極端氣候 氣候變暖 地球態變 ■