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【分享】气候变化周期性质初探
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读《气候变化周期性质初探》 温景嵩 （天津 南开大学 西南村 69楼 1门 401号，300071） 我也是第一次 这是我的老伴朱珍华五十年前在南京大学气象系气候专业在我国著名气候学家幺枕生先生指导下完成的一篇毕业论文。虽然我和珍华共同生活了四十六年，但她这篇五十年前写成的毕业论文我也是第一次看到。那是在不久前的一天，我看到她从她所保存的旧物中找出了一篇文章，是手写在相当大的统计用纸的背面，年代久远纸都已经发黄了，我却从来没有看到过。她很认真地读着，显然已陷入沉思之中。是甚麽文章使她珍藏至今但又秘而不宣，又是甚麽原因使她今天终于翻出此文重新阅读呢？我很好奇。等她读完，我就迫不及待地拿过来一看。原来是她五十年前在南京大学气候专业毕业时在著名气候学家幺枕生先生指导下写成的毕业论文手稿。啊！真不容易。历经五十年的沧桑，风风雨雨，走过多少地方，搬过多少次家，变换过多少次工作，她都没有把它处理掉，是“货真价实”的“珍藏至今”啊！看过此文之后，我很感慨。虽说是一篇本科生的毕业论文，但它却超出一个本科生应有的水平。文字简练，内容充实全面，文章虽不算长，但它却包括了气候学的方方面面，可说是气候学的一篇很好的入门读物。真巧，她的论文题目正是研究气候变化，刚好和当前的日趋严重的气候变暖问题不谋而合，好像她有先见之明，五十年前就预见到今天气候变化问题会变得如此热闹了。从文中可见她那时已有了相当扎实的研究气候学所必备的基本功，治学态度又相当严谨，所得结论，居然能够经受住五十年长时间的和不同地域的检验，到现在看还是正确的，证明这篇论文特别是在当前的气候问题争论中，确有其重要的学术价值。作为一个本科生的毕业论文，能有此成就很不简单。至于我自己，读罢此文很受教育，收获不小。概括地说有两点：一是纠正了我过去对气候学的错觉；二是更加坚定了我在当前气候变暖的争论中对太阳辐射说的信念，现分别叙述如下。 我原来对气候学的错觉 我原来在北大气象专业学习时对气候学没甚麽认识，我们的培养目标是天气预报员，不培养气候工作者，不记得学过甚麽气候学课程，头脑中不免有轻视气候学的思想。认为那不过是一门描述性的学问，不需要甚麽高深的数学和物理知识，只要会加减乘除求平均值这些初等运算，把各地的气候平均特征搞出来就行了。到了中国科学院大气物理所以后，虽因当时在“大跃进，敢想敢干”的号召下，大气所气候组提出了“改造我国西北地区干旱气候”的宏伟计划，我就从已经报过到的天气组里调出来被重新安排到气候组去参加这个宏伟计划，那时也不认为自己将来要固定在这个气候组从事这门描述性的学问，我们是去支援改造气候的大工程，绝不是去搞描述性的气候特征研究。到后来三年困难时期，大气所贯彻中央提出的新的“调整，巩固，充实，提高”八字方针，此时领导提出气象学要提高，就要搞物理化，就要开展大气物理的方方面面的研究，把气象学从描述性的学科提高成定量的理论性学科。在这个大气候下，大气所的气候组终于被撤销，原来大家也认为气候学是一门无法改造的描述性`学科，没办法物理化，没有发展前途。气候组的原班人马就被解散，原气候组的绝大部分成员被调往其他的所，比如地理所，或应用地球所，或兰州大气所等。我们这些从天气组支援到气候组参加祁连山高山冰川融冰化雪工作的，则留在大气所，成立了近地面物理组。到后来近地面物理组也被撤销，我又被调到新成立的云物理组去了。就这样气候学在大气所销声匿迹了二三十年。直到最近，由于全球气候变暖问题越来越严重，大气所终于又恢复了气候问题的研究，不过这一次是要搞气候变化问题，和原来的气候组搞各地气候的平均特征不同。在那里只是要人们知道甚麽地方热，甚麽地方冷，甚麽地方干，甚麽地方湿就够了。而这次，却要人们知道它的变化趋势，是将变得更热，还是变得更冷？是将变得更干，还是变得更湿？一句话，新气候学是研究气候变化的动力学，它必然要用到更多的数学物理知识，而老气候学则是静态的气候学，它无法让人们知道气候将往甚麽方向变去。这就是在新形势下直到这次我看到珍华的毕业论文前，我对气候学的新认识。然而在读过珍华的论文以后，我才发现自己这个新认识仍然错了，实际上它是对气候学的一种错觉。显然这种错觉，在读过珍华的论文后就应该而且必须纠正。 气候学的本来面目 原来老气候学里就有对气候变化问题的研究，它不仅仅像我想象那样只研究静态的气候特征，这从珍华五十年前的论文题目就可知道。而且她论文的第一句话就明确指出，这问题在气候学中还不是一般性的小问题，原来气候变化问题竟然一直是气候学的一个中心问题。这真使我汗颜，我那所谓的“静态气候学”真是孤陋寡闻，是要不得的偏见了。而且在气候学的研究历史中已经形成了五种不同的气候变化学说，珍华论文的第二句话，就把它们一一列举。紧接着第三句话就表示了作者对它们的评价，即“它们都没有得到充分的证实”。珍华的严谨的治学态度由她对现有学说的这种谨慎评价中就可看出：有一定的证实，但不充分。看来气候变化问题确是个很难的问题。接着珍华就列举了曾经存在的一些不同的研究方法，方法是多种多样的，看得出在这个领域工作的人已经绞尽脑汁来研究此难题。最后作者讲了她自己在论文中使用的两种方法：移动平均法和微分法。前者我是知道的，第二种微分法却超出了我原有的知识，显然我原来认为的老气候学只要初等数学就够了的想法，又完全错误。而且该论文在微分法一节中提到的超越函数，我还是在大学毕业以后，在工作中遇到时才自学到。显然她大学里学的数学有的地方比我还多，天气动力学要比气候学高明的思想在这里又完全错误。在讲完论文所使用的两种方法之后，作者特辟一节分析了这些方法存在的缺点。这又使我大开眼界：从来的作者都是“老王卖瓜，自卖自夸”，珍华在这里却自揭其短，其严谨的治学态度，确使人佩服。在选取台站资料分析时，她又从全国气象台站网中仅选取了11个台站，而且都集中在我国东半部地区，西南与西北两地区的台站却因当时他们的资料年代都短于五十年，而被舍弃。更有甚者，使用微分法分析气候变化周期时，虽然其结果更精确，但它要求有更长的连续的记录，为此她仅选择上海和香港两站记录连续且长度达一百年的做计算依据，而进一步舍弃了其他已被选中的9个站。可见她对资料的选取也是十分小心而严格。对计算结果的分析，也相当客观而严谨。哪些结果客观可靠，哪些结果又含有主观估计成分，都说得清清楚楚，丝毫不加掩饰，再再都显示出她那时已具备一个成熟的研究工作者所应有的严肃严谨的科学态度。这样，她五十年前所得到的结论能够经受住长时间的检验，到现在看还是正确的，就毫不奇怪了。 由上面对珍华论文的分析可见近年来新兴起的气候变化的动力学研究，不能叫做新气候学，而只是气候学中一个老问题的新的研究方法。而且它和原有的方法，特别是和珍华所使用的微分法，两者应互相补充，而不应互相排斥。原则上，我以为应用微分法计算出某一地点气候变化的周期，相位，振幅后就可以而且应该能据此做出未来气候发展的预测，如果记录足够长，结果相当可靠的话。我还觉得，一个长时间的实测的气候要素变化记录，实际上就是一个随机序列，就是一个随机过程。应用现代的随机过程理论于这个时间序列，就应能对气候的进一步发展，至少能做出概率性的预测来，就像现时气象台站发布概率性的天气预报一样。微分法和我所设想的随机过程法，都是以实际气候系统中某些代表性地点某些气象要素的长时间的观测记录为基础，这是它们的优势。而气候变化动力学的气候模式计算固然也有它的优势，但计算机里的气候模型，是否真能代表真实的气候系统，也还是个问题。所以两者绝不能相互排斥，而只能相互补充。在当前气候变暖问题变得如此严重之时，多花些人力物力使用更多一些不同的方法来进行气候预测，以互相检验互相印证还是值得的，这是我看过珍华的毕业论文以后的第一个感想。 更加坚定了我的太阳说的信念 我在3月份写成那篇气候变暖文章时，还不知道珍华有这样的论文。虽然在写作过程中征求过她的意见，她看过后表示支持我的太阳说，而且说这也是她的一贯看法。当时我没留意，没有想到她以前学的是气候专业，可能对此曾有过专门的研究，以为她只不过是说说而已。现在看到这篇论文才知道早在五十年前她就是一位自觉主张太阳说的专门研究气候变化的科研人员，而我只不过是有一点直觉罢了。从她在论文中所列举的五种学说看，直接涉及太阳的只有两种，即第1种太阳辐射变化说与第5种太阳外形变化说。其他三种都是和地球直接有关的，即第2种地球轨道变化说，第3种大陆漂移说，和第4种大气成分变化说。而且她接着说了所有这五种学说都还没有被充分证实。但是作为一位气候科学工作者，她应该有自己的看法。果然随后她就在论文中明确地表示出，她支持太阳辐射变化说。而且不像我是外行，仅凭直觉，而她却有理论根据。也就是她所讲的：地球气候系统的变化，只有在全球热量平衡与水分平衡发生变化时才会发生，而热量与水分平衡发生变化，只有在太阳辐射发生变化时才会形成，所以归根结底全球气候变化只有在地球得到的太阳辐射量发生变化后才会产生。这样，她的论文就给了我的太阳说直觉以坚实的理论根据。为此我要感谢她为后人珍藏了五十年她的这篇大作。还要感谢她在当前气候问题日益尖锐之际，把它找出来使它重见天日。尽管在当前第4种大气成分变化说，已经以“人为二氧化碳增加说”的形式，在国际上取得了压倒一切的优势，并已成为国际政治舞台上整人的一根棍子，但珍华在这次新写成的“作者的话”里，却重申了她一贯的看法，并勇敢地指出，相对于太阳辐射的影响，大气成分变化包括二氧化碳含量的变化的影响是微不足道的；并且进一步明确地指出，在她五十年前使用了11个记录超过五十年的台站资料，个别记录还长达一百年，尚且感到资料的不足，而现在全世界的气象台站网并不拥有对大气成分包括二氧化碳含量的长期系统而且充分的观测资料，在资料严重不足之时，硬要说人为的二氧化碳增加是气候变暖的主要原因，就仍然缺乏根据。 珍华论文给我的太阳说直觉的第二个支持，是在实际数据上。该论文工作计算出的最重要的结论就是：她发现近现代气候变化存在三四十年的周期。这在当时就已和欧洲以及南亚的研究结果一致。更有意思的是，这个结论居然也和前不久在新疆从树木年轮研究中的发现一致。新疆最近发现，近320年来气候有8次变化，平均周期为40年。一个本科生的毕业论文竟然能经受住长达五十年实践的检验，证明这确实是近现代气候变化的一个自然规律，很了不起。从珍华的“作者的话”中可以看到，她自己也很重视这一成果，并且已把这一成果应用到当前气候变暖问题上，与人为二氧化碳说的预测不同，她预言，这次变暖不可能暖到一百年几百年，顶多三四十年后气温就会降下来。我很同意她的这个估计，因为这个估计建基于她所发现的近现代气候变化的自然规律。这确比那些从计算机里算出来的变化更为合理。而在这里我要说的是，这个发现还给气候变暖原因的太阳说以进一步的支持。首先，人为二氧化碳说不可能解释气候的这种三四十年的周期变化规律。按照二氧化碳说，自工业革命以后这240年来，气温就应当一直单调地上升，不可能有周期性现象；由于二氧化碳的效应不可逆，所以他们才认为即使人类现在完全停止排放，气温也会持续地破坏性地单调上升，一直增加到一百年至几百年，显然这种学说与珍华论文所发现的气候变化客观地存在三四十年的周期性质相违背。此外，地球轨道也不可能有这种三四十年的周期变化，它的周期是超长的10万到20万年；大陆漂移的变化也没听说过有这种短周期，如果它也有周期性的话，那应该是时间尺度可与地质时代相比拟的超长周期变化。于是，剩下唯一可能的就是太阳。而太阳活动也确实存在这类数量级为十年的短周期变化，例如太阳黑子数目的变化。更进一步从珍华的理论根据看，太阳辐射的变化本来就是气候变化的主要原因，那末现在既然气候变化存在三四十年的周期性，就必然说明太阳辐射本身存在这种长度的周期性，也只有太阳的这种周期性才会引发地球气候系统同样长度的周期性。因此从珍华论文的这个结论，更加坚定了我的太阳说的信念。顺便说一下，在我3月份的文章中我曾列举了国际上同样持太阳说学者们的论据。在这些论据中，我以为最有力的就是与地球这次变暖的同时，太阳系其它星球也在变暖。这一宇宙现象同样也是人为二氧化碳说所无法解释的。与此相反，太阳说却可非常自然地解释它。除非你能对每一个星球的变暖都找出非太阳因子来，而这些因子又刚好同时在现在发生，然而这种可能性比起太阳辐射在加强会使不同的星球同时变暖的可能性来说是太小了。所以，这一论据，加上珍华发现的近现代气候变化三四十年周期性的论据，都使我更加确信太阳的变化是这次地球变暖的主要原因。我要再次感谢珍华把她五十年前的这篇论文拿出来使它重见天日。 一点声明 我们反对变暖的人为二氧化碳说，并不反对节能减排，相反我们拥护并坚决支持节能减排。这主要出于能源危机和环境危机的考虑。我们感到我国面临的更迫在眉睫的危机首先就是能源危机。尽管最近我国发现了冀东渤海南堡大油田，但它也只有10亿吨，我国现在一年要消耗3.2亿吨石油，也就是说三年就可把它用尽。加上这个大油田，全国现有石油储量也不过是60亿吨，20年就可消耗光，太可怕了。这比二氧化碳说所预言的百年几百年的气候危机要严重得多。所以节能减排是很迫切的事。不仅如此，更重要的应是开发新能源，特别是要开发可再生的新能源，这才是功在后代长治久安之事。其次同样也是迫在眉睫的是环境危机。然而由此危机引起的不仅是要减排二氧化碳，其他有害人民健康的气体也应减排；更有甚者，环境危机不仅是空气环境的危机，而且有水环境的危机，比如最近多次爆发的太湖，巢湖，滇池的蓝藻危机，说明不仅要对有害气体进行减排，更要对有害液体污染物进行减排，甚至禁排。因此，如何应对水环境的危机也是非常迫在眉睫的事。很明显以上从能源危机和环境危机得到的节能减排，其覆盖面不仅包括了由气候危机导出的节能减排，而且比它所涉及的范围还要广得多。由此就使我们进一步认识到，坚定不移地落实好科学发展观确是我们现在应做的头等大事。 最后，我们反对全球气候变暖的人为二氧化碳说，并不是完全否定二氧化碳在使气温变暖中的作用。它确实是温室气体，显然会对气温产生影响，是气温变暖的因素之一。只是它不是热源，真正的热源是太阳，所以它不可能是气候变暖的主要因素。我们所反对的是：把人为增加的温室气体说成是这次全球气候变暖的主要因素，甚至说成是唯一因素。这种理论是我们所坚决反对的。 此外这次修改还改换了一个位置，把我的读后感变成正文，而把她的文章附在后面，供大家参考，请读者见谅。 （2007年7月4日初稿写成于南开园，9月22日修改稿也写成于南开园，10月1日再修改于南开园） 来源: http://www.sciencenet.cn/blog/cswen.htm [ Last edited by laizuliang on 2008-3-10 at 10:34 ] |
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气候变化周期性质初探
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气候变化周期性质初探 朱珍华 （南开大学 西南村 69楼1门401号，300071，天津） 作者的话 这是我于五十年前，在我国著名气候学家么枕生先生的指导下完成的毕业论文手稿。1957年我从南京大学气象系气候专业毕业后，因工作需要，没有再从事气候学方面的研究工作。但是，虽然经过多次工作调动，多次搬家，无数资料被处理，而这份手稿却仍完好地保存下来。因为我不仅为它付出了大量的劳动，而且它是我人生道路上的一个重要印记。 本文的主题是我国的气候变化问题，问题的中心是要研究气候变化的周期性质，包括周期长度，振幅和相位。为了进行研究，从全国气象台站中选用了11个降水记录长度超过50年，个别达100年的资料。为消除短周期的振动，采用了气候研究中普遍应用的移动平均法。我们知道气象要素的年际变化很大，降水的年际变化更为突出。记录经过移动平均以后，虽然平滑掉一些极端值，但得到的决不是光滑的曲线，而是由多个周期重叠的谐波。在此基础上，结合微分法进行计算分析，然后得到降水长年变化的周期长度、振幅、相位。因为这是学生的毕业论文，因此所有的计算数据在离校前都已交给了导师，我手里只留了这份底稿。但从两个代表点的计算中可以得知我国降水变化的平均周期长度为36年，最短值是26年最长值是45年。这个结果，在当时就和国外的结果一致。近代，在亚洲、欧洲有多位气候学家根据气候资料、冰川的进退增消、海平面变化等也都发现气候存在平均约为35年的周期变化，最短为26年，最长可到52年。更有意思的事是，本文结果还和近年来在新疆新的发现一致。他们从树木年轮研究中发现出近320年来气候有8次变化，平均周期为40年。这说明我国西北地区的气候周期和本文研究的五十年前我国东半部地区的周期基本相同。虽然以上这些数据是在地球上不同的地点不同的时期用不同的气候指标计算和分析出的，但它们都证实了我50年前在本文中得到的结论。即：现代气候变化有三四十年的周期存在。根据计算结果本文还分析了几个台站的长年降水的周期变化的振幅和相位，指出南北的相位有显著的差别，南方的相位落后于北方。 限于当时的条件，本文未能对温度的变化进行研究。但是所得结果至今仍然具有现实意义。首先由于它是纯学术研究，不受任何外因干扰，对它的客观性和真实性就毋庸置疑。本文通过科学计算客观地反映出，我国气候变化存在的周期性质，并且能够和国内外的结果相互印证。这种变化是自然规律，不以人的意志为转移。人的活动可以对它产生影响，但不能改造它。本文开头还列举了气候变化原因的不同学说，说明气候变化的复杂性和不确定性。关键是什么是主要原因，文中提到：“气候变化的原因是错综复杂的，它只有在水分和热量平衡变化时发生，而水分、热量平衡变化的根本原因是在于地球从太阳得到辐射量的变化，所以归根到底气候变化与太阳辐射有关”。文中提到地球大气成分的变化也是气候变化的一个因素，但显然相对于太阳辐射，大气成分变化对气候的影响是微不足道的。而且，因多种原因大气成分变化不定，存在日变化，年变化、还有年际变化，如二氧化碳存在明显的日变化。上世纪70年代，我在中国科学院安徽光机所从事二氧化碳观测研究。曾从文献中查到，有人在玉米地里观测到清晨大气中二氧化碳的含量达到最大，因为夜里植物的呼吸作用，要放出二氧化碳。白天则相反，由于植物的光合作用要吸收二氧化碳而使含量下降。全世界的气象台站历来都没有像对温度、气压等气象要素那样进行大气成分的观测，所以人类并不拥有大气成分包括二氧化碳长期、系统观测记录。本文使用了全国11个台站的降水资料，都在50年以上，有的台站达100年，尚且感到资料的不足。可见在严重缺乏资料的情况下，要说清楚大气成分包括二氧化碳对气候变化的影响并非易事。回顾往事，五十多年前当我学气候学时它还是个冷门，现在它却已发展成为当前全球政界和媒体以及有关各界关注的一个热点；尽管如此，重温我五十年前写的这篇讨论气候变化的论文，我却仍然感到现时那种强调人类活动造成的二氧化碳含量增加对气候变暖的影响，把它说成是变暖的主要原因，是根据不足的。更进一步，预言这类影响会使全球气候升温几百年，则更是和本文发现的气候变化存在三四十年周期的事实相矛盾。本文的这个发现业已为国内外研究所证实。根据这个近现代气候变化的自然规律，可以预期现时全球气候升温很可能是气候自然变化一个新周期的开始，这个周期长度不可能超过一百年，至多三四十年后，气温就会降下来，甚至会变得更冷，最后再恢复常态。这就是在当前气候变暖被国际上某些政界人士某些媒体炒作得沸沸扬扬，大有世界末日即将来临之际，重温我五十年前的这篇毕业论文所得到的感悟，我感到这个感悟要比那些炒作更为合理。 为使这篇学术论文改成一篇科普论文，使它能够为更广大的读者所接受，我们现在对原文的文字作了一些处理。首先把原文所有的数学公式都略去，这些数学公式主要出现在原文的“研究方法”一节中。对于非本专业的读者而言，知道这些公式的细节并非必要。对于对研究方法的细节也感兴趣的读者，他们可以来信向我索取。此外，我们还略去了原文文后的参考文献，同样对此有兴趣的读者，我也会向他们提供。第三，为使本文的现实意义更加突出，我们把本文原来的题目《我国气候变化问题的研究》作适当的改变，使它成为现在这样更有针对性的《气候变化周期性质初探》。最后，本文在1957年完成后五十年的今天，我的老伴温景嵩阅读了论文的原稿并写了一篇读后感，现在作为他的一篇文章放在本文之前，而本文则成为它的附件。 （2007年6月5日初稿写成于南开园，9月22日，和10月1日修改稿亦写于南开园） ， 气候变化周期性质初探 （本文原名《我国气候变化问题的研究》） 朱珍华 （1957年夏在南京大学气象系气候专业完成的毕业论文） 一．序 气候变化和变动问题是近代气候学中心问题之一。关于这方面的学说有： （1） 太阳辐射变动； （2） 地球轨道要素变动； （3） 大陆漂移； （4） 地球大气成分的变动； （5） 太阳外形的改变等。 但是，所有这些都还未得到充分的证实。气候变化问题的研究方法也很多，各国气候学家曾做过不少工作[1----6]。著名的苏联气候学家A.I.沃耶依科夫曾做出了一些贡献。其他像美国的Dongbass教授创立了“日斑和年轮学说”论证了气候变化。奥国的 Brükher研究里海水面变动发现气候周期。我国谢义炳教授根据Schusear周期法研究清代（1644---1911）的水旱灾周期变化[7]。张汉松用统计工筑法（周期图表分析法）分析过明代（1310---1642）水旱灾的周期[8]。 本文仅讨论了我国雨量的长年变化，这当然不足以全面地说明我国气候变迁，为达此目的，最好能再研究温度的变化和大气环流的情况，但目前无此条件。为了说明雨量的长年变化，必须计算其周期长度，振幅和相位。能使用的记录越长，则可应用的方法越多，计算之结果也越可靠。但国内的记录一般都不超过一百年，而且中断很多。故只能选择若干台站作计算，其中有： （1） 华南地区：香港（1853---1948），厦门（1892---1953）； （2） 长江中下游：上海（1873---1953），南京（1905---1950），武汉（1882---1953），重庆（1892---1953）； （3） 华北和东北：北京（1841---1954），天津（1905---1953），青岛（1899---1952），沈阳（1906---1952），哈尔滨（1909---1954）； （4） 西南与西北地区：由于记录太短，不能做计算，是本文不足之处。 对于记录较长且完整的台站，如上海，香港，我们除应用移动平均法以外，还进一步用微分法作了周期计算，其他台站只用了移动平均法。北京纪录年代很长，但中断太多，也只计算了移动平均值。对于振幅和相位的计算也曾做过试验，但由于误差的积累，计算结果准确性差，所以只能用粗略估计的办法。 另外，本文还将计算结果联系大气环流进行讨论，但没有专门做大气环流情况的统计计算，仅根据国内外学者研究结论做一些推论，不能讲不是一个缺陷。最后，本文还将我国气候情况和欧洲的做初步比较。 本文所用的资料，来自“中国雨量”（竺可桢，涂长望，张宝堃），以及中国科学院地球物理研究所和中央气象科学研究所合编的单行本“中国气象资料”。 二．研究方法 本文所使用的研究方法有： 1. 移动平均法（细节从略）。 2 微分法（细节从略）。 具体工作步骤如下： 1. 计算方法的鉴定： 为了检验计算方法的准确程度，在正式计算之前，我们先做了这一步工作，结果证明方法基本可靠（具体检验的细节从略）。 2. 计算： （1） 求11个台站降水量的十年移动平均值并作图，以比较各地降水的一般趋势和相位。 （2） 对香港和上海两地，除做了十年移动平均以外，还连续用微分法计算了第一和第二周期的长度（具体计算法见表三和表四，此处从略）。 3. 两种方法所存在的缺点： （1） 移动平均法： a. 平均时所取的时间间隔m是根据计算者的主观估计，无严格的客观标准。 b. 此法计算结果，最近几年的情况不能表现出来，如我们计算的十年平均的最后一点是落在前九年的时间上。 c. 移动平均后仍不能完全将短的复杂的波动去掉，时间间隔m取得太大时，振幅和曲线形状又改变太大。 （2） 微分法： 前已证明此法应用于超越函数的计算时较合理，但当曲线不平滑时误差较大，并且准确度也无法估计。因为：（原因有二，其细节的分析此处也从略）。 （3） 相位和振幅未能用计算法。 三．关于相位，周期长度和振幅计算结果的分析 1. 各地雨量变迁相位差别的分析： 为了比较全国各地降水量变迁相位的差别，计算了11个台站降水量的十年移动平均值。由此得到的变化曲线很清楚的显示出各地的相位差别。为讨论方便起见，都以1909年作为起点，并根据地理位置将它分为三个区域来讨论（见图3）： （1） 我国南部沿海地区（香港，厦门） 以香港为代表，其一般变化形势为：1909年是负值（-150.5mm，是去掉平均值以后的计算结果），其后是连续上升时期到1918年达到顶点，而后则连续下降到1929年达到最小。1929年以后到现在又是处于上升时期中。 （2） 长江中下游地区（重庆，武汉，南京，上海） 以上海为代表，其一般变化形势是：1909年为正值（+90.1 mm）,开始时比较平缓然后就显著下降，至1928年达到最小，而后又连续上升，现今是处于上升以后平缓变化阶段。 （3） 华北东北地区（青岛，天津，北京，哈尔滨，沈阳） 以青岛为代表，其一般变化趋势是：1909年以后是处于迅速下降阶段。1913年达到最小（因记录有中断，故不十分准确），而后连续上升，1922年达到最大，而后又连续下降，现今从曲线上看大致又是处于连续上升阶段。（因记录中断，只是做约略估计）。 以上的分析相当粗糙，，并且由于记录中断很多，所得的结果并不完善，但是仍可以清楚地看到各地的相位有显著的差别。长江流域的相位落后于华北东北地区，华南沿海地区的相位又落后于长江流域。将华北和东北地区和华南沿海地区相比较，则可见二者相差甚远，相位几乎是相反的。 2. 各地周期长度的分析： 对于这个问题，我们应用微分法对上海和香港两地的记录作了精密的计算，在计算过程中发现： （1） 降水量的常年变化周期并不像超越函数那样一成不变，故所得结果是整个记录的平均周期。 （2） 由于曲线不完全光滑，因此个别周期值显得特别小或特别大，所以我们除对所有周期值求平均外，还除去极端值求平均（范围由计算者根据经验主观决定）。另外，我们还应用21年的移动平均值曲线图作粗略的估计, 以做参考。所得结果，见下表： 地点 周期 计算值 图表估计值 不去极端值 去极端值 上海 第一（ ） 28.9 30.2 31-34年 第二 （ ） 26.4 15.7 香港 第一（ ） 43.4 30.2 40年左右 第二（ ） 45.2 16.7 由上表可见，计算法所得结果还是比较正确的。平均周期长度为36年，最短为26年，最长为45年。其它各地因记录年代太短故未作计算。但从10年移动平均值图上的比较可见，上海和香港两地所得周期长度的结果还是有代表性的。 3. 各地振幅的差别： 和相位问题一样，应用计算法误差太大，本文只做约略的估计。以下分别给出上海和香港两地的结果。 （1） 上海：从y21 ∝2.83数列中找到从1894年到某一年为：-177.2 mm，从1913年到某一年为+193.9 mm，从1934年到某一年为-183.7 mm. 由此可见，上海的振幅约为370 mm左右。 （2） 香港：从y21∝2.83数列中找到从1884年到某一年为+499.2 mm，从1905年到某一年为-707.5mm，从1924年到某一年为+71.3 mm. 由此可见，香港的振幅约为800 mm左右。 四．年降水量韵律变动的原因 1. 关于周期的长度： 近代气候学家通过气候观测资料的分析证明气候变化存在着周期性。勃吕格聂尔曾根据1700---1880年气象观测资料，并采用了该时期内关于山区冰川的进退，河流融解和冻结的日期等资料的研究得到结论：在气温，气压和降水上都出现平均长度为35年的周期。其个别周期长度变动于26---52年之间。19世纪末奥国的Brückher研究里海海平面的变动也发现长度为35年的周期变化。同样，在亚洲Howe.G研究印度次大陆气候变迁，也发现30---40年的周期变动，以上三位国外气候学家对国际上其它地区的研究结果和本文对我国若干地区研究的结果一致，可见本文结果有一定代表性。然而，谢义炳和张汉松在分析我国清代和明代水旱灾周期变动时的发现却比本文为短，即：长江流域水灾周期是10年和6年，旱灾周期是10年；黄河流域水灾周期是6年和10年，旱灾是7年和1 2年，说明气候变动有更复杂的情况。 气候变化的原因则更为复杂，它只有在水分和热量平衡变化时发生。而水分和热量平衡发生变化的根本原因在于地球从太阳得到的辐射量的改变，所以，归根结底气候变化应和太阳辐射有关。过去很多研究中提到气候变化和太阳活动性的变化有关。因太阳黑子数目平均约有11年的韵律变动引起了气候上的韵律变动。F.Nansan 和B-Heland-Hanson曾根据1815---1910年的观测将太阳黑子数变化曲线和地球温度曲线相比，得到下列结论：在热带，温度随黑子数增加而降低，又随黑子数的减少而升高。在温带，却没有这种肯定的关系。太阳黑子数目的变化周期与谢义炳张汉松研究的水旱灾周期一致，但又比国际上较普遍的发现为短，也比本文发现的结果为短。这说明了太阳黑子活动，或更广义地讲太阳辐射量的变动，它们和气候之间的关系是很复杂的。一方面有联系，另一方面又至今还没有得到确切的肯定结论。也可能从现在大多数研究发现的气候变化的35年周期分析，太阳辐射也应该存在这种比11年更长的周期。因此，在这一方面需要有更深入细致的研究，例如不是单纯地看太阳黑子数的变化，而是更直接的对太阳辐射量进行测量都是十分必要的。 气候变化还和大气环流的变化有密切联系，它的变化直接影响到气温，气压和降水。在欧洲，气候学家们曾做过大气环流和气候变化之间的关系研究。瑞典的C.C.Wellen曾在“瑞典夏季温度和一般的环流变化的关系”一文中，将欧洲的的环流形势作详细分类，研究结果得到：温度的高变率和经向环流有关，低变率和纬向环流有关。苏联的勒雅霍夫计算了列宁格勒，喀山和亚尔干代尔的年气温十年移动平均值，并和泽捷耶夫斯基所作的1899---1954年间北半球大气环流变化的分析相对照，最后得到以下结论：在暖期纬向环流盛行，而南北热量交换强的经向环流则在冷期占优势。国内缺乏环流形势的研究，我们也没有对它作特别的分析。所以现在要想得到降水量和大气环流形势之间的确切关系是不可能的。但是根据国内外在这方面的初步研究成果可以推知，有几点可以特别注意。首先应指出，我国处于季风气候区。雨量的多寡和分布除受世界一般大气环流形势的影响外，还和季风的强弱有直接的密切关系，这是很早就被大家所公认的。涂长望在他的“大气运行和世界气温之关系”一文中提到：“当七月季风强时长江流域少雨，华北多雨，华西亦多雨。在东南季风强时华南以及北纬25度以南雨量丰沛”。其次，还应提出：我国东南沿海降水量与台风有密切关系。台风雨往往使年降水量大大地增加。 2. 关于相位： 目前气候处在甚麽阶段是大家所关心的问题。在西北欧洲根据Wellen的分析认为：瑞典夏季气温有正在下降的趋向，这种趋向是由北向南扩展。他在联系到大气环流形势时认为，大气环流的变化首先影响到极地边缘地区的夏季温度，然后影响到较南的纬度。在本文所计算的结果中，由于纪录中断较多，目前的具体趋向不易看出。但大致可以看到，与瑞典的趋向相反，我们这里是处于正在上升的阶段。至于南北的相位则可以看到有显著的差别。而且和瑞典一样：南方的相位落后于北方。这种现象可以有两种解释。一种就是用Wellen的观点来解释。另外一种，我们觉得还和季风强度有关，因季风强时北方多雨，南方少雨，两种解释其实是一样的。 五．结束语 本文所做计算应用于长期预报，其效果必然很差，过去气候工作的经验已告诉我们这一点。但是这些计算仍可以较清楚地说明气候变化的情况，有其存在和使用的价值。只是由于纪录太短，有很多台站未能作详细的计算，并且个别纪录长的台站也仅做了降水量的计算，因此还不足以全面地说明我国气候变化的情况。为此，需要对我国气温做同样的计算，并等待较长年代的纪录。此外，对我国大气环流的变化未能作具体分析，更没有对太阳辐射的直接观测记录，因此就不能清楚地阐明气候变化的原因，又是本文的不足之处，今后进一步更深入的，更细致的，更全面的气候变化研究确实很有必要。 参考文献（从略） （2007年6月5日打印稿完成于南开园，9月22日修改稿亦完成于南开园） |
2楼2008-02-26 15:23:26
quaternary
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3楼2008-02-26 16:18:33
4楼2008-02-26 23:08:20
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研究不同意楼上的意见 呵呵 1. 大气所 是个什么样的单位 幺枕生、顾震潮、温景嵩、朱珍华是些什么人？ 你不清楚，去问问搞大气的朋友。 2. 说明一下，温景嵩现今已是70多岁的老人了（1933年生），朱珍华是他夫人。故文中一些评价性语言比较爱昵。对于一对70多岁的夫妻来说，我们后生晚辈给予祝福是应该的，而不是骨头里面挑刺。 3. 楼上是研究新生代地质的，去找找地质时期至今的气温或低温序列——不难看出，IPCC所谓的全球变暖，其幅度仍在自然变率之类。而气候变化，天文因素是一个重要的原因。如同朱文所说太阳辐射的变化是年代际气候变化的重要因素。 4. 很多人对于气候变化的理解，来自IPCC。=Intergovernmental Panel on Climate Change,是一个政府机构。如同温文中的“成为国际政治舞台上整人的一根棍子”一样，IPCC中有很多zhengke在背后，其为各自的利益而或夸大、或隐瞒。EMUCH不许发这类言论，你可以去网上搜！ 5. 操作国外的仪器，用English写paper，不见得就是真科学和官科；反之，国产化的研究不见得就是伪科学和民科！ 如果温景嵩的博文和朱珍华的毕业论文是民科和伪科学的话，估计也没有几个留学生能够作出真科学和官科。 [ Last edited by llc on 2008-8-3 at 12:24 ] |
5楼2008-08-01 17:10:25
Geochimica
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"从她在论文中所列举的五种学说看，直接涉及太阳的只有两种，即第1种太阳辐射变化说与第 5种太阳外形变化说。其他三种都是和地球直接有关的，即第2种地球轨道变化说，第3种大陆漂移说，和第4种大气成分变化说。而且她接着说了所有这五种学说都还没有被充分证实。但是作为一位气候科学工作者，她应该有自己的看法。果然随后她就在论文中明确地表示出，她支持太阳辐射变化说。" 很多人讨论气候变化，根本没有个时间尺度的概念，就来讨论这个重要那个不重要，根本就是扯淡。全新世百年尺度的气候变化现在流行的观点是太阳活动（Bond et al., 2001 Science）；冰期-间冰期尺度上当然是受地球轨道控制（米兰科维奇理论）；新生代以来的全球变冷显然太阳活动和地球轨道控制不了。一般认为是地球自身活动影响（如板块活动，地幔去气的CO2）。大气成分变化当然也是重要的气候变化驱动因素，新生代早期2000ppm的CO2，和现在几百ppm的CO2比，当然会造成温度不同。自己拿最简单的加上温室气体层的辐射模型算下就知道。 要想真的了解这些气候驱动因素，没点地质地球化学之类的基本功根本不行。最烦那些拿几十年的数据分析分析就这样那样的。 [ Last edited by Geochimica on 2008-8-1 at 10:59 ] |
6楼2008-08-01 23:50:47
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7楼2008-08-01 23:54:22
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