2010年2月27日

增补版:一个方便的谎言--人造二氧化碳造成全球暖化

正體版在這裡:《增補版︰一個方便的謊言--人造二氧化碳造成全球暖化》。

增补版说明:本文是对2009年1月版本的重要增补。增补的一节是本文后面的第7节。同时,正文也有小量的修改。

本文从七个方面简要地还原了人造二氧化碳对温室效应的影响比例大约是6600分之一。如此微小的比例,甚至远低于温度测量的误差。把人造二氧化碳的作用无限夸大,说成是造成“全球暖化”的罪魁祸首,是人造全球暖化(以下简称“AGW”)骗局中的关键一环。本文介绍的是一些已知的科普常识,而不是原始的“科学研究”。

1,二氧化碳在空气中的含量

在拙文《人造全球暖化的骗局是怎么一回事?》中,我主要讨论了二氧化碳在空气中的含量。这个含量是极其微小的,只占空气分子数的万分之四不到。假定地球大气层是塑料温室的透明顶棚,由两千五百个方格组成,再假定二氧化碳的效应是完全阻挡辐射的逃逸,万分之四的含量只相当于把两千五百个方格中的一个方格变成不透明的。从总体来看微不足道。

不但二氧化碳在空气中的含量微不足道,下面我们要仔细地看一看人造二氧化碳在整个指控中的具体数字,就让人更加吃惊。

2,二氧化碳在温室气体中的含量

二氧化碳在空气中的含量是385ppm。这里的单位ppm,是“每百万分子数的含量数目”。而水蒸气在地球大气中的含量却高达1,000-40,000ppm。空气中的水蒸气含量变化很多。在寒冷的两极地区,水蒸气的含量很低;在酷热的赤道地区,水蒸气的含量可能达到40,000ppm。根据美国宇航局地球数据表的估计,水蒸气的通常含量可能是1%,即10,000ppm。

按照这个估算值,与二氧化碳的含量相比,水蒸气的通常含量,可能是二氧化碳的26倍之多。假定水分子与二氧化碳分子的温室效应是等同的。那么单单从分子数目上来看,水蒸气的温室效应就要远远地超过二氧化碳。下面我们要看到,这个假定是不成立的。水分子的温室效应远远地强于二氧化碳。

3,二氧化碳与其它温室气体的温室效应强度比较

上面的数据,基于的是纯粹分子数的同比重比较。同比重比较的假定也是不成立的。事实上,一个水蒸气分子,与一个二氧化碳分子,他们的温室效应效应是不同的。水蒸气的温室效应要远高于二氧化碳。下面这个图显示了空气,氧气,二氧化碳,和水蒸气的对阳光辐射的吸收频谱

二氧化碳的唯一显著的吸收频段是在15微米的那个峰值,其他的峰值,因为过于狭窄,吸收的能量很少。再看看水蒸气,情形却完全不一样。从0.8到8微米的多个吸收峰,其中就有两个比二氧化碳的峰宽。从10微米以上,水蒸气的吸收频率几乎是连续不断的,更是与二氧化碳无可比拟。因此,即使在同等浓度下,水蒸气的温室效应也是二氧化碳的很多倍。

当然,由于二氧化碳在大气层中的含量相对比较均匀;而水蒸气在不同地区,昼夜之间有很大的差别,单纯从第二节的分子数目上进行比较是一个简化的说法。根据美国能源部的一篇估计,在对流层(一般说的大气层)中,由水蒸气造成的温室效应,占到了95%。前美国Virginia大学的环境科学教授Patrick J. Michaels博士也作出了同样的估计(在该文件的第14页第3段)。下图显示的就是各种温室气体的温室效应占总温室效应的百分比。


剩下的5%温室效应中,二氧化碳并没有占到100%。一般鼓吹AGW的暖化“科学家”,在计算二氧化碳的温室效应是多么严重时,都故意不把水蒸气考虑在内,所以他们所说的二氧化碳在温室效应中所占的比例,其实就是二氧化碳在除了水蒸气以外的温室气体中的比例。把二氧化碳的温室效应强度乘以二氧化碳在其他温室气体中的比例,与所有的其他温室气体的温室效应强度的总和比较,大体上可以得出,二氧化碳在其他温室气体中的贡献比例是72.37%。详细的计算在此文的第二节,该节里面的表2记录了具体的数据和计算结果。

有了这两个数据,我们就可以计算出来大气中所有的二氧化碳(自然+人造)对于温室效应的总贡献:

除了水蒸气以外的温室气体对温室效应的贡献比例: 5% ( =100%-95%)

乘以

二氧化碳在除了水蒸气以外的温室气体中的对温室效应的贡献比例: 72.37%

得到==>

3.62%。这就是大气中所有的二氧化碳对于温室效应的总贡献。

4,人造二氧化碳在所有二氧化碳中的含量

根据美国能源部提供的一个数据表,人造的二氧化碳的年度总产量为231亿吨,而人造与自然产生的二氧化碳的年度总量为7931亿吨。两者相除,人造部分占所有二氧化碳总产量的2.91%。

根据这个数据,我们可以计算出来人造部分的二氧化碳对温室效应的贡献比例:

人造二氧化碳占所有二氧化碳总产量的比例: 2.91%

乘以

二氧化碳占温室效应的比例: 3.62% (见上面第3节的结论)

得到==>

0.105%,或者写成0.00105。这就是人造二氧化碳对温室效应的贡献比例。

换句话说,所有的人造二氧化碳加起来,对于温室效应的贡献是952分之一(1/925),接近千分之一。

假如温室效应是温室气体喂给地球的热“烧饼”的话,人造二氧化碳与其他温室气体的关系,是第952只烧饼与前面951只烧饼的关系。暖化人非要声称第952只烧饼加入这个巨大的烧饼堆里面,就会神奇地造成天诛地灭、世界末日,不是绝对不可以,请拿出物理证据来。事实上,AGW的鼓吹者们,拿不出来任何的物理证据证明人造全球暖化。迄今为止,没有任何一篇经过所谓的“同行审议”的科学论文,是从实证角度证明人造全球暖化的。

而且,温度历史证据却显示,二氧化碳与温度的变化关系,只有从1975年到1998年时符合的。1935年到1975年,二氧化碳排放暴涨,全球却冷化;2000年至今,二氧化碳继 续稳定增长,全球温度却没有继续上升,反而略有下降。2008、2009年的全球冷化更是突出。北极冰盖的面积连续两年大幅增长。2008年北极的冰盖面积最低点,比前一年增长了9.4%,面积增长 了39万平方公里(参见下图,白色为08年的增长)。2009年的北极冰盖面积,已经恢复到2005年的水平。

二氧化碳与历史温度的变化关系即使符合,也不是对AGW的证明:相关性不等于因果性。但是他们的不相关性,却可以是否定AGW的物理证据之一。物理证据不支持AGW的说法。暖化人的唯一救命稻草,是继续盘弄那些经过大量近似,有大量可调参数可以任意调整,有巨大误差范围的电脑模型, 继续地象算命先生那样预测未来,象古代的占星术一样散布世界末日的“先知先觉”。

5,温度测量的误差与人造二氧化碳

截止2009年7月16日,地表测温站普查网已经实地调查了82%的美国地面测温站。用于提供历史温度数据的1221个测温站中,已经有1003个被实地调查过。调查结果令人震惊。对比美国官方的国家海洋大气管理局(NOAA)为测温站制定了具体的气象站标准。调查发现,多数测温站都不符合NOAA的明文标准。每个调查过的气象站都在地表测温站普查网上有照片,违反标准的地方一清二楚。这些气象站中,按照NOAA的误差准则,误差大于一摄氏度的比例,竟然高达90%!参见下图:

按照上面一节,人造二氧化碳对于温室效应的贡献,是全部温室气体的0.00105倍。假如平均温度误差从低计算为两摄氏度,按照绝对温度(K)计算,温度误差率大约是0.007左右,是人造二氧化碳贡献的6倍多。

换句话说,人造二氧化碳对于温室效应的贡献比例,连温度测量的误差的六分之一都比不上。假如人类制造的二氧化碳对于地球大气温度的确有微小的贡献的话,这样的贡献,因为极其的微小,也会被测量误差所掩盖,根本是无法察觉的。

盘弄电脑模型的“科学家”们(又被称为“模型人”),却能够从问题多多,误差惊人的温度历史数据上,推理出来贡献极其微小的人造二氧化碳这一部分,就是温度变化的罪魁祸首!

6,温室效应对于地球暖化的贡献

如上所述,人造二氧化碳对于地球温室效应的贡献是千分之一多一点。但是要注意,这只是对温室效应的贡献比例。造成地球温度变化的因素很多,决不止温室效应这一项。现在有多位科学家认为,宇宙射线,或者太阳活动周期,通过云量的变化,与地球温度的变化密切相关。著名的欧洲核子研究中心已经批准了一个专门的实验研究项目,对此进行研究。真正的大气污染,各种粉尘颗粒等,阻碍了阳光辐射,造成气候变冷。而近几十年对环境污染的有效控制,有可能造成全球温度上升。著名的气候学家Roy Spencer则提出,太平洋长期系统(PDO),是造成全球温度变化的真正原因。太阳活动,云层,与PDO,都是极其强大的自然因素,其影响,可能要远远超出温室效应。假如温室效应在所有温度变化的因素中占据10%的比例,那么人造二氧化碳最终对于地球温度的影响,就只有万分之一多一点。当然,这个10%的比例只是随意的估计--因为我们人类还远没有能够把握地球大气系统。

按照这样的估计,人类制造的二氧化碳,可能不是第952只烧饼,而是第9520只。“模型人”整天盘弄的电脑模型,却不考虑这些重要的因素。例如云层,这个极其重要的气象因素,就没有任何一个电脑模型能够进行模拟的。就是这些使用大量的近似,拥有大量的可调参数的电脑模型,被一群“模型人”奉若神明,变成了的预言世界末日的福音书。

7,(增补)二氧化碳的温室效应与其浓度的关系不是线性的

对笔者原文的批评,除去那些只知道诉诸权威(气候门文件已经显示,他们多数是骗子,故意逃避信息自由法案的刑事罪犯)的反科学论调以外,最多的说法是,二氧化碳的温室效应与其浓度的关系不是线性的,所以不能简单地使用线性的百分比算法来计算人造二氧化碳的温室效应与所有温室气体的温室效应的关系。

这样的说法隐含的意思是,二氧化碳的温室效应与其浓度的关系不是线性的,而是随着浓度非线性增长的。浓度越高,单位浓度增加所带来的温室效应越强。

这种说法只对了一半:二氧化碳的温室效应与其浓度的关系的确不是线性的。另外的一半,这个说法正好是南辕北辙,说反了。事实上,二氧化碳的温室效应强度,不但不是随着其浓度的增加非线性增长的,而是快速减弱的!换句话说,浓度越高,单位浓度增加所带来的温室效应强度越弱。

换句话说,本文上面根据温室效应强度的线形关系计算出来的人造二氧化碳部分占总温室效应的比例,不但没有低估人类的贡献,而且还高估了!

为什么二氧化碳的温室效应与其浓度的关系不是线性的呢?从本文第三节的二氧化碳频谱就可以看出来,二氧化碳的主要吸收频段在15微米附近。然而,在这个频段附近的地球的辐射能量,是大体固定的。每当一个二氧化碳分子吸收了地球的辐射,就意味着其它二氧化碳分子吸收辐射的概率相应降低。最终,二氧化碳吸收辐射的能力(即温室效应),将趋于饱和。

二氧化碳的温室效应与其浓度的关系,基本上是一个对数曲线!平常我们会用“指数式”增长来描述一个快速增长的事物。那么,对数式的增长,就正好是指数式增长的反面:不是下降,而是增长的速率快速的下滑,最后到了可以忽略的程度。

二氧化碳的温室效应与其浓度的对数关系,是一个没有什么争议的物理现象。Willis Eschenbach提供的下面这个曲线清楚地表明了在理想状态下,二氧化碳的温室效应强度与其浓度的对数关系。图中绿色准线是当前的二氧化碳浓度;黑线标定二氧化碳浓度加倍以后的温室效应强度。

芝加哥大学地球物理系的一个叫做Modtran的模型,可以在线计算在理想状态下二氧化碳增加所对应的温度增加。上面的对数曲线,就是使用Modtran计算出来的。使用Modtran,我们同样可以计算出二氧化碳的浓度增加对地面温度的升高作用在只考虑二氧化碳的情况下,二氧化碳的浓度从375ppm增加100ppm,温度将增加0.49摄氏度。当二氧化碳的浓度从575ppm增加到675ppm的时候,它对温度的影响只有0.35。

上面通过Modtran得来的结果,具体的用法是这样的:选择“水蒸气”浓度保持相对湿度(hold water vapor=Rel. Hum.)不变,使用当前CO2的缺省浓度375ppm和其他缺省数值,点击Submit,计算得到的地球对外辐射强度Iout(右边第二行)是287.844w/m2。把CO2浓度提高到475ppm,计算出来的Iout是286.776。地球对外辐射强度降低了,是因为增加了100ppm的CO2的温室效应。假定太阳对地球的辐射是恒量,地球对外辐射强度的强度必须保持不变(理想状态下的热力学均衡态)。要做到这一点,地面温度必须上升。把地面温度(Ground T offset,)调整到0.49度,可以把Iout降低到现在的水平。这个0.49C就是CO2上升100ppm的温度变化。按照同样的步骤可以计算出来上段里面其他温度数据。

在大气中二氧化的浓度为375ppm时,人造部分的二氧化碳占2.91%,即11ppm。同样地使用Modtran可以计算出来这11ppm所吸收的地球辐射:输入CO2的浓度386ppm,得到的新Iout是287.718w/m2 ,这个数值与上段得到的287.844w/m2的差别0.126,就是人造二氧化碳11ppm的温室效应造成的辐射吸收强度。再把CO2浓度改成0,得到理想状态下没有完全二氧化碳的对外辐射强度是318.396w/m2。那么当前375ppm的二氧化碳造成的辐射吸收强度就是287.844-318.396=30.552。把人造二氧化碳的吸收强度与之相除,得到:人造二氧化碳对温室效应的贡献是0.0041,即0.41%,而不是本文第4节根据线性假定计算出来的2.91%!

根据这个新比例,最后可以算出来,人造二氧化碳占全部温室效应的比例,大约是0.41% X 3.62% = 0.015%左右,即0.00015,或者说6600分之一(1/6600),而不是原来的952之一。由于二氧化碳浓度与温室效应强度的对数关系,人造二氧化碳的影响,比本文原来的估计,还要低7倍!

事实上,不但二氧化碳的温室效应强度呈对数关系,最主要的温室气体水蒸气,也同样地有这样的对数关系。丑闻不断的IPCC宣称宣称二氧化碳将导致水蒸气温室气体的灾难性连锁反应,不但没有任何实验证据支持,而且与二氧化碳,水蒸气的温室效应强度对数减弱的已知物理属性不符,在理论上就成问题。

8,总结

人造二氧化碳加起来,对于温室效应的贡献是6600分之一。人造二氧化碳对于地球大气温度的贡献比例,还要更低。由于人类目前还不能全面了解地球大气这个复杂的混沌系统,实际比例到底要低多少,我们不知道。

水蒸气这个最大的温室气体,却被AGW的鼓吹者们故意忽略,不予提及。为什么呢?因为水蒸气几乎完全是自然产生的,人造的部分占0.0001%。水蒸气不是人造的,无法象二氧化碳那样,被方便地用来谴责人类的工业文明,现代生活和生产。AGW的鼓吹者把人造二氧化碳从所有的温室气体,包括自然产生的二氧化碳中单独挑出来,而且还故意对普通民众隐瞒二氧化碳温室效应强度呈对数减弱的物理事实,硬是把二氧化碳变成了将要造成天诛地灭,世界末日的罪魁祸首,这真是一个方便的谎言(“A Convenient Lie”)。

欲加之罪,何患无辞!

3 条评论:

Peter Lee 说...

温度再升两度,冻土层就会融化,释放大量甲烷(一种温室气体),从而加剧温度上升,更多冻土层融化,释放更多甲烷。到时候就像引爆炸弹一样。

今评员 说...

原来地球的生态系统是炸弹。那么以前中暖期温度比现在高的时候,为什么没有爆炸?呵呵。

匿名 说...

Pleases advise whether this paper has been accepted by an respectable scientific journal such as Nature or
Scientific America, etc. Otherwise, I would cast my doubt about credibility of this paper.