天气、气候和水
日期:2013-02-12 浏览量:4229

对人类来说,现代天气,气候与水日益取得巨大的,新的价值,但又处于变化和危机发展的时代。自古以来,危机都是发展的动力,当前的危机主要来自人类自己,在认识与处理现代气候变化与水荒问题的过程中,人类的生产,生活与思维方式也随之改变。

大气就像一部大机器,它的能源是太阳辐射。主要受到天文因子(如纬度的差别)和地表层因子(如海陆差别与地形,植被等)的影响,转变成为热能,一般用温度表示。温度有纬度的差别,也有区域与地方的差异。最突出的区域差异是海洋与陆地热力性质不同造成的。温度差异是产生气流的主要动力。一般大气环流,季风环流与其它风系被称为热力环流,因为它们都是热力差别推动的环流系统,前苏联科学家舒列金形象地简称之为热机。气流循环又带动水分循环。这两种循环是互相影响,共同产生各种天气气候与水文现象。

水分主要通过海水蒸发进入大气,并由气流输进大陆后,以降水的形式到达陆地表层,形成多种多样性和五光十色的水气现象。降水与温度是地球上产生各种气候带与气候区的原因,当前人们所说的气候变化主要指的就是长时期里温度与降水的变化。降水的强度与持续的时间对生产生活有决定性影响,也是风调雨顺或旱涝灾害的主要原因。

天气气候与水分循环在正常情况下,有利于生产的发展。但是,在几千年的历史里累次出现人们难以适应的异常现象,这就是灾害。涝灾就是降水量超过农业生产承受能力的上限,旱灾则是低于需水量的下限,热害是温度高于生产承受能力的上限,冷害则是农作物难以忍受的下限。因此,几千年的历史既是人们开发利用天气气候与水资源的历史,也是人们同旱涝与冷热灾害的斗争史。夏禹治水与羿射九日等传说故事就是人们对古代灾害的回忆与想象的文学表现。

美好地球上的天气气候与水都是宇宙中极其珍贵的资源,从某种意义上说,灾害从反面反映了这种资源的价值,告诉人们如何去认识和珍惜自然给予人类的这种恩赐。

更值得人们担心的是,自从工业迅速发展以来,天气气候与水文现象的人为因素逐渐强化。工业使用化石能与机器,有力地推动生产能力加速提高。从此人类不再完全听命自然,而开始有了自己的主动权。然而,生产的发展不可能不影响自然界,这个影响首先原于化石能(煤、石油、天然气)加速消耗所产生的严重后果。

化石能源供不应求发出了了自然资源危机信号,而化石能源燃烧排放大量二氧化碳等温室气体是全球性的大气污染的灾害性的结果,把全球变暖变成科学的热门课题,都反映自然界的物质与能量平衡因人类滥用资源而受到了严重的影响。

能量收支失调在现代最突出地表现在大气中温室气体浓度上升所引起的全球增温;而自然界的物质平衡受到影响,主要表现为资源匮乏,环境污染物的增加与现代水荒问题,这两者都具有恶性发展趋势,可能引发全球性灾变,因而得到社会各界与科学界的高度重视。

全球增温实际上是人为提高大气的能量水平。应当认为,人们利用化石能极为粗放,低效多耗,导致能源匮乏,而燃烧过程中放出的二氧化碳等温室气体数量很大,并却未经处理地排入大气。自然植被通过光合作用大量吸取二氧化碳是大气中二氧化碳的主要支出之一,而人类又大量破坏植被,大气中二氧化碳的收入猛增而支出剧减,所以温室气体的浓度与温室效应有增无减,是全球增温的气候变化的原因。

应当认为,事实是最强有力的证明。近百年来,世界平均温度上升了0.6℃。如果这个升温值果真是几千年来未曾有过的大值,那么设想(虽然不能最后断言)当前的增温有可能不是自然因素所为,而是人为原因造成的。然而,这里也有一个重要问题,科学家至今还拿不出几千年来每百年的平均温度数据,那么这个结论也带来了问号。我国气候学的奠基人竺可桢先生的《中国近五千年的气候变迁的初步研究》著名论文根据公元533~544年出版的著名农书《齐民要术》中的物候与现代(1906~1961年)物候比较,认为当时年平均温度比现代约低1℃,他考证一百多年后,即唐代650-847年的史料,认为那时温度高于现代,也就是说,100多年间温度上升1度多,已经大于近百年0.6℃的升温记录。应当指出,在同一时期里全球也是增温的,所以竺可桢的估计有全球代表性。虽然竺可桢的研究并不精确,但却是唯一的有数值意义的估计,它不低于现代0.6℃的增温值。

虽然论据不够充分,但全球升温的现象仍然值得高度重视,因为毕竟已经发生了显著的增温,而这个增温是同大气中二氧化碳的含量同步上升的。何况以上质疑只不过说明了全球增温难以定论,但没有否定它的根据。何况自然环境变化的速度不如人类发展的速度快,人类影响突破自然界承受的上限是必然的趋势,问题只在早晚,所以全球增温宁可信其有,不可信其无。全球增温的呼声能够引起社会重视,使人们醒悟到现有发展方式孕育着重大危机。

更重要的是,升温同人类社会的发展有内在联系。工业时代城市具有无比的重要性,城市不但是人们的聚居中心,而且也是消费中心,生产中心,污染中心,物资交流中心,在市区集中排放着大量污染物,加上自然植被遭到人为改变,因此城市就是人类影响自然的前锋地区。研究人类对自然的影响,城市有最关键的意义。

城市化的进程是随着工业化而加速的。在1800年全世界人口只有9.6亿,城市人口占总人口的2.5%,几乎可以忽略不计。到了2000年世界人口上升到60亿,城市人口的比重增加到30%以上,很多发达国家的城市人口甚至超过总人口的2/3,而且城市化的势头方兴未艾。估计到了2100年,发展中国家的城市人口的比例将会达到现在发达国家的水平,即城市人口占世界人口的2/3。不仅如此,乡村的生活方式也在迅速城市化,故城市化的浪潮不限于城市,而是遍及全世界,是未来发展战略问题和研究人类同天气气候与水的关系的重点。

有些学者对此提出质疑,他们认为,全球增暖可能是城市热岛的影响。由于城市人口与建筑物密集,耗能很多,故城市的温度高于农村,在温度较低的广大农村海洋,城市犹如在点点星星的暖和的岛屿,故叫城市热岛。原来全部气象站在初建时都位于乡村,但由于城市范围迅速扩大,气象站的环境也就由乡村变成城市,在城市热岛影响下,所测定的温度也就上升了,所以这种升温不过城市热岛的影响,未必能代表大气真正的温度。

城市热岛有相当的强度,如上海的城市热岛的强度在冬季达到6.8℃,在夏季达到4.8℃。高纬度地区则达到10℃以上。但是这个质疑并不具备实际意义,因为城市热岛实际上就是全球增温的组成部分。特别是在当前城市化的浪潮中,小城市纷纷扩大成中,大城市,而大量的小城市正在迅速涌现。许多城市联成了城市带。在城市带里热岛已经扩大成区域规模的大气热源,故全球升温里应当有城市热岛所占的比例。

全球增温会引起热性灾害(热害,暴雨,台风等)的增加与冷性灾害(寒潮,冷害,霜冻等)的减少。近年来不少城市出现破纪录的高温,例如,北京北面的避暑胜地,承德与朝阳在2000年7月14日都出现43.3℃的高温。纬度在齐齐哈尔以北的巴黎1998年出现39℃的高温,类似报导年年出现,呈现有增无减的趋势,有人认为热害的增加有全球增温的影响,是有道理的。

有人认为全球增温未必就是坏事,因为有些地区气候恶化了,而有些地区气候优化了。其实这两者是不能抵消的。因为气候恶化的是现在的发达地区,而优化的是高纬度人烟稀少地区。生产带的长途转移是要大量投资与长期经营才能见效的,后果绝不会得失相当。

此外,城市化也对水资源有严重影响。应当注意,现代水荒正是在雨水不多地区的城市里首先涌现。其关键在于市区范围内所能得到的自然降水远远少于城市的实际需水量。可以说,现代水荒就是城市水荒的扩大化。

假设城市人口密度为每平方公里3万人,降水1000毫米,那么人均降水量约33立方米。如果达到人均400立方米的低供水指标,则至少需要13平方公里的雨水才能满足1平方公里人口的水分需要。那么除了自己的1平方公里的雨水滴水不漏地供给使用外,至少还需要另外12平方公里的全部雨水输进市内。

何况能够从外地调进市区的水分主要只能是径流,而且径流在雨水中所占的比例(径流系数)是十分有限的。像我国华北这样雨水不多的地方径流系数约为20%,也即只有雨量中的1/5才能输进市区。在上面假定的条件下,1平方公里的市区需要60平方公里的径流补充才能满足城市水分需要。如果遇到干旱少雨的年分,径流系数还要大幅度减少。因此,城市的涌现改变了“一方水土养一方人”的水分平衡状态。这就是现代水荒首先出现在雨水不多地区(如我国的华北地区)的城市里,再由城市向农村扩大的原因。

更加严重的是,城市既要供水,还需要排水。排出的水都是经过使用而受到污染的水。工业生产主要是物理化学产业,甚至农业也大量使用化肥与农药。这就使得污染极大地恶化了水源与大气层,使其物理化学性质发生变化。其结果,水环境恶化,水资源失去使用价值,有水等于无水,甚至比无水更加严重,这又使现代水危机雪上加霜。

应当认为,全球增温与现代水荒又是互相增强的,温度越高,蒸发越大,需水越多,水荒的影响也就加强。世界地图上的沙漠带主要位于副热带降水不多的陆地,就是高温与缺水共同影响的结果。这种情况也在城市得到突出的表现。

中国古代对祸与福早有深刻的哲学认识。老子说:“祸兮,福之所倚;福兮,祸之所伏。”明确指出,危机并不可怕,它可能是以后繁荣的契机。儒学认为:“天作孽,犹可违;人作孽,不可活。”指出天灾是可以防制的,人祸则是致命的,其涵义之深远,简直就是直指现代的各种危机。又说:"天时不如地利,地利不如人和。"所以在灾祸面前应当求诸人,不应当求诸天,对现代天气气候与水荒也应当这样认识。

值得高兴的,现在人们已经认识到应当协调发展与环境的关系,《气候变化框架公约》等各种文件,力图规范各国的生产方式,达到减轻温室效应与水荒继续恶化的目的,加上现代人类拥有的强大科学技术力量,这些努力都是很可取的,反映人类在技术进步的同时,本身也有了新的觉醒,这对走可持续发展的路是极其重要的。

然而,温室气体排放的限制是一件巨大的系统工程,它不仅具有明显的技术因素,而更重要的它需要全球社会各行业的共同努力,因而有很大的思想与组织因素,突出地反映在决策,规划与管理问题上。因此,任何同大气环境与水有关的环境与资源问题就不是一个人,一个企业与一个国家的事,而是全人类的事。关心总体利益将成为人性的新表现。这就使人类不但面临一场生产方式与生活方式的革命,而且还面临一场思想的革命。

人类内部的统一,实现先贤创导的“人和”不是容易的事情。在温室气体的排放上,一些污染排放的大国却拒绝批准执行,这显然是不符合人类发展的趋势。但是这样重大的问题都关系着人类的未来,虽然经过许多周折,但最终必能实现,因为人类并无另外的选择。困难曲折正好证明了我国先贤哲理意义极其深远,为人类摆脱天气气候与水危机提供了宝贵的启示,必将使每个人觉醒,义不容辞地参加这项保护自然与保护发展前景的伟大事业。(张家诚)

 

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