收稿日期：2017-09-0 1  修订日期：2017-09-12

作者简介：杨新兴（1941-  ），中国环境科学研究院气候变化影响研究中心研究员。研究方向：大气环境污染，大气物理，气候变化。E-mail: yangxinxing0343@126.com

 

地球气候变化及其主要原因

杨新兴

（中国环境科学研究院，北京 100012）

 

摘要：地球上的气候自始至终都在不停地变化。冷暖交替，气温波动，是气候变化的最基本特征。自然因素是地球气候变化的主要原因, 而人类活动不是气候变化的主要原因，人类活动排放的二氧化碳更不是气候变化的罪魁祸首。地球上的气候灾害主要是自然因素引起的, 而人为因素的影响是很小的。减排二氧化碳既不能阻止气候变化，也不能预防气候灾害的发生。大规模地减排二氧化碳，劳民伤财，徒劳无益，势必扰乱社会经济的健康发展。194字

 

关键词：气候变化；原因；；自然因素；人为活动

中图分类号：P467  文献标示：A

 

 

1．前 言

迄今为止，地球上的气候自始至终都在不停地变化。对此，专家们似乎没有异议，然而对于气候变化的主要原因却有分歧，至于二氧化碳是否是导致全球变暖的最主要原因，分歧就更大了。

从20世纪80年代以来，许多人都相信全球气候正在变暖，或者说正在恶化，而导致气候变暖或者气候恶化的原因，则主要是人类活动的影响[1]。曾几何时，气候变暖论，气候突变论，气候异常论，气候危机论，气候威胁论，几乎统治了全中国，笼罩了全世界。

政府间气候变化专门委员会（IPCC）提供的气候变化评估报告说:

地球上的气候正在变暖,人类活动排放的二氧化碳,是导致气候变暖的主要原因。如果不能立即采取应对措施，人类将可能遭遇生态大灾难[2]。

在中国的学术界里，一些专家笃信“气候变暖”论；坚称“气候变暖”是不争的事实。“气候变暖” 被奉为圣典，放到神坛上，接受一些人的顶礼膜拜[3,4,5]。

实际上，关于气候变化的原因，特别是二氧化碳是否是导致气候变暖的最主要原因，在国内外自始至终都存在很大的争议。

俄罗斯科学院普尔科沃中心天文台宇宙研究部主任，哈比布拉· 阿卜杜萨马托夫认为[6]：

气候变化的最主要原因是太阳活动，人类活动对气候变化的影响微不足道。目前的所谓“温室效应” 理论，表面看来似乎合理，但实际上缺乏确凿的科学依据。

日本东京工业大学教授丸山茂德，对于“二氧化碳是气候变暖的罪魁祸首”的说法，予以否定。他说[7]：

二氧化碳问题和气候变暖是两个不同的问题。的确，在近100年来，地球气温呈现上升的趋势，但气温的升高仅有0.5。从地球的整个历史来看，根本不算异常。化石燃料使用最多的年份是1940年至1980年，其间气温不但没有上升，而且还下降了。认为二氧化碳是气候变暖的罪魁祸首的观点站不住脚。

美国弗吉尼亚大学教授，环境科学家，S. 弗雷德·辛格和哈德森研究所终身研究员丹尼斯T.艾沃利，在其所著《全球变暖 – 毫无来由的恐慌》一书中写道[8]：

温室效应理论不是万能的。在现实中，它还有无法自圆其说的地方。首先，最明显的是，二氧化碳的变化不能说明我们已经知道的地球上发生的气候变化，包括罗马暖期，欧洲中世纪冷期，中世纪暖期，以及小冰期。其次，温室效应也不能解释最近的气温变化。……

中国科学院大气物理所王明星研究员在答《中国科学报》记者问时说[9]：

“温室效应” 是否是气候变暖的主要原因？特别是目前有些人十分热中的二氧化碳对气候的影响问题，至今尚没有看到有足够的证据，能够说服人们相信这一结论是唯一的，是确定的。

中国科学院副院长丁仲礼院士说[10]：

人类活动排放的二氧化碳引起的地球变暖,其威力是很小的,不足以改变气候变化的自然规律，…… 气候变化是一个波动的过程。应对或研究气候变化需要回归理性，…… 气候变暖已经不单单是科学问题，实际上它已经延伸到了政治、经济、外交，甚至宗教等领域。现在，气候变化问题被一些人放到神坛上，接受一些人的顶礼膜拜。

上海交通大学教授江晓原在他的文章里说[11]：

戈尔极力鼓吹的“全球变暖”的危害和环保的必要性，在国际上有一定的市场，在中国也有相当大的影响。但是不要忘记，还有不少人认为，所谓的“地球变暖”是一个弥天大谎，一个骗局，一个阴谋。

差不多在IPCC发表第一次气候变化评估报告的同时，对“气候变暖”论持批评态度的一批科学家，于1993年针锋相对地成立了一个叫《非政府间气候变化专门委员会（NIPCC）》的组织。NIPCC的领导者是美国国家科学院前任主席，洛克菲勒大学（Rockefeller University）终身教授，F. 塞茨（F. Seitz）博士。F. 塞茨征集到了31478人的签名，其中9029人是博士，5819人是物理学和空间科学领域的科学家。NIPCC的参与者人数，比IPCC多10倍。NIPCC 对IPCC 的气候变化评估报告，逐条进行了尖锐的批评，并公开发表声明，呼吁美国政府不要支持《京都议定书》及其它类似的国际气候协定。他们认为，气候协定对“温室气体”排放进行的限制，将会损害全人类的根本利益[12]194。

其实，气候变暖论的批评者一直都存在。他们始终都认为，“全球气候变暖”是一场闹剧，甚至认为“气候变暖只不过是某些不良科学家为了骗取经费而欺骗政府和公众的一种工具和手段”。

法国国家科学院院士阿来格尔，编著出版了《气候的骗局或是虚假的谎言》一书。他认为“气候变暖”是个伪命题，批评矛头直指联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）。他认为几乎全世界都在为一个“缺乏依据的谎言”而奔走[12]195。

无论是在国内，还是在国外，地球“气候变暖”论的支持者和鼓吹者，大多都是政府官员和直接为政府服务的学术政客，而严肃的科学家和高等院校的教授们，则对此不屑一顾。在当今的世界上，“气候变暖”论的最大鼓吹者，当属美国前副总统小艾伯特·戈尔 (1948 — )先生。

值得我们特别注意的是，特朗普总统与奥巴马总统在气候变化问题上也有绝然不同的看法。新上任的美国总统特朗普（Donald John Trump），在较早前的竞选期间，曾多次表示：气候变化、全球变暖等概念是人为制造的骗局。他声称，如果当选后美国将退出《巴黎协定》，并停止美国对联合国气候变化项目的一切资金支持。

特朗普总统就任后，于2017年3月28日签署行政命令，撤销早前奥巴马政府为抑制气候变化而发布的一系列法案。2017年6月1日，特朗普总统在白宫宣布退出《巴黎协定》。他说，《巴黎协定》给美国带来苛刻的财政和经济负担；从即日起停止落实这份 “不具有约束力”的协议，包括停止落实国家自主贡献目标和停止为联合国“绿色气候基金”组织提供资金，后者“让美国付出巨大的财富”。

 

2. 地球上的气候变化

气候学家们的研究结果表明，地球上的气候自始至终都在不停地变化。冷暖交替，气温波动，是气候变化的最基本特征。地球历史上的气候变化，大致可以分为四个时期，即，（1）地质时期的气候变化；（2）人类历史时期的气候变化；（3）近代历史时期的气候变化，以及（4）现代的气候变化[13]723。

3.1地质时期的气候变化

冷暖交替，气温波动，是地球气候变化的最主要特征。在地球气候变化的历史上，气候较冷的时期称为冰河期（Glacial stage）；较温暖的时期称为间冰期（Interglacial stage）。地球陆地上有常年不化的永久性冰川，或者冰盖的存在，是冰河期气候的最基本特征；而在间冰期里，陆地上的永久性冰川、冰盖将会全部融化。地球上没有永久性冰川或冰盖存在，是间冰期气候的最基本特征。

地球气候史的研究结果证明：“在冰河期里，全球平均气温比现在约低 ；在间冰期里，全球平均气温比现在约高 ” [14] 。

在地球气候史上，冰河期迭次出现的极冷时期，称为大冰河期。两个大冰河期之间的较温暖的时期，称为大间冰期。迄今为止，地球上的气候变化，至少经历过三次大冰河期和两次大间冰期。三次大冰河期分别是：震旦纪大冰河期，石炭纪-二叠纪大冰河期和第四纪大冰河期。两次大间冰期分别是：寒武纪 - 泥盆纪大间冰期和三叠纪- 第三纪大间冰期。大冰河期和大间冰期的持续时间，一般都在 年以上[13]724。

 

3.2 人类历史时期的气候变化

距今一万年以来的气候变化，称为人类历史时期的气候变化。人类历史时期的气候，曾经有过四次温暖期和四次寒冷期。人类历史时期的平均气温波动幅度，与地质史上的平均气温波动幅度相差很大；前者约在 之间，而后者大约在10-11之间。

3.3近代历史时期的气候变化

近代历史时期的气候变化，主要是指近一、二百年来的气候变化。近代气候变化的研究，是根据监测站（网）提供的系统监测资料进行的。其可靠性、准确性，较之以前的地质时期和人类历史时期，已经大大提高了。

进入20世纪，北半球的美洲、欧洲以及我国的气候变化，以40年代为界，大致分为前后两个阶段。从19世纪末叶到20世纪40年代，是世界性的气候变暖期。其间，平均气温大约上升了0.7。此后，全球气候变冷。从40年代到70年代，平均气温下降了0.4。80年代，又开始缓慢地回升，直到现在。

3.4 现代气候变化的背景

第四纪大冰期，是指从距今约200万年以前开始，直到今天为止的气候变化时期。大冰河时期的持续时间，一般都在数千万年左右。现在地球上的冰盖面积约有1500万 ， 估计为大冰河期的最大冰川覆盖面积的一半左右。根据过去的两次大冰河期持续的时间来看，我们可以断言，直到现在为止，第四纪大冰河期还远远没有结束。真正意义上的气候变暖，要在遥远的下一个大间冰期里才会出现。不容置疑，当今地球上的一切生物，包括我们人类，都还是生存在大冰河期的气候环境里。因此，现在谈论气候变暖，难免为时过早。

 

4．地球气候变化的主要原因

地球气候变化的原因多种多样。自然因素是气候变化的主要原因，而人为因素不是气候变化的主要原因，人类活动排放的二氧化碳更不是全球变暖的罪魁祸首。气候学家们的研究结果表明，气候变化的主要原因是：（1）太阳辐射的变化，（2）地球轨道参数的变化，（3）大气环流的变化，（4）大气下垫面的变化，以及（5）大气物质成分的变化等[13]774。

4.1太阳辐射强度变化对气候变化的影响

很早以前人们就知道，地球气候的变化与太阳辐射有密切关系。太阳是一个巨大的高温热源。地球上的能量，绝大部分来自太阳光球的热辐射。地球内部的热核反应产生的地热能，火山爆发和森林大火释放的热能，以及遥远的恒星传来的辐射能，与太阳的辐射能相比，可以忽略不计。

太阳的光辐射是影响地球气候的最为重要的自然因素。太阳辐射强度改变，必定引起地球气候的变化。太阳辐射的下降期，对应地球气候的冰河期；而太阳辐射的增强期，则对应地球气候的温暖期。实际上，人们所说的太阳光辐射的变化，应该包括太阳光的辐射强度的变化和太阳光在地球上的辐照强度的变化。在物理学里，辐射强度和辐照强度是两个不同的概念。我们把太阳自身在单位时间内的辐射出来的能量，称之为之太阳光的“辐射强度”，而把太阳光辐射，在单位时间里，辐射到地球单位面积上的能量，称之为太阳光的“辐照强度”。

4.2 地球轨道参数对气候变化的影响

地球轨道参数变化，是气候变化的另外一个主要原因。除太阳本身的能量变化外，地球相对于太阳的位置发生的变化，也能改变太阳到达地球的能量，从而导致地球上的气候变化。 也就是说，地球轨道参数的改变，会改变地球与太阳之间的相对位置。在太阳辐射强度不变的条件下，地球上接收到的太阳辐射能量与地球运动的轨道参数有至关重要的关系。影响气候变化的地球运动轨道参数主要有三个：即地轴的倾斜度，地球轨道的偏心率和岁差。

（1）地轴倾斜对气候变化的影响

地轴与地球公转轨道面的法线并不一致，其间夹角为 。因此，我们可以说，对于地球轨道面而言，地轴是倾斜的。因此，在同一时间里，地球表面的各个部分接受的太阳辐射的能量是不同的。由于地轴的倾斜和地球绕太阳公转的原因，太阳光的直射范围只在 （南回归线）和 （北回归线）之间，周而复始，持续不断地变化，于是地球上就有了一年中的春、夏、秋、冬四季的变化。

 

  

图1. 地轴的倾斜度

（资料来源：伍光和等： 自然地理学， 第18页）

 

（2）地轴进动对气候变化的影响

按照陀螺运动原理，地轴必然绕黄道轴进动。地轴进动速度非常的缓慢， 每年进动 ， 进动周期是 年。也就是说，每过 年，描绘一个圆锥形。地轴进动的最大振幅为 ，最小振幅为 ，其对气候变化的影响周期约为 年。

（3）地轴章动对气候变化的影响

由于太阳、地球和月球的相对位置的不断变化，它们之间的引力方向也是不断变化的。这种引力的变化，使得地球自转轴在进动的基础上，又叠加了一个短周期的摆动。这种短周期的摆动，称为章动。章动的最大振幅只有 ，其变化周期为 年。由于地轴的章动，地球自转轴在空间扫过的轨迹，不再是一个一般的圆锥面，而是一个荷叶边形的圆锥面。同样道理，地轴章动对气候变化的影响周期为 年。

（4）地球轨道偏心率对气候变化的影响

地球绕太阳运动的公转轨道平面呈椭圆形。椭圆轨道的偏心率（e）的变化，也会影响到地球上的气候。e的变化范围在0.00-0.06之间。变化周期有两个，一个是40万年，另一个是10万年。

地球在一年内获得的太阳辐射能，与e有直接关系。当e 达到最大值时，地球获得太阳辐射热量，将比现在多3%。如果再考虑到近日点和远日点之间的太阳辐射强度的差异，地球获得太阳辐射热量，将比现在多7%。如果冬季为远日点，夏季为近日点，则冬季长而且寒冷，夏季短而炎热，一年之中冷热差异非常大。反之，如果冬季为近日点，夏季为远日点，则冬季短而温和；夏季长而凉爽，一年之中冷热差别较小。现在北半球冬季正处于近日点，冬季比较温和。

（5）岁差对气候变化的影响

地球绕太阳公转轨道运行的速率各年不等，其结果是地球在其公转轨道上的季节位置逐年向前移动。春分点每年向西移动 秒。地球自转不到一周，即可两次经过春分点。这种现象称为岁差。岁差使季节长短发生改变，其变化周期约为 年。

4.3 大气环流对气候的影响

大气中的气团，周而复始，往复循环流动的形式，称为大气环流。大气环流的改变，是地球气候变化的另外一个主要原因。根据常年的平均值估算，赤道地区接收的太阳热量，相当于极地地区的2.4倍。由于极地高空冷空气下降，赤道低空热气流上升，致使赤道高空气流流向极地，而低空气流则由极地流向赤道。由此可以形成一个南北向的环流圈。但是，由于地转偏向力（科里奥莱力）的作用，这一环流圈被分裂成了几个亚环流圈。这种亚环流圈的数目，在南北半球内，都只能以奇数出现，而不能以偶数出现。在地球上，每半球只出现3个亚环流圈。在北半球，在赤道亚环流圈和极地亚环流圈里，高空气流都是由南向北流动，而地面气流则都是由北向南流动。在温带地区的亚环流圈里，则与其相反。全球的亚环流圈之间有7个分界面；一个在赤道，南北两半球各2个，两极各1个。在赤道界面和温带与极地的两个亚环流圈的界面上，气流都是上升的；而在赤道亚环流圈与温带亚环流圈的界面上以及两极地区（炸面圈形界面孔洞），气流都是下沉的。气流上升冷却，产生降雨；而气流下沉变热，气候会变得比较干燥。上升界面地区降水量较多，而下沉界面地区降水量较少。

图2。 地球上的大气环流

资料来源: Noel de Nevers. Air Pollution Control Engineering (second edition). p.85

 

4.4下垫面的变化对气候的影响

大气层下垫面的变化，包括地形、地貌、土壤和植被的变化，都是影响地球气候变化的重要因素。下垫面的变化，将会影响地表接受太阳辐射的能力，改变地表辐射通量，从而影响到地表气温的变化。

此外，大气中的水汽也是来自下垫面。大气层的下垫面的变化也将影响到大气中的降水量。

4.5大气物质成分对气候的影响

大气物质成分的改变，也是地球气候变化的一个主要原因。大气中的物质成分的改变，对于太阳辐射的吸收与反射，有至关重要的影响。大气中的物质成分的增加，是增温，还是降温？目前学术界的看法并不一致。一些专家认为，人为活动排放的二氧化碳的增加，温室效应加剧，大气温度上升，导致全球气候变暖。另外一些专家认为，由大气中的污染物质增加，大气层的反照率加大，地球和大气层吸收的太阳辐射能减少，导致气温降低，气候变冷。

5．人类活动对气候变化的影响

人类活动对气候变化有一定影响。但是，同自然因素相比，人类因素的影响是十分有限的。从18世纪工业革命开始。由于工业的迅速发展，人口剧增，人类活动对于气候的影响，才开始引起人们的关注。开发工业区，扩大城市范围，燃烧大量化石燃料等活动，对气候变化的影响是负面的。另外一些活动，例如，修建防护林带，防沙治沙，封山育林，城市规划与布局，控制城市发展，控制人口增长，减少化石燃料消耗，植树造林，人工改造小气候等，则对气候的影响是正面的，有利于人类生存环境的改善[13]1100。

6．结论和建议

（1）地球上的气候自始至终都在不停地变化。冷暖交替，气温波动，是气候变化的最基本特征。

（2）自然因素是地球气候变化的主要原因,人类活动不是气候变化的主要原因，而人类活动排放的二氧化碳更不是全球变化的罪魁祸首。

（3）地球上的气候灾害主要是自然因素造成的, 而人为因素的影响是十分有限的。减排二氧化碳，不能阻止或者预防气候灾害的发生。大规模地减排二氧化碳，劳民伤财，徒劳无益，将会扰乱社会经济的健康发展。

（4）在气候变化问题上，建议政府务必要谨慎从事，且不可轻信气候变暖论的一家之言，贸然决策。

致谢

王文兴院士、任阵海院士和苏福庆教授，在作者撰写论文过程里，始终不渝地给予热情支持和鼓励，并提出中肯的意见和建议。作者受益良多。在此，谨向他们表示最诚挚的谢意，。

 

参考文献

[1] [美国] S. 弗雷德·辛格，罗伯特 M. 卡特，崔伟宏 . 气候变化：一个不可阻挡的自然趋势，前沿科学，2016，10（2）：33-43.

[2] IPCC.Climate change:first Scientific Assessment Report. Editors：J. T. Houghton, O. J. Jenkings, and J. J. Ephraums, Intergovernmental Panel on Climate Change, UN： Cambridge UniversityPress. 1990.

[3] 秦大河. 人类活动是全球气候变暖主因.中国科协年会，武汉：2007年 9月8日至14日.

[4] 林而达，气候变暖对中国不同地区农业的影响.气候变化研究进展，2007，3(4)：229-233.

[5] 王绍武，罗勇，赵宗慈. 全球变暖的科学.北京：气象出版社，2013.

[6] 张  浩. 访俄罗斯天文学家阿卜杜萨马托夫. 科技日报. 2010年1月2日.

http://www.stdaily.com/kjrb/content/2010-01/20/content_147610.htm

[7] [日] 丸山茂德. 二氧化碳并非全球变暖的罪魁祸首. [日] 选择. 2008： （2）.

[8] [美] S. 弗雷德·辛格，丹尼斯 T.  艾沃利. 全球气候变暖 — 毫无来由的恐慌。林文鹏等译. 上海科学技术文献出版社 2008， 26-29. 

[9] 王明星. 全球气候变化：我们究竟知道多少？. 中国科学报，1998年1月19日，第3版.

[10] 丁仲礼. 气候变化及其背后的利益博弈. 2010年11月26日中国科学院副院长丁仲礼校友在浙江大学求是大讲堂的讲演。根据录音整理，未经本人审阅。整理人：覃亚琦， 朱海洋. 2011-04-10 解放网-解放 日报http://www.news365.com.cn/bsjhcdjy/201104/t20110410_3006018.htm；

浙江大学求是新闻网：http://www.news.zju.edu.cn/lecture.php?id=31705

[11] 江晓原：科学与政治：“全球变暖”真意及其复杂性. 科学与社会.2013，3（2）：38-44.

[12] 郭远珍，彭密军. 二氧化碳与气候，北京：化学工业出版社，2012， 194-202.

[13] 潘守文：现代气候学原理. 北京：气象出版社.1994：746；774-784.

[14] 国家科委全球气候变化研究专家组.全球气候变化及其对策研究. 国家科学技术委员会社会发展司：研究报告.北京，1990：86-87.

[15] 伍光和，王乃昂，胡双熙，等.自然地理学， 第四版，北京：高等教育出版社，2008：第29页.

[16] Noel de Nevers. Air Pollution Control Engineering (second edition). McGraw-Hill Companies，Inc. U.S.A., 2000， p.85（大气污染控制工程. 第2版，清华大学出版社，影印本。2000）

 

推荐语

迄今为止，地球上的气候自始至终都在不停地变化。对此，专家们没有异议，然而对于气候变化的主要原因却有分歧，至于二氧化碳是否是导致全球变暖的最主要原因，分歧就更大了。作者根据气候学家们的最新研究成果，系统地分析总结了地球气候变化的主要原因。有重要参考价值。建议贵刊予以发表。

推荐人： 任阵海 苏福庆

任阵海 大气物理学家，中国工程院院士，国家环境咨询委员会委员，国家环境保护部科学技术委员会顾问。中国环境科学研究院研究员。国家环境保护局气候变化影响研究中心总工程师，教授，博士生导师。研究方向：气候与环境。在大气环境容量和大气污染物输送理论研究，以及大气探测技术研究和应用方面取得重大成果，为我国的环境科学和环境保护事业做出了巨大贡献。同时，致力于环境科学教育事业，长期承担培养研究生的工作。获国家科技进步奖一等奖1项，二等奖2项，省部级奖多项。发表学术论文100多篇。其他学术专著多部。E-mail: fenglihua99@sina.com

苏福庆 气象学家。原北京市气象局气象科学研究所所长、教授级高级工程师。1955年毕业于北京大学地球物理系。曾在北京农业大学物理及气象系任教。现任中国环境科学研究院客座教授，博士生导师。研究方向：气候变化与大气污染。曾参与国家“八五”科技攻关课题（85-912-01-03）：《我国酸性物质的大气输送研究》，是课题研究报告的主要撰写者。长期致力于气候变化及环境影响研究工作。提出了大气污染输送理论，边界层污染理论，大气区域环境污染理论。在气候变化及大气环境污染的理论和控制技术的研究与应用方面，取得了重大成果，为我国的气象事业和环境保护事业，做出了巨大贡献。同时，致力于环境科学教育事业，长期承担培养研究生的工作。发表学术论文100多篇，编辑出版学术专著多部。获省部级奖多项。E-mail: fenglihua99@sina.com

 

Climate Change on the Earth and Its Main Causes

Yang Xinxing

(Chinese Research Academy of Environmental Sciences Beijing 100012 China)

 

Abstract The climate on the earth, from time to time, has been changing without stop. Replace of both the cold and warm，and fluctuation of air temperature, are the most basic property of climate change. Natural factors are main causes led to climate change, and but so are not anthropogenic activities, and still more the carbon dioxide emitted by anthropogenic activities is not chief culprit of climate change. Disasters of climate on the earth mainly are produced by natural factors, and influence of anthropogenic factors is very small. Decrease of emission of carbon dioxide cannot stop climate change, and cannot prevent happening of climate disasters, too. Large-scale decrease of emission of carbon dioxide would disturb healthy development of the society and economy. 

Keywords: Climate Change；Cause；Natural Factor； Anthropogenic Activity  

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