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第21章 气候变化与气候极值(4)

具体来说,春秋时期比现代温暖,战国到西汉初比现代稍微寒冷一些,西汉初到东汉末气温逐渐转暖,魏晋南北朝时期基本上比较寒冷,但中间也有转暖时期。隋唐持续温暖,中唐以后逐步转冷。公元9~13世纪,即从唐末到宋末,平均比现代温暖,这时相当于全球性的中世纪暖期。

公元1230年发生的一次气候突变,标志着中世纪暖期即将结束,以后中国气候逐渐进入小冰期。20世纪初开始,气候逐渐转暖,但是至今还没有达到1230年以前的水平。也就是说,至今为止,中国的气候还没有再创造新的“历史最高记录”。

张兰生教授分析,从历史对比的角度看,处于唐末到宋末的中世纪暖期,可能是和即将到来的21世纪增暖期最为接近的一段时期。9~13世纪,即中世纪时,中国的华北地区平均温度比现代高出1~2℃,降水量也要高出10%左右,最高海平面则比现代高出04~07米。

令人感兴趣的是,张兰生教授领导的课题组还得出了这样一个结论:历史上的暖期,中国一般都处在经济和文化繁荣的时期。像辉煌一时的唐朝和汉朝,就是中国封建王朝的鼎盛时期。这可能是因为,暖期对中国北方农业的生产有利,生产范围扩大,使得国泰民安。

气候变暖对中国的不利影响

那么这究竟是喜是忧呢?全球著名大气物理学家、中国大气物理学的创始人叶笃正先生认为,从总体上来看,未来30年内,中国华北地区生存环境将向着不利的方向发展。这包括气温将继续增高,降水虽然将有所增加,但是在地面蒸发量增加的情况下,水资源将进一步短缺。

从1991年起,以叶笃正为首的科学家承担了列入国家科委“攀登计划”的国家基础性研究重大关键项目——“中国未来(20~50年)生存环境变化趋势的预测研究”。1996年7月,这个项目通过了有关单位组织的验收。科学家们呼吁,生存环境是关系到每一个人乃至人类的大事,国家应该及早重视这一发展趋势,积极采取措施,加强这方面的对策研究,以缓和并遏制这一趋势所带来的不利影响。

近40年来,中国冬季普遍增温,北部增温高而南部弱,西南部还稍有降温。夏季北部稍有增温,但不显著,南部稍有降温,而西南部有比较显著的降温。由于中国能源主要来自煤,所以大气中硫化物显著增加,以中国西南部最为强烈。大气中的硫化物有降温作用,这可能是中国西南部40年来降温的原因之一。在未来一段较长时期内,中国能源将仍以煤为主,大气中硫化物仍将持续居高不下,它将减弱二氧化碳和甲烷等温室气体的增温效应。但硫化物将带来一系列其他影响,如酸雨的危害等,值得人们注意。

“八五”期间,研究人员集中力量对华北地区生存环境进行了研究。华北地区包括河北省、山西省和山东省、内蒙古东南部和辽宁西部。这里是中国经济发展重点地区之一,北部有京津塘工业区。华北平原是中国主要的粮食基地之一。但是这一地区水资源的严重短缺,制约着经济的后续发展。

科学家为我们描述了这样一幅图景:到2030年左右,华北地区在自然变化和人类活动的影响下,将比现代增温10~15℃,降水基本持平,夏季增温05~08℃,降水增加1%~2%。年际气候变化大,多年持续性严重旱涝少。由于未来增温,蒸发量明显增加,而降水的增加不足以弥补蒸发的消耗,所以华北地区的主要河流——海河、滦河流域径流将减少3%~6%。

值得注意的是,作为北京“活力之源”的密云水库,入库流量将减少24亿立方米左右,河北省的官厅水库将减少近10亿立方米。

增温和缺水对生态系统有明显的影响。主要粮食作物冬小麦产量将增加,春小麦和玉米产量将下降。主要树种落叶松分布面积减少,北部典型草原草质下降,不利于畜牧业发展。华北干旱区将向北移动,在河北北部和内蒙古东南部干旱化可能增强,而人口增加和农牧业的发展将使荒漠化土地增加。沙漠化将随人畜增加有所扩展。

叶笃正教授认为,未来30年内温室气体将继续增加,其增温效应也将持续下去。因此华北也将继续增温,而且冬季增温大于夏季,北方大于南方。不能小看气温似乎仅仅增加1摄氏度多,这实际上已经能对生存环境造成很大的影响。

既然如此,如何做到趋利避害呢?叶笃正教授认为,当务之急还是水的问题。有限的水资源必须合理利用,工业上,要有一个更加合理的布局;农业上,应该多种植一些耐旱作物,改进大水漫灌的传统方式;同时要大力宣传节约用水,并制定科学的水费标准。叶笃正教授认为,每一个人都必须从现在做起,从我做起,改善我们的环境,爱护我们的家园,防患于未然。

臭氧层遭破坏

20世纪80年代,科学家们发现大气中的臭氧层在逐渐变薄,并在地球的南极上空出现了臭氧洞。由于大气臭氧层变薄会使过量太阳紫外辐射到达地面,进而给人类的生存环境带来灾难,因而引起了世界各国政府和人民的普遍关注。人们普遍关心的问题是:破坏大气臭氧层的元凶是谁?大气臭氧层是否会继续变薄?大气臭氧层变薄对人们的生存环境会有什么危害?

破坏臭氧层的元凶

臭氧于1839年被发现,后经证实为地球大气中的一种微量气体组分,其总量只占大气的百万分之几,而且90%集中在离地面10~50千米的大气层中,被称为大气臭氧层。如果把地球大气中所有臭氧集中在地球表面上,则它只形成约3毫米厚的一层气体,其总重量约为30亿吨。

大气臭氧层在维护人类正常生存环境方面起着重要作用,它可以吸收掉对地球上生灵有危害的太阳紫外辐射。可以说,大气中的臭氧层实际上是地球上一切生命免受过量太阳紫外辐射伤害的天然屏障,是地球生物圈的天然保护伞。正是由于臭氧层的存在,才使地球上的一切生命,包括人类本身得以正常生长和世代繁衍。可以毫不夸大地说,如果地球大气中没有臭氧层,地球上就没有生命。

但是,近几十年来,臭氧层却遭到了破坏。臭氧层遭到破坏是怎样被发现的呢?目前,分布在全世界各地的约150多个站形成了全球臭氧观测系统,并按世界气象组织规定的统一规范对大气臭氧进行着日常业务观测。1985年,人们未预料到的事发生了。这一年,英国国家环境研究委员会南极考察队的科学家乔·福曼等人首次报道,1980~1984年间,南极上空每年春季(10月份)臭氧含量与同年3月份相比大幅度下降,出现了臭氧洞。这一事件立即引起了科学家们的密切关注。随后包括中国在内的很多国家都组织科学工作者对南极上空臭氧变化开展了实地考察和相应的理论研究工作。南极上空的臭氧洞所谓南极臭氧洞是指南极地区上空大气臭氧总含量季节性大幅度下降的一种现象,并非真正出现了洞。为了给臭氧洞一个相对明确的定量化概念,世界气象组织建议称臭氧总量下降至200个臭氧单位以下的区域为臭氧洞。

科学家们的研究表明,南极大陆上空大气中臭氧含量的明显减少始于20世纪70年代末并于1982年10月南极上空首次出现了臭氧含量低于200个臭氧单位的区域,形成了臭氧洞。20世纪90年代以来,南极臭氧洞持续发展,臭氧洞最大覆盖面积达到(20~24)×106平方千米。南极上空通常于每年9月下旬之后开始出现臭氧洞,在10月上旬臭氧洞的深度达到最深,面积达到最大,并一般于11月底12月初臭氧量迅速恢复到其正常值。

南极臭氧洞的出现提醒人们,大气臭氧层这把地球上一切生命的天然保护伞已受到严重威胁。

地球有两极,既然南极上空出现了臭氧洞,那么,北极上空有臭氧洞吗?其实这一问题是在南极臭氧洞发现不久由科学家们自己提出来的。1989年,来自美国、英国、挪威和联邦德国等国的200多名科学家对北极上空的臭氧层进行了考察。结果表明,北极上空臭氧层的破坏相当严重。尤其是20世纪90年代以来,在中纬度,北美洲和欧洲的大部分地区以及西伯利亚上空连续出现臭氧浓度的不寻常减少。但是,到目前为止,在北极上空还未发现臭氧洞存在。科学家们预言,北极上空冬季的臭氧耗损将会维持很长一段时间,甚至会更严重,但是由于南北极上空温度和大气环流形势等的明显差异,在北极上空出现像南极上空那样的臭氧洞的可能性较小。

那么,臭氧洞是怎样形成的呢?谁是破坏臭氧层的元凶呢?围绕南极臭氧洞形成的原因在一段时间内曾争论不一,众说纷纭,先后提出了多种假说。基于大量研究结果,目前,科学家们已清楚地认识到南极臭氧洞是人类活动造成的,人类向大气中排放的氟氯烃化合物导致了臭氧层的破坏。

20世纪以来,随着工业的发展,人们在致冷剂、发泡剂、喷雾剂以及灭火剂中广泛使用性质稳定、不易燃烧、价格便宜的氟氯烃物质以及性质相似的卤族化合物。这些物质在大气中滞留时间长(有的可达100年以上),容易积累,当它们上升到高层大气以后在强烈的太阳紫外辐射作用下,释放出氯(溴)原子,后者可以使上万个臭氧分子遭到破坏。

在南极上空,冬季由于没有热能或热能很弱,气温下降,上层大气变冷。同时,被称为极区涡流的环极气流将南极大陆上空的空气团团围住,使得高纬度周围的大量空气与低纬度空气隔离开来而形成一个温度很低的区域。在这一区域内,臭氧遭到大幅度破坏而形成臭氧洞。春季来临,极区温度开始升高,臭氧的耗损过程停止,同时极区涡流遭到破坏,高低纬度之间的径向交换加强,含有低浓度臭氧的空气迅速向低纬度地区扩展,而同时极区周围含臭氧量高的空气进入极区上空,导致臭氧洞最后消失。

由此可见,氟氯氢化合物是破坏臭氧层并造成南极上空出现臭氧洞的真正元凶。

臭氧洞的不利影响

人类的活动造成了臭氧层的破坏。而臭氧的耗损也对人类产生了极其严重的影响。由于人类活动本身造成了大气中臭氧层的耗损,使过量的紫外辐射到达地球表面,而这过量的紫外辐射又会危害人类本身及其生存环境,从而显示出大自然对人类的报复。臭氧耗损对人类的报复行为可归纳为下述几个方面。

(1)人类皮肤癌增加。过量紫外辐射对人体的危害主要是破坏去氧核糖核酸(DNA),从而会导致癌症发生。过量紫外辐射首先会引起皮肤晒斑,同时还会引起白内障。有资料表明,大气中臭氧含量每减少1%,就可能增加3%的皮肤癌发生率。过量的紫外辐射还会损害人体的抵抗力,抑制人体免疫系统的功能,造成许多疾病的发生。

臭氧层的破坏引起了多种皮肤病

(2)恶化大气环境。20世纪中叶震惊世界的伦敦烟雾和洛杉矶光化学烟雾都曾使几千人丧生,都是人类活动恶化大气环境的典型实例。当大气中臭氧含量减少时,会有更多的太阳紫外辐射到达地面,这会增加近地面大气臭氧形成的速率,进而会增加光化学烟雾的发生概率,使大气环境恶化。

(3)破坏生态平衡。过量的紫外辐射到达地面会使许多农作物和微生物受到损害。最容易受到破坏的是豆类、甜瓜、芥菜和白菜等,土豆、西红柿、甜菜和大豆等产品质量会下降,产量会减少,大多数农作物和树木(尤其是针叶树木)会变得衰弱。不仅如此,过量紫外辐射还会危害海洋表层内的浮游生物、鱼苗、虾和藻类等,这些生物是海洋食物链的重要组成部分,它们的损害会直接引起海洋生物界的变化。

所以说,过量的紫外辐射到达地面可能导致的后果是严重的。当然,大气中臭氧耗损的对人类的影响还不仅是这些。过量紫外辐射还会加速建筑物、绘画、橡胶制品、塑料制品等的老化过程,缩短它们的使用寿命,造成严重的经济损失。

人们为保护臭氧层做出的努力

既然臭氧层对人类的生活如此重要,那么我们应该做些什么呢?其实,面对自己酿成的苦果和臭氧耗损的报复行为,大部分人已经觉悟到,必须采取坚决措施强行约束自己的行为,以保护大气臭氧层这个人类和地球生态系统的天然屏障。下面,我们就介绍一下世界各国人民为保护臭氧层所做出的努力。

(1)《保护臭氧层维也纳公约》。“公约”于1985年在维也纳签署,“公约”明确指出大气臭氧层耗损对人类健康和环境可能造成的危害,呼吁各国政府采取合作行动,保护臭氧层,并首次提出氟氯烃类物质作为被监控的化学品。

(2)《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》。“议定书”于1987年9月通过,“议定书”对充当破坏大气臭氧层元凶的氟氯烃类物质的生产、使用、贸易和控制时间表做出了具体规定。

(3)伦敦会议。人们意识到保护臭氧层的紧迫性,并普遍认为控制氟氯烃等消耗臭氧物质的时间表应当提前,因此120多个国家的代表于1989年3月在伦敦开会商讨拯救大气臭氧层的具体措施,并对“议定书”提出了伦敦修正案。

(4)《保护臭氧层赫尔辛基宣言》。“宣言”于1989年5月通过,“宣言”呼吁加强替代产品和技术的开发,提出最迟于2000年前取消氟氯烃类物质的生产和使用。

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