通过控制日照遏制全球变暖的构想1

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1、1 通过“遮阳伞”遏制全球变暖的构想赵文正 （天津300192）科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050 年全球温 度将上升 24 摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿 国家和沿海城市将淹于水中， 其中包括纽约， 上海，东京和悉尼等几个著名的国际大城 市。并会导致：1) 地球上的病虫害增加；2) 海平面上升；3) 气候反常，海洋风暴 增多； 4) 土地干旱，沙漠化面积增大。 温室效应被认为是导致全球变暖的主要罪魁祸首。现代化工业社会过多燃烧煤炭、 石油和天然气产生了大量具有吸热、隔热功能的气体， 这些以二氧化碳为主的气体在大 气层中的浓度不断

2、升高， 在对太阳辐射光短波几乎透明的前提下，通过吸收和阻挡的方 式，增强了对太阳辐射光长波、 地表及大气热辐射在低层空间的留置力，大气层的保温 效果更加明显， 地球如同处于透明玻璃窗的厚度不断增加的温室之中，导致地球表面变 热的现象，即温室效应。 因此，二氧化碳等具有吸热、 隔热功能的气体被称为温室气体。 科学家提出了通过减少二氧化碳排放，降低温室效应为主要遏制全球变暖的方法。 为此，世界各国签订了联合国气候变化框架公约及其京都议定书，推行发展风 能、太阳能、核能事业，控制二氧化碳的低碳经济政策。 作为系统工程， 推行低碳经济工程浩大、 进展缓慢，而全球变暖的趋势已经时不我 待。我们是否可以另

3、辟蹊径找到更有效的遏制方法，同步实施，减缓甚至完全控制全球 变暖的进程，这就需要我们深入研究影响地球表面温度的要素。 一、影响地球表面温度的主要因素 （一）日照和潮汐 太阳的总辐射功率： 3.83 1026 焦耳/秒，其中有 1/22亿的能量辐射到地球，世界 气象组织(WMO)1981 年公布的在地球位于日地平均距离处时，地球大气上界垂直于太 阳光线的单位面积在单位时间内所受到的太阳辐射的全谱总能量是1368 瓦/米2，全球大气层接收到的太阳能量约为每分钟2.273 1028焦。地球上除原子能和火山、地震以 外，太阳能是一切能量的总源泉，也是影响地球温度的决定性因素。图 1 在大气层顶的太阳光

4、谱2 由月球引起的海洋潮汐所产生的摩擦生热对地球温度也有一定影响。 （二）大气层 地球拥有一个由78%的氮气、21%的氧气、和 1% 的氩气混和微量其他包括二氧 化碳和水蒸气组成的厚密大气层，它像完全由玻璃建造的温室一样包裹着地球，避免日 间太阳直接照射地表和夜间地表温度的迅速下降。当太阳光辐射量、日地距离基本不变， 潮汐摩擦产生的热量变化忽略不计，大气层的透光率为常数时，大气层的“保温”效果 就成为决定地球温度变化的主要因素。二氧化碳具有高太阳光透光率， 同时又有“保温” 效果，其浓度增加是导致全球变暖的主要因素。图 2 太阳辐射通过大气层到达地面的各种过程图 3 地表的热平衡 从图 3 中

5、可以看出， 入射阳光的短波部分很多被反射出大气层，长波部分大部分被3 吸收；地表的热量 -长波约有 15%被水汽和二氧化碳等温室气体阻挡和吸收，减少了大 气向太空的热排放。 （三）人类活动 燃烧煤炭、 石油和天然气等活动不仅直接产生热量，提升地表温度， 还释放大量二 氧化碳进入大气层致使全球变暖。 人类活动和大自然还排放氯氟烃（CFC 、甲烷、低空臭氧、和氮氧化物、水蒸气 等其他温室气体加剧了温室效应。 二、目前人类遏制全球变暖的主要方法 （一）全面禁用氟氯碳化物 世界各国正在全力推行此方案， 倘若此案能够实现， 对于二五年为止的地球温 暖化，根据估计可以发挥3%左右的抑制效果。 （二）保护森

6、林的对策方案 停止毫无节制的森林破坏实施大规模的造林。倘若各国认真推动节制砍伐与森林再 生计划，到了二五年，可能会使整个生物圈每年吸收相当于0.7g/t（空气）碳量的 二氧化碳，得以降低7%左右的温室效应。 （三）减少使用高碳燃料 日本汽车在此方面已获技术提升，大幅改善昔日那种耗油状况。 如果推广低耗油汽 车，其所导致的化石燃料消费削减，估计到了二五年， 可使温室效应降低5%左右。 对石化燃料的生产与消费，依比例课税，避免无谓的浪费，而其税金收入，则可用 于森林保护和替代能源的开发方面。鼓励使用比煤炭、 石油二氧化碳排放量更低的天然 瓦斯-甲烷。可望对于二五年为止的地球温暖化，起到大约5%的抑

7、制效果。 限制汽机车的排气量，预计将对二五年为止的温暖化，可分担2%左右的抑制 效果。 （四）提高能源使用效率 改善其他各种能耗活动的能源使用效率。在目前技术支持下， 对于提升能源使用效 率方面，仍然具有大幅改善的余地， 这对二五年为止的地球温暖化，预计可以达到 8%左右的抑制效果。 （五）鼓励开发洁净能源 鼓励使用太阳能和风能， 使石化燃料用量相对减少， 对降低温室效应具备直接效果。 相对于二五年为止的温暖化，具4%左右的抑制效果。 利用生物能源 (Biomass Energy)作为新的干净能源。亦即利用植物经由光合作用制 造出来的有机物制作成沼气、 酒精等再生能源， 达到抑制二氧化碳浓度增

8、长的效果，藉 以取代石油等高污染性能源。 三、通过控制日照遏制全球变暖的构想 地球大气系统的能量来源主要是太阳辐射。当太阳辐射能的输入和地球大气输出的 能量平衡时，大气和地球的平均温度不变， 这需要地球与大气作为整体从太阳吸收的能 量与反辐射回太空的能量是相等的，由于人类活动产生了大量热能， 并增强了大气层的 保温功能，致使全球变暖。 目前人类遏制全球变暖的主要方法许多还处于试行阶段，由于牵涉面非常广泛， 推 行起来困难重重。即便能够全部实施，达到理想状态，也只能起到34%左右的抑制效 果。由此可见，人类需要找到遏制全球变暖的更有效方法，从根本上解决全球变暖问题。 归纳起来，影响地球温度的主要

9、有太阳日照和大气层温室效应两大方面，如果将之 比喻成玻璃育花房或透明塑料薄膜蔬菜大棚的话，在太阳是不可控因素的前提下， 想要 控制温室温度上升的主要办法只有两个，一是打开窗户让室内的热空气向外散发，二是4 用遮阳棚减弱太阳日照。 日常生活常识告诉我们， 树荫下的地表温度要低于阳光直射下 的地表温度，使用遮阳伞遮挡阳光，比少穿衣物直接暴露在阳光下效果更明显。 遗憾的是传统的科学研究主要致力于通过减碳保障地表热量及时散发，抑制全球变 暖，而很少有人从通过“遮阳”减缓全球变暖的路线，进行科学研究，也许它正是我们 苦苦求索的答案。 我们知道， 地球大气上界太阳辐射的全谱总能量是1368 瓦/米2，导致

10、在 80 千米以上到 500千米左右这一层的空间温度很高，距地球表面1000公里处可达数千度。 试想，如果我们能够在大气层外部遮挡、吸收或者反射一部分阳光， 减少对地面的 热辐射，其数量与人类活动对地球的升温的影响相当，是否会保持地球温度不变呢？如 果再能够把这部分太阳能为人类所利用，又会大大减少碳的排放量，更能造福后代。 当月亮运行到地球和太阳之间并在一条直线时，月亮就会给地球遮挡住一部分直射 阳光，即日食，并对地球温度产生影响，由于偶然性强，遮挡时间较短，其影响并不明 显。树荫是由千万片树叶遮阳而形成的，倘若我们把卫星当成树叶， 释放足够数量的地 球卫星群，像大树一样达到一定遮挡面积，并能

11、够长期“遮阳”，必定会对地表温度造 成很大影响。 具体遮挡面积：同一单位时间，其遮挡面积为X（米 2）=平均人类活动产生的总 热量/1368 瓦。同时，再根据二氧化碳等气体、蒸汽排放、植树造林等正负影响做适当 调整。 人造地球卫星的运行轨道从几百公里到几万公里，常规的有赤道轨道、 地球同步轨 道、对地静止轨道、 极地轨道和太阳同步轨道等， 这一立体空间为地球人造卫星提供了 广阔的空间，“遮阳卫星”群可以像森林一样广泛布置在轨道立体空间。近似于真空的 轨道空间可以保证 “遮阳卫星” 免受腐蚀，拥有很长的寿命。 地球卫星进入飞行轨道后， 卫星只要获得这一水平方向的速度，不需要再加动力就可以环绕地球

12、飞行，并可以利用 太阳能电池维持自身调控的需求，使得卫星运行无需考虑能耗。 现有航天与卫星发射技 术已经很成熟， 完全可以支撑大量发射卫星。记忆金属、高反光率轻质合金材料和太阳 能电池板等科研成果与产能，能够满足“遮阳卫星”展翼的制作需要。发展迅速的计算 机与通信技术完全能够胜任对“遮阳卫星”的远程智能控制。 用于遮阳的卫星具有较大表面积的展翼，如果仅用于遮阳，其优选高反光率材料， 如果还要灵活控制， 可采用可收缩展翼， 当可以实现电能传输或利用时可以使用太阳能 电池展翼。 我们还可以将地球卫星轨道的太空垃圾进行编组，使之成为“遮阳卫星”。地球卫星轨道的太空垃圾拥有太阳能电池展翼的卫星编队飞行

13、的卫星 图 4 太空垃圾与地球卫星组图 联合国等世界有关组织可以通过国际条约建立专门组织，整合世界各国力量， 制定 有关政策和计划、方案、标准，并重点发射太阳同步轨道和赤道静止轨道“遮阳卫星” 群，调控全球温度， 要求世界各国以后发射的卫星均带有遮阳展翼，并在其主要功能寿 命完结后交付控制权，纳入“遮阳卫星”编队。世界各国可以根据自己的气候变化情况5 发射自主控制的“遮阳卫星”群，进行区域化气候调控。 通过控制日照遏制全球变暖是一个规模宏大的系统工程，人类可以通过不断的研究 和实验来论证其可行性和制定、完善具体政策、 方案，并纳入遏制全球变暖的世界总体 规划。与此同时，我们应当继续大力推行保护地球植被、低碳经济等综合环境保护措施。参考书目：1 赵 东中国太阳能长期变化及计算方法研究博士论文2 于 昆温室气体世界环境 1990年 04 期3 丁一汇全球气候变化中的物理问题物理 2009年 02 期4 倪 健减缓全球气候变化的政策和对策山东环境 1994 年 04 期5 李俊峰卫星编队飞行动力学与控制研究力学与实践 2002 年 第 24 卷 第 2 期作者介绍：赵文正男 1995 年- 天津市育贤中学初三在学