气候变化实质上是水汽变化所致

 

本文基于化学势和相平衡原理，深入分析了水汽凝结过程，指出经典水汽凝结模型所表述的热传导过程违反了热力学第二定律，是不能进行的。分析认为水汽凝结只能以辐射方式释放潜热，并阐述了其间的微观物理学机制及其温室效应机理。根据IPCC报告和气象资料等数据，揭示了水汽凝结与全球气候变暖的重要关系，合理地解释了全球气候变暖中夜间增温幅度更大的根本原因。

§1 经典水汽凝结模型及其存在的问题

英国著名气象学家B.J. Mason(B.J.梅森)在《云、雨和人工造雨(Clouds, rain and rainmaking)》(Cambridge University Press,1962)专著中提出了云滴长大方程(或称水汽凝结模型)，认为几乎全部凝结潜热从云滴表面通过周围空气传导而耗散。1973年中国科学出版社出版了该书的中译本^[1]，这一经典水汽凝结模型如下：

L_v(dm/dt)=4πrk_a(t_r-t_∞)           (1)

式中，L_v为水汽潜热，kJ/kg；r为云滴半径，m；k_a为空气热导率kJ/(m·℃)，t_r为液滴表面温度，℃；t_∞为无穷远处温度(云滴环境温度)，℃；dm/dt为单位时间内的云滴生长率，kg/s。

此方程被广泛引用^[2,3]。文献[2]对此模型的解释是“水汽凝结释放的潜热既升高了云滴表面温度，又向外传导热量”。然而仔细分析一下，我们不难发现这一解释的完整热力学意义是“低温大气中的水汽凝结在高温的云滴上，一方面使云滴表面温度升高，另一方面又反过来通过热传导将潜热传给包括低温水汽在内的周围大气”。显然，这与我们熟知的热力学第二定律相违背。

事实上，式(1)是基于热力学第一定律的结果，我们并没有看到相关的实测数据，这样的热传导能否进行是值得怀疑的，本文将就此问题进行讨论。

§2 水和湿空气的物理性质简介

水以汽、液和固三种状态(或称三相)存在于地球。水的三相变化取决于温度和压力的变化，如图1所示。

 

图1  水的相图

 

水的状态变化称为相变。固相直接变为气相称为升华，气相直接变为固相称为凝华，用0A线表示。同样，气相与液相之间的相变称为蒸发和凝结，用0C线表示。固相与液相之间的相变称为融化和凝固，用0B线表示。这三条相变线的交点是水的气相、固相和液相的三相共存点，简称三相点。纯物质的三相点有确定的温度和压力，水的三相点温度和压力分别为0.01℃和6.11hPa，如图1所示^[4]。

 

图2   湿空气的焓湿图(1atm)

 

图2是一个大气压下湿空气的焓湿图，一般用于热能工程领域。

描述湿空气热物理性质的参数有许多，这里仅简要介绍一下与图2有关的湿空气含湿量，相对湿度，露点温度以及湿空气焓等参数。含湿量d是指在湿空气中1公斤干空气的水汽质量；相对湿度φ（气象学一般用f表示）是指空气中水汽分压力和同温度下饱和水汽分压力之比，或近似用湿空气的含湿量d和饱和含湿量d_b的比值代替。

露点温度t_l是指在给定含湿量d值之下(或给定水汽分压力之下)，使空气冷却到饱和状态(相对湿度100%)时的温度称为露点温度。从图2中可以看出，露点温度仅取决于水汽分压力，水汽分压力越低，露点温度也越低。大气压力等于水汽分压力与干空气分压力之和，因此露点温度在大气物理学和空调工程中具有重要意义。空调系统的除湿功能就是将湿空气冷却至露点温度以下，使水汽凝结而与空气分离的。

湿空气的比焓h表示单位质量湿空气所含有的总热量。对含湿量为d克的湿空气，其比焓h等于1公斤干空气的焓和d克水汽的焓之总和。对于(1＋0.01d)公斤的湿空气，其焓为h=1.01t+0.001d(2500+1.84t)kJ/(kg干空气)，其中t为空气温度，℃；系数2500为0℃时水的汽化潜热，kJ/kg；系数1.84为水汽定压比热Cp，kJ/(kg·℃)。

§3 大气中的水汽凝结现象

水的三种相态都是无色透明的，但是大量细小的云滴或冰晶聚集在一起时，由于反射与折射作用，我们可以肉眼看到其明显的轮廓和外形，如天空上的云、地面物体上的霜等。从卫星云图上看飓风移动轨迹，实际上看到的是水的凝结物的移动过程，因为“风”是肉眼看不见的。

根据图1我们知道，0℃以下的水汽，以及一定海拔高度的水汽都可直接凝成冰晶。因此高空水汽的成云过程不仅有凝结，还有凝华。我们这里统一简称为水汽凝结。我国吉林省松花江河段的雾凇，就是因上游的丰满水库水电机组发电使河水水温升高，约有50km河段在冬季不封冻，水汽不断从河水中升腾出来，凝结在沿江两岸的树木之上，形成晶莹剔透的冰晶，美不胜收，这已成为当地重要的旅游项目。

飞机在飞行时，燃料燃烧产生的尾气湿度较高，条件合适就遇冷凝结，从而留下一条长长的尾迹线划过长空。同样的凝结现象会在天然气炉灶点燃之初，它是由于高湿度烟气遇到低温金属器物时，水汽瞬间凝结形成的，但随着燃烧与传热的继续，器物温度迅速升高，所凝结的水会很快消失。

空中的水汽都是经过凝结过程而变成云，最后再变成雨（雪、雹等）而降落到地面（海洋）的。水汽的凝结现象是空中水分参加地球水分循环的必然环节。正确认识水汽变成云滴、雪花的物理过程，显然对认识水分循环有基础意义。

§4 云滴长大过程的热平衡分析

众所周知，传热学将热量传递分为导热、对流和辐射三种过程，地球上所有的与热能有关的能量传递过程可以归结为这三种过程之一，地气系统中常见的传质现象包含着上述三种能量传递过程。

为便于理解式(1)存在的问题，这里姑且按照水汽凝结潜热全部被周围大气吸收，作一个简单的热平衡定量计算。

ρ_H2O^lV_H2O^lL_v=ρ^m,aV^m,aC_p^m,aΔt                  (2)

式中，ρ_H2O^l为云滴密度，kg/m³；V_H2O^l为云滴容积，m³；ρ^m,a为空气密度，kg/ m³；V^m,a为空气容积，m³；C_p^m,a为空气比热，kJ/(kg·℃)；Δt为空气的温升，℃。

这个计算給出了要形成密度为ρ_H2O^l，体积为V_H2O^l的云滴，水汽在变成凝结时释放的潜热使体积为V^m,a的空气的温度增加值为Δt时各个变量的关系。由此我们得到云滴与空气的容积比为：

V^m,a/V_H2O^l=ρ_H2O^lL_v/(ρ^m,aC_p^m,aΔt)               (3)

地表大气平均气温约15℃，取大气垂直温降为6.5℃/km^[1-3]，如果我们假定水汽凝结发生在10km的高空，则那里的大气绝对温度大约T^m,a≈223.15K，ρ^m,a=0.413kg/m^3[2]，ρ_H2O^l≈1000kg/m³，L_v≈2500kJ/kg，C_p^m,a＝1.005kJ/(kg·K)，因此V^m,a/V_H2O^l与Δt的函数关系为：

V^m,a/V_H2O^l=6.023×10⁶/Δt              (4)

如果水汽的凝结使Δt=1℃，这里的计算表明，它需要6百万倍体积的大气吸收其潜热(10km高空水汽应直接凝华成冰晶，所释放的潜热更大，需要的空气容积更大)。这显然是个十分缓慢的过程。另外，式(1)中的传热温差是云滴与无穷远处的温差，这意味着体积比可以达到无穷大，同时也意味着吸收了水汽潜热的周围大气温度不会有任何变化，但这从一个侧面使该模型的真实性受到怀疑。

根据文献[5]，全球多年平均降水量约57.7万km³，所释放的潜热高达1.4425×10²¹kJ(以L_v≈2500kJ/kg计算)，如果全部被大气吸收，大气温度将升高272.4℃，这说明式(1)缺乏依据。

不仅如此，还有一个非常浅显的客观事实是，大部分天空是被云层覆盖着的，有时甚至是乌云密布，不能满足式(1)所要求的巨大传热空间。而最重要的是，云滴与周围大气完全融为一体，它们之间没有温差，周围大气不能被视为云滴的环境，式(1)所描述的热传导缺乏原始驱动力，这样的热传导不可能进行。

也许有些读者可能会说，地气系统是一个开放系统，大气对宇宙外层空间有净能量辐射输出，水汽凝结将潜热传给周围大气之后，其能量随大气对外层空间的热辐射而散失掉。但就此问题我们也有一问：为什么不是水汽凝结直接对外辐射，而需要先传热给周围大气，再经由大气对外辐射？况且，越往高空，大气密度越低，热传导能力越弱，即式(1)进行的难度越大。

为了让读者有更深入的认识，下面简要介绍一下多元体系的化学势和相平衡原理，拟从热力学基本原理出发，进一步分析式(1)所存在的问题。

§5 基于热力学第二定律的水汽凝结过程分析

5.1 多元体系的化学势与分子扩散的方向

一般来讲，不管是发生物质成分变化的多元体系如化学反应、大气和海洋等，还是仅发生纯物质相变的单元体系，其任一组元的分子的迁移或扩散都是由于某种推动力的作用，这一推动力被称为化学势。这里简要介绍一下化学势的概念。

根据热力学一般关系式：

du=Tds-pdv                                            (5)

式中，u, s, v分别表示摩尔内能、摩尔熵和摩尔容积。

对于物质总量为n摩尔的体系，体系的内能、熵和容积等广延量可以表示为：

U=nu, S=ns, V=nv                                      (6)

上式的全微分式可以写成：

dU=ndu+udn

dS=nds+sdn                             (7)

dV=ndv+vdn

为描述体系发生的化学和相态变化，联立式(5)-式(7)，可得：

dU=TdS-pdV+μdn                      (8)

其中，μ≡g=u+pv-Ts=h-Ts                     (9)

就是体系发生化学和相态变化的推动力，μ也称为化学势或吉布斯自由焓；-μdn为化学功。

根据理想气体化学势g*≡h*-Ts*，焓h*=h₀*+∫C_p*dT(注：这里的Cp为定压摩尔比热，角标*代表理想气体。)和熵s*=s₀*+∫(C_p*/T)dT-R_Mlnp，可以得到如下关系式：

g*(T,p)= g₀*(T)+ R_M T lnp                   (10)

式中，g₀*(T) = h₀*+∫C_p*dT-Ts₀*-T∫(C_p*/T)dT是在温度为T，压力为p=p₀=1atm时理想气体的化学势；R_M为通用气体常数，R_M=8.314kJ/(kmol·K)。

根据式(10)，温度和压力越高，气体的化学势也越高。实际气体的化学势可以表示为相似形式：

g(T,p)= g₀*(T)+ R_MTlnf                  (11)

式中，f称为逸度，是被修正了的压力，修正的依据是同温同压下实际气体的化学势与相应理想气体化学势的差别。

将理想气体和实际气体化学势(式(10)和式(11))应用于多元气体混合物，针对其中的某一组元j，得：

μ_j*(T,p,x)= g_0j*(T)+ R_MTlnp_j

μ_j (T,p,x)=g_0j*(T)+R_MTlnξ_j               (12)

式中，x_j为组元j的摩尔分数；ξ_j为组元j的分逸度，p_j为理想气体的组元j的分压力。

显然，在相同温度T和压力p下，多元体系(如气体混合物)中某一组元j (如水汽)的化学势与其纯组元的化学势之差为^[6]：

μ_j(T,p,x)- g_j(T,p)=R_MTln(ξ_j/f _j)

=R_MTlna_j

=R_MTln(γ_j x_j)                       (13)

式中，μ_j(T,p,x)为多元体系组元j的化学势；g_j(T,p)为同温同压下纯组元j的化学势(注：为了有所区别，用g表示纯组元的化学势，用μ表示多元体系中该组元的化学势)； a_j=ξ_j/f _j为组元j的活度；γ_j=a_j/x_j为组元j的活度系数；x_j为组元j的摩尔分数。

不难理解，在相同温度和压力下，多元体系中任一组元j所能发挥的作用最大只能等于其纯组元的作用，即对于各组元j的活度系数γ_j＝1的多元体系，各组元的活度等于其摩尔分数，即a_j=x_j。由于摩尔分数是一个小于1的正数，因此式(13)的右边总是小于0，即多元体系中组元j的化学势μ_j(T,p,x)小于同温同压下纯组元的化学势g_j(T,p)，在这一化学势差的作用下，纯组元的物质必然向多元体系扩散。

5.2 相平衡原理

大气含有水汽是一种多元体系。一个具有一定压力和温度的封闭容器存放有空气和水，当它们达到热力学平衡态时，必须满足下列平衡条件^[4,6-9]：

T^m,a=T^l

p^m,a=p^l

μ_j^m,a=μ_j^l                                                         (14)

式中角标m,a——湿空气，l——液相。

即热力学平衡状态下，湿空气的温度等于水的温度，湿空气的压力等于水的压力，湿空气中组元j的化学势μ_j^m,a必然等于水里该组元的化学势μ_j^l，即无论是气相还是液相，都是多元体系(混合物)。但是由于水里所溶解的空气成份相对较少，不影响我们对水汽凝结问题的分析，因此这里不再考虑干空气的化学势及其影响，上式第三项可以简单地用下式替代：

μ_H2O^m,a=μ_H2O^l                                         (15)

在热力学平衡态，水汽向云滴的扩散(凝结)和云滴向大气的扩散(蒸发)达到了一种动态平衡，这就是热力学相平衡原理。

5.3 基于热力学第二定律的水汽凝结过程分析

大气中水汽凝结是一个典型的非平衡热力学过程，应遵循第二定律所规定的物质运动方向，应用化学势和相平衡原理开展分析是一种必然选择，文献[10]对此进行了初步的尝试。

由于化学势随温度的提高而提高，若云滴温度高于湿空气，其化学势必然高于水汽，所能实际发生的过程必然是云滴蒸发，即云滴水分子向大气的扩散，而不是相反。显然式(1)违反了热力学第二定律。

众所周知，大气中的水汽主要来自海洋和地表水的蒸发，它们与周围大气一同上升。随着气流上升，水汽不断凝结，大气中水汽的摩尔分数随之减小(表现为水汽分压力降低)，其露点温度将随之降低(参见图2)，即其化学势也必将随之降低，这意味着水汽向云滴的扩散能力减弱。如果要使水汽继续凝结，云滴的温度和化学势必须进一步降低，才能吸引水汽向云滴扩散。

根据大气沿高程的温度、压力和密度分布特性，气流上升及其对外层空间的净热辐射，促使其满足水汽进一步凝结的条件。因为越往高层，大气温度越低，云滴的温度越低、其化学势也越低，这时水汽化学势又会高于云滴，从而具有了进一步向云滴扩散的能力。

但现在的问题是，在气流上升过程中，水汽温度与云滴温度相等，且水汽自发凝结了，潜热去了哪里？根据化学势和相平衡分析，式(1)所描述的热传导不可能进行，因此我们推断辐射是其唯一的可能。

§6 水汽凝结辐射的微观物理学机制及其温室效应

6.1 电磁辐射的微观物理机制

众所周知，水的冷凝和蒸发与外界交换的能量被称为潜热，潜热的大小等于物质在饱和气态和饱和液态的焓值之差(L=h”-h’)。热力学将冷凝过程视为一个等温等压过程，但是在这样一个近乎于理想的热力学过程中，却没有确定的“均质”热力学状态。在热力学中，将介于饱和蒸汽与饱和液体之间的区域称为湿区，湿区的工质状态是饱和液体和饱和气体的混合状态。从工程角度，使用“潜热”度量这一热力过程简单实用，没有出现过任何问题。这是由于一般工程技术中的冷凝过程是在一个封闭容器内进行，潜热是如何释放出来的无关紧要，这使得其间暗含的微观物理学机制问题被掩盖了。

物质的辐射机理非常复杂，但我们知道任何物质都有辐射，只是辐射的波谱和强度不同而已。关于辐射机理，有一种解释是处于激发态的原子或分子返回基态时就以电磁辐射的形式释放其多余的能量^[11]。如电灯泡之所以能发光，是因为电子在电压作用下高速运动，它们与灯丝的分子或原子发生非弹性碰撞，使这些分子或原子达到激发态，而当这些处于激发态的分子或原子返回到基态时以可见光的形式辐射多余能量。

不同物质辐射波谱显著不同，电磁波波谱从宇宙射线、Χ和γ射线、到紫外线和可见光，再到红外、远红外及微波等。爱因斯坦能量方程E=mC²是电磁波辐射的物理学基础，太阳上所发生的氢核聚变就是质量向能量的转变过程。

4¹₁H→⁴₂He+2⁰₂e+2γ+中微子                (16)

核聚变是目前所知的最剧烈的非弹性碰撞，导致原子变化，有明显的质量损失，释放的能量巨大。地球接收到的太阳能就是氢核聚变产生的电磁辐射能。

燃烧化学反应，如：

2H₂+O₂→2H₂O

C+O₂→CO₂                                      (17)

也是剧烈的非弹性碰撞，导致分子变化，释放的能量很大，它们是目前能源利用的主要方式。

燃烧产生明显的发光火焰，火焰就是一种直接的对外辐射。文献[12]指出，燃烧等化学反应中存在着质量损失，如汽油燃烧产生的新分子的全部质量略低于汽油和氧的合计质量，这意指损失的质量转变成了火焰的辐射能。如1kg氢气燃烧释放出141879kJ的热量[9]，根据E=mC²计算，约有1.576×10^-12kg的质量损失。这一数量级在工程领域完全毋须考虑，“质量平衡”是工程分析的一般准则。

综上分析，可以推断这种非弹性碰撞是产生电磁辐射的物理学机制。

6.2 水汽凝结的微观物理机制及其温室效应

水汽凝结(凝华)是水汽分子与水汽分子碰撞凝聚在一起的过程，这被视为一种普通的物理变化。大气压力下水汽潜热较大，因此这一过程堪称剧烈。由于水和水汽之间没有均质的热力学状态，因此我们可以将水汽看成是液态水的激发态，水汽凝结是处于激发态的气相水分子返回基态的过程；与氢核聚变和氢气燃烧反应的非弹性碰撞类似，水汽凝结也是一种完美的非弹性碰撞，完全可能产生辐射。但其间是否存在质量损失，目前尚不能确定，这需要通过科学手段加以验证。根据E=mC²计算，1kg水汽凝结的质量损失仅2.78×10^-14kg(以2500kJ/kg潜热值计算)，不足氢气燃烧的2%。

根据热力学[4, 9]，除了必须满足相平衡条件外，水汽凝结时必须处于过冷状态，还需要凝结核心。大气中的气溶胶和尘埃等可以成为凝结核心，而云滴对外层空间的热辐射，可以使其处于过冷态，从而满足凝结的必要条件。

大气中水汽凝结的辐射方向具有随机性，向外层空间辐射是维持地球大气温度不至于太高的一个重要保证，向地面辐射则是一种主要的温室效应。众所周知，玻璃暖房的温室效应主要是玻璃对红外辐射的反射。与玻璃暖房比较，水汽凝结的辐射具有异曲同工的效果。

据文献[5]，全球年均降水量为57.7万km³。根据地气系统结构特点，我们假定水汽凝结潜热的45%向地面辐射，则按地表面积计算的平均热辐射强度达40W/m²。根据我国《公共建筑节能设计标准GB50189-2005》的要求，北京地区节能建筑(民居)的冬季供暖指标不超过35W/m²，由此可见水汽凝结的温室效应作用。

参考联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)第三次报告^[13]提供的数据：自1750年以来，人类活动增暖的辐射强迫全球平均为1.6W/m²；CO₂、CH₄和N₂O浓度增加产生的辐射强迫总和为2.30W/m²。需要说明的是，这一数据是未考虑多元体系化学势变化的计算结果，并非实测数据，实际影响可能远小于这一数值。对比水汽凝结的温室效应，人为活动对全球气候的影响可能被夸大了。

§7 天气变化的实质

众所周知，飓风、台风以及热带风暴是剧烈的天气变化，是气候变化的重要因素。2007年8月18日，美国宇航局NASA公布了从奋进号航天飞机上拍摄的飓风“迪安”的图片(图3)。有意思的是图片标题指称这是飓风，但是我们知道“风”是肉眼看不见的，而在这幅图片上我们所看见的分明是大量的凝聚态的水(云滴、雾滴或冰晶)，何以称之为“风”？

2007年11月14日，在美国佛罗里达州迪费尔德海滩(Deerfield Beach)同时出现两个水龙卷风，这一罕见的景象持续30多分钟，如图4所示。从图中我们也不难看出，说是龙卷风，分明也是水汽的作用，是水蒸汽在高空凝结对大气作功的结果。

众所周知，飓风等蕴藏着巨大的能量，而它们的中心有大量凝聚态的水存在。我们不禁要问是“风带水”，还是水蒸汽凝结产生的风？

     

图3  飓风迪安图片(美国宇航局NASA)  图4  美国佛罗里达州海岸出现“双龙吸水”

 

占主导地位的气象理论认为热生风，但在本文看来，尽管热可以使气体密度发生变化，密度差会导致气体的流动，但其热力学机理是在密度差下的分子扩散，会形成一定的动能，但风量不会很大，不可能形成图3和图4所示的飓风和龙卷风。由于水汽凝结对大气作功，才产生这样的奇观，更由于受水汽凝结(凝华)温度范围的限制，因此只在大气对流层出现。

综上所述，水汽变化是天气变化的最重要的原因。

§8 全球气候变化的实质

目前全球气候变化日益受到全球的普遍关注。根据联合国IPCC第三次报告^[13]：自1860年以来全球地表气温增加了0.6±0.2℃，平均日平均最低气温的增温速率是最高气温的两倍，全天温度范围减小0.8℃。据文献[14]，夜间增温幅度约0.84℃，日间0.28℃。这是目前全球气候变暖理论所不能解释的，因为CO₂等温室气体吸收的是地面长波辐射，其昼夜差应该很小。

文献[13]还向我们提供降水的数据：“北半球中高纬陆区的降雨在20世纪每10年增加了0.5%～1%，热带陆地区域每10年降水量增加0.2～0.3%，亚热带陆地区域每10年降水量减少0.3%左右，赤道地区最近几十年降水量没有明显增加。南半球部分地区出现了北半球的降水特征，但因陆地缺少连续性而总体可比性不明显；海洋上的降雨因没有足够的数据而不能分析其变化趋势”。但是“从北半球中高纬度陆地大的和极端降水事件推断，总降水以一定比例迅速增大很可能已经发生了”[13,15]。

降水量增大是一个客观事实，水汽凝结应当是夜间大于白天，基于水汽凝结以辐射方式释放潜热的推断，其结果应当是夜间增温幅度大于白天，这与全球气候变化的事实完全一致。

为了帮助读者理解气候变化与水汽凝结的关系，这里再做一个简易的热平衡计算。全球大气总质量约5.27×10¹⁸kg，年平均57.7万km³降水量占大气总质量的约11%。我们根据全球降水增加的事实，假定全球降水量增加0.5%，其中45%的潜热辐射到地面并为大气吸收，则可以使全球大气温度升高0.61K，与目前所报告的大气增温幅度(0.6±0.2K)吻合。这种计算也许不尽合理，但是它提示水汽凝结对气候的影响。

中国是人类文明古国，历史记载全面丰富和翔实，中国的气候变化在全球具有非同寻常的代表性。气象学家竺可桢先生早在20世纪七十年代就研究了中国5000年来的气候变化，《人民日报》1973年6月19日专题报道了竺可桢先生的研究成果——《中国近五千年来气候变迁的初步研究》，揭示了气候变化的周期性（一段时期升温，随后是降温）。我国原国家气候中心主任丁一汇院士领衔的课题组所完成的“中国气候变化的检测和预估”一文^[16]提供了20世纪百年的中国年平均地表气温变化图(1905-2001)，读者自己可以很容易从中看出中国气候变化约50年一个周期的规律。尽管作者自己并没有做如此的阐述，但国内另一位著名的气象学家、美国纽约科学院院士温景嵩先生就明确指出了中国气候变化的这一周期性规律^[17]。

另外一个事实是，地球每年都会经历一次气候变暖过程，从冬天到夏季，气温越来越高。这一气候变暖过程也表现出夜间增温幅度总是明显大于白天，夏季昼夜温差明显小于冬季的特点(表1)。

 

表1   中国南北主要城市气温日较差表^[18]

单位: ℃

 

表1列举了我国南北几个有代表性的城市冬夏气温日较差(昼夜最高与最低气温之差)，南方多雨水，其日较差明显低于北方。显然在短短的一年时间之内，CO₂变化的影响微乎其微，我们不宜说这与CO₂有明显关系。但是说它与太阳辐射、降水的季节差别有关到比较合适。

综上所述，降水量的变化是全球气候变化的最主要的原因。

§9 关于极端气候增多的原因

全球气候变暖中，有一个带有预言的结论：全球气候变暖将导致极端气候增多。然而我们稍加分析，不难发现其间存在的理论缺陷。

事实上，从图2中我们不难看出，气温升高，大气容纳水蒸汽的能力增大。但这仅仅表示大气可以稳定存在的一种状态，并不代表它会导致天气的变化。结合图3和图4，我们很容易理解，只有大气中的这些水汽凝结了，且大量地聚集，在重力作用下，这些水的低温凝聚物降落至地面的过程，才能影响天气和气候。

事实上，飓风本身就代表一种极端气候，它中间大量水的低温凝聚物很清楚地表明，大气中的水汽是影响气候的重要因素。

众所周知，大气的水汽重要来自太阳作用下的海洋蒸发，降水量增大的主要原因应该是自然，而非人为因素。因此，气候变化的重要原因应在太阳。

§10 结束语

基于化学势和相平衡原理，本文分析了大气中水汽凝结的非平衡热力学过程，指出经典水汽凝结模型所拟的热传导违反了热力学第二定律，是不可能进行的。分析认为水汽凝结只能以辐射方式释放潜热。根据IPCC报告和气象资料等，我们从新的视角揭示了水汽的温室效应机理及其对气候变化的影响。这个新的大气物理学机制与全球气候变化规律具有一致性，它对球气候变暖中夜间增温速率是白天的2倍的原因，給出了一种解释。

水是最重要的温室气体，这一点是众所周知的事实。水汽的变化对气候变化的影响不容忽视，人为活动导致全球气候变暖的结论下得有些草率。显然，在目前这种情况下，去大力推行二氧化碳减排，不仅不能取得实质的效果，反而会加剧能源的耗竭，给人类带来更大的灾难。当然，本人是十分赞赏和支持通过节能实现减排的。

尽管基于热力学第二定律的分析有很强的说服力，但是本文所提出的“水蒸汽凝结以辐射方式释放潜热”的观点显然还需要科学实验的进一步验证，这方面的作用需要加强。

 

参考文献

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