朱珍华:气候变化周期性质初探

选择字号:   本文共阅读 2832 次 更新时间:2007-11-13 09:42:40

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朱珍华  

  其个别周期长度变动于26---52年之间。19世纪末奥国的Brückher研究里海海平面的变动也发现长度为35年的周期变化。同样,在亚洲Howe.G研究印度次大陆气候变迁,也发现30---40年的周期变动,以上三位国外气候学家对国际上其它地区的研究结果和本文对我国若干地区研究的结果一致,可见本文结果有一定代表性。然而,谢义炳和张汉松在分析我国清代和明代水旱灾周期变动时的发现却比本文为短,即:长江流域水灾周期是10年和6年,旱灾周期是10年;黄河流域水灾周期是6年和10年,旱灾是7年和1 2年,说明气候变动有更复杂的情况。

  气候变化的原因则更为复杂,它只有在水分和热量平衡变化时发生。而水分和热量平衡发生变化的根本原因在于地球从太阳得到的辐射量的改变,所以,归根结底气候变化应和太阳辐射有关。过去很多研究中提到气候变化和太阳活动性的变化有关。因太阳黑子数目平均约有11年的韵律变动引起了气候上的韵律变动。F.Nansan 和B-Heland-Hanson曾根据1815---1910年的观测将太阳黑子数变化曲线和地球温度曲线相比,得到下列结论:在热带,温度随黑子数增加而降低,又随黑子数的减少而升高。在温带,却没有这种肯定的关系。太阳黑子数目的变化周期与谢义炳张汉松研究的水旱灾周期一致,但又比国际上较普遍的发现为短,也比本文发现的结果为短。这说明了太阳黑子活动,或更广义地讲太阳辐射量的变动,它们和气候之间的关系是很复杂的。一方面有联系,另一方面又至今还没有得到确切的肯定结论。也可能从现在大多数研究发现的气候变化的35年周期分析,太阳辐射也应该存在这种比11年更长的周期。因此,在这一方面需要有更深入细致的研究,例如不是单纯地看太阳黑子数的变化,而是更直接的对太阳辐射量进行测量都是十分必要的。

  气候变化还和大气环流的变化有密切联系,它的变化直接影响到气温,气压和降水。在欧洲,气候学家们曾做过大气环流和气候变化之间的关系研究。瑞典的C.C.Wellen曾在“瑞典夏季温度和一般的环流变化的关系”一文中,将欧洲的的环流形势作详细分类,研究结果得到:温度的高变率和经向环流有关,低变率和纬向环流有关。苏联的勒雅霍夫计算了列宁格勒,喀山和亚尔干代尔的年气温十年移动平均值,并和泽捷耶夫斯基所作的1899---1954年间北半球大气环流变化的分析相对照,最后得到以下结论:在暖期纬向环流盛行,而南北热量交换强的经向环流则在冷期占优势。国内缺乏环流形势的研究,我们也没有对它作特别的分析。所以现在要想得到降水量和大气环流形势之间的确切关系是不可能的。但是根据国内外在这方面的初步研究成果可以推知,有几点可以特别注意。首先应指出,我国处于季风气候区。雨量的多寡和分布除受世界一般大气环流形势的影响外,还和季风的强弱有直接的密切关系,这是很早就被大家所公认的。涂长望在他的“大气运行和世界气温之关系”一文中提到:“当七月季风强时长江流域少雨,华北多雨,华西亦多雨。在东南季风强时华南以及北纬25度以南雨量丰沛”。其次,还应提出:我国东南沿海降水量与台风有密切关系。台风雨往往使年降水量大大地增加。

  2.关于相位:

  目前气候处在甚麽阶段是大家所关心的问题。在西北欧洲根据Wellen的分析认为:瑞典夏季气温有正在下降的趋向,这种趋向是由北向南扩展。他在联系到大气环流形势时认为,大气环流的变化首先影响到极地边缘地区的夏季温度,然后影响到较南的纬度。在本文所计算的结果中,由于纪录中断较多,目前的具体趋向不易看出。但大致可以看到,与瑞典的趋向相反,我们这里是处于正在上升的阶段。至于南北的相位则可以看到有显著的差别。而且和瑞典一样:南方的相位落后于北方。这种现象可以有两种解释。一种就是用Wellen的观点来解释。另外一种,我们觉得还和季风强度有关,因季风强时北方多雨,南方少雨,两种解释其实是一样的。

  

  五.结束语

  

  本文所做计算应用于长期预报,其效果必然很差,过去气候工作的经验已告诉我们这一点。但是这些计算仍可以较清楚地说明气候变化的情况,有其存在和使用的价值。只是由于纪录太短,有很多台站未能作详细的计算,并且个别纪录长的台站也仅做了降水量的计算,因此还不足以全面地说明我国气候变化的情况。为此,需要对我国气温做同样的计算,并等待较长年代的纪录。此外,对我国大气环流的变化未能作具体分析,更没有对太阳辐射的直接观测记录,因此就不能清楚地阐明气候变化的原因,又是本文的不足之处,今后进一步更深入的,更细致的,更全面的气候变化研究确实很有必要。

  参考文献(从略)

  

  温景嵩:朱珍华1957年毕业论文读后

  

  我也是第一次

  

  虽然我和珍华共同生活了四十六年,但她这篇五十年前写成的毕业论文我也是第一次看到。那是在不久前的一天,我看到她从她所保存的旧物中找出了一篇文章,是手写在相当大的统计用纸的背面,年代久远纸都已经发黄了,我却从来没有看到过。她很认真地读着,显然已陷入沉思之中。是甚麽文章使她珍藏至今但又秘而不宣,又是甚麽原因使她今天终于翻出此文重新阅读呢?我很好奇。等她读完,我就迫不及待地拿过来一看。原来是她五十年前在南京大学气候专业毕业时在著名气候学家幺枕生先生指导下写成的毕业论文手稿。啊!真不容易。历经五十年的沧桑,风风雨雨,走过多少地方,搬过多少次家,变换过多少次工作,她都没有把它处理掉,是“货真价实”的“珍藏至今”啊!看过此文之后,我很感慨。虽说是一篇本科生的毕业论文,但它却超出一个本科生应有的水平。文字简练,内容充实全面,文章虽不算长,但它却包括了气候学的方方面面,可说是气候学的一篇很好的入门读物。真巧,她的论文题目正是研究气候变化,刚好和当前的日趋严重的气候变暖问题不谋而合,好像她有先见之明,五十年前就预见到今天气候变化问题会变得如此热闹了。从文中可见她那时已有了相当扎实的研究气候学所必备的基本功,治学态度又相当严谨,所得结论,居然能够经受住五十年长时间的和不同地域的检验,到现在看还是正确的,证明这篇论文特别是在当前的气候问题争论中,确有其重要的学术价值。作为一个本科生的毕业论文,能有此成就很不简单。至于我自己,读罢此文很受教育,收获不小。概括地说有两点:一是纠正了我过去对气候学的错觉;二是更加坚定了我在当前气候变暖的争论中对太阳辐射说的信念,现分别叙述如下。

  

  我原来对气候学的错觉

  

  我原来在北大气象专业学习时对气候学没甚麽认识,我们的培养目标是天气预报员,不培养气候工作者,不记得学过甚麽气候学课程,头脑中不免有轻视气候学的思想。认为那不过是一门描述性的学问,不需要甚麽高深的数学和物理知识,只要会加减乘除求平均值这些初等运算,把各地的气候平均特征搞出来就行了。到了中国科学院大气物理所以后,虽因当时在“大跃进,敢想敢干”的号召下,大气所气候组提出了“改造我国西北地区干旱气候”的宏伟计划,我就从已经报过到的天气组里调出来被重新安排到气候组去参加这个宏伟计划,那时也不认为自己将来要固定在这个气候组从事这门描述性的学问,我们是去支援改造气候的大工程,绝不是去搞描述性的气候特征研究。到后来三年困难时期,大气所贯彻中央提出的新的“调整,巩固,充实,提高”八字方针,此时领导提出气象学要提高,就要搞物理化,就要开展大气物理的方方面面的研究,把气象学从描述性的学科提高成定量的理论性学科。在这个大气候下,大气所的气候组终于被撤销,原来大家也认为气候学是一门无法改造的描述性`学科,没办法物理化,没有发展前途。气候组的原班人马就被解散,原气候组的绝大部分成员被调往其他的所,比如地理所,或应用地球所,或兰州大气所等。我们这些从天气组支援到气候组参加祁连山高山冰川融冰化雪工作的,则留在大气所,成立了近地面物理组。到后来近地面物理组也被撤销,我又被调到新成立的云物理组去了。就这样气候学在大气所销声匿迹了二三十年。直到最近,由于全球气候变暖问题越来越严重,大气所终于又恢复了气候问题的研究,不过这一次是要搞气候变化问题,和原来的气候组搞各地气候的平均特征不同。在那里只是要人们知道甚麽地方热,甚麽地方冷,甚麽地方干,甚麽地方湿就够了。而这次,却要人们知道它的变化趋势,是将变得更热,还是变得更冷?是将变得更干,还是变得更湿?一句话,新气候学是研究气候变化的动力学,它必然要用到更多的数学物理知识,而老气候学则是静态的气候学,它无法让人们知道气候将往甚麽方向变去。这就是在新形势下直到这次我看到珍华的毕业论文前,我对气候学的新认识。然而在读过珍华的论文以后,我才发现自己这个新认识仍然错了,实际上它是对气候学的一种错觉。显然这种错觉,在读过珍华的论文后就应该而且必须纠正。

  

  气候学的本来面目

  

  原来老气候学里就有对气候变化问题的研究,它不仅仅像我想象那样只研究静态的气候特征,这从珍华五十年前的论文题目就可知道。而且她论文的第一句话就明确指出,这问题在气候学中还不是一般性的小问题,原来气候变化问题竟然一直是气候学的一个中心问题。这真使我汗颜,我那所谓的“静态气候学”真是孤陋寡闻,是要不得的偏见了。而且在气候学的研究历史中已经形成了五种不同的气候变化学说,珍华论文的第二句话,就把它们一一列举。紧接着第三句话就表示了作者对它们的评价,即“它们都没有得到充分的证实”。珍华的严谨的治学态度由她对现有学说的这种谨慎评价中就可看出:有一定的证实,但不充分。看来气候变化问题确是个很难的问题。接着珍华就列举了曾经存在的一些不同的研究方法,方法是多种多样的,看得出在这个领域工作的人已经绞尽脑汁来研究此难题。最后作者讲了她自己在论文中使用的两种方法:移动平均法和微分法。前者我是知道的,第二种微分法却超出了我原有的知识,显然我原来认为的老气候学只要初等数学就够了的想法,又完全错误。而且该论文在微分法一节中提到的超越函数,我还是在大学毕业以后,在工作中遇到时才自学到。显然她大学里学的数学有的地方比我还多,天气动力学要比气候学高明的思想在这里又完全错误。在讲完论文所使用的两种方法之后,作者特辟一节分析了这些方法存在的缺点。这又使我大开眼界:从来的作者都是“老王卖瓜,自卖自夸”,珍华在这里却自揭其短,其严谨的治学态度,确使人佩服。在选取台站资料分析时,她又从全国气象台站网中仅选取了11个台站,而且都集中在我国东半部地区,西南与西北两地区的台站却因当时他们的资料年代都短于五十年,而被舍弃。更有甚者,使用微分法分析气候变化周期时,虽然其结果更精确,但它要求有更长的连续的记录,为此她仅选择上海和香港两站记录连续且长度达一百年的做计算依据,而进一步舍弃了其他已被选中的9个站。可见她对资料的选取也是十分小心而严格。对计算结果的分析,也相当客观而严谨。哪些结果客观可靠,哪些结果又含有主观估计成分,都说得清清楚楚,丝毫不加掩饰,再再都显示出她那时已具备一个成熟的研究工作者所应有的严肃严谨的科学态度。这样,她五十年前所得到的结论能够经受住长时间的检验,到现在看还是正确的,就毫不奇怪了。

  由上面对珍华论文的分析可见近年来新兴起的气候变化的动力学研究,不能叫做新气候学,而只是气候学中一个老问题的新的研究方法。而且它和原有的方法,特别是和珍华所使用的微分法,两者应互相补充,而不应互相排斥。原则上,我以为应用微分法计算出某一地点气候变化的周期,相位,振幅后就可以而且应该能据此做出未来气候发展的预测,如果记录足够长,结果相当可靠的话。我还觉得,一个长时间的实测的气候要素变化记录,实际上就是一个随机序列,就是一个随机过程。应用现代的随机过程理论于这个时间序列,就应能对气候的进一步发展,至少能做出概率性的预测来,就像现时气象台站发布概率性的天气预报一样。微分法和我所设想的随机过程法,都是以实际气候系统中某些代表性地点某些气象要素的长时间的观测记录为基础,这是它们的优势。而气候变化动力学的气候模式计算固然也有它的优势,但计算机里的气候模型,是否真能代表真实的气候系统,也还是个问题。所以两者绝不能相互排斥,而只能相互补充。在当前气候变暖问题变得如此严重之时,多花些人力物力使用更多一些不同的方法来进行气候预测,以互相检验互相印证还是值得的,(点击此处阅读下一页)

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