本文目录一览：

• 1、温州苍南本地人说的是什么话，是闽南话吗？全部都是？
• 2、石油在地壳中对气候能起到什么作用
• 3、苍南矾山福德湾天气预报
• 4、地轴倾角的变化对地球气候,回归线,自转周期有什么影响?

温州苍南本地人说的是什么话，是闽南话吗？全部都是？

有比较多种温州话：温州话，蛮话，金乡话，闽南话，泰顺话（和闽南话有点差别的）。

温州市区、瑞安、乐清、永嘉、文成都讲温州话但调有点差异。

平阳：鳌江绝大部分是温州话，水头绝大部分是闽南话，萧江是靠近苍南灵溪镇的闽南话靠近平阳县城和龙港方向的温州话。

泰顺：闽南话，泰顺话还有温州话。

苍南：钱库是蛮话为主，金乡绝大部分是金乡话，灵溪镇渎浦和沪山是温州话和闽南话都有，整个灵溪以闽南话为主。龙港是什么都有，龙港鲸头村、宜山镇水门村等等是闽南话和温州话都有，部分龙港靠近钱库镇神宫桥村也是讲蛮话，龙港的方良村就有部分讲蛮话。桥墩、矾山、观美、马站、霞关等灵溪以上地区都是闽南话占绝大部分

温州地区苍南的语言最复杂也最多像龙港鲸头村（举不胜举）等等龙港和灵溪的交界的人往往都会讲。

石油在地壳中对气候能起到什么作用

气候既影响着地球上的生物，也被地球上的生物所影响，两者似乎是共同进化

的。两者还都与一些奇妙而复杂的循环发生作用。

环境就是一个由循环构成的复杂 *** 。这些循环对生命的产生、进化及生存至

关重要。水构成了雨、雪和海洋，导致沉积物的沉积。作为一种关键的营养成分，

氮无论是在大气中还是在进入土壤和水的过程中，均在其自身的循环结构中发生迁

移。氮还与疏循环相关。硫不仅产生酸雨和其他构成潜在危害的状态，它还在蛋白

质的功能中发挥必要的作用。对地球上的生命来说，碳是最重要的一种元素，碳循

环与外界的一切发生联系。上述循环是如何工作?这些循环内部又各有什么样的危

险(如果有的话)对这些问题的解决只能借助于科学家工具箱中更先进的一些仪器，

特别是人造卫星和电脑。电脑模拟技术的发展，将使我们中的大多数人尽可能地接

近时间机器所观察到的真实状态。营养成分在一个所谓的生物地球化学循环中发生

迁移。生物地球化学循环这一术语是由韦尔纳兹基(V. Vernadsky)在 20世纪20

年代提出的，它描述的是生命、空气、海洋、陆地和其他化学成分之间的相互作用。

气候影响上述循环的途径之一是通过控制物质在这些循环中的流动来实现的，部分

地是通过大气环流的作用来实现。与此相应，营养成分有助于大气成分的确定，而

大气成分又决定了气候变化。水蒸气就是这种营养成分的一种。当它凝缩成云的时

候，更多的太阳射线被反射回太空，影响了气候。水蒸气和云还是温室效应的重要

成分。另一方面，水还是维持地球上生命的生存的最重要的营养成分之一。水文循

环与沉积循环

任一时刻，穿越整个大气层的某一垂直柱体所包含的以水蒸气形式出现的水的

含量，只有同一柱体下的海洋和冰盖中水的含量的50万分之一。与海洋的含水量相

比，每年通过降雨形式降落到全球地表的淡水量也是可以忽略的。但是，不断遭受

水文循环的蒸馏和扩散作用的只占地球总水量极小比例的淡水，相当于年降雨量50

万立方千米。这一数量足以使地球表面5亿平方千米的面积接受每年约1米的降雨量。

大气和海洋环流的能量当然源自于太阳。它使水从湖泊、海洋和陆地蒸发上升。

然后，凝聚作用和雨滴生长等作用使这些水以降雨形式回到地表。水的分布地点和

数量，很大程度上决定了在各地得以生存的生命形式。

水还通过蒸腾作用从植物树叶转移到空气中。植物的蒸腾作用与水体和土壤的

蒸发作用一起，构成土壤水文蒸发和蒸腾作用。在全球平均水平上，海水的蒸发量

6倍于陆地的土壤水分蒸发蒸腾总量， 尽管后者在某些大陆中央部位可以是主要的

局部蒸发源。由水文循环引起的降雨过程既形成沉积物，也使沉积物遭受侵蚀。水

将物质从陆地搬运至海洋，使之最终以沉积物形式在海底沉积。在一个相对较短的

时期内，沉积循环包括了侵蚀、营养成分搬运及沉积物形成等过程，其中水流起着

重要作用。在一个更长的地质时代，沉积、抬升、海底扩张及大陆漂移等过程变得

更为重要。水文循环和沉积循环与以下6种元素的含量分布及迁移相互交织在一起:

氢、 碳、氧、氮、磷和硫。这6种元素又被称为常量营养元素，活着的有机体的95

%以上是由这些元素构成的。 要维持各种生命形式，就需要这6种元素之间保持合

适时空间和量的平衡。尽管大量的这类营养元素以多种方式(有时不易提取)蕴藏

在地壳中，但任一时刻这些重要元素的自然供给量却是相当稳定的。因此，为了使

生命得以不断再生，需要这些元素进行反复的循环。氮循环

作为一个重要的营养元素，氮也是化学上最为复杂的元素之一，其循环以多种

形式进行。 作为氮的原始形态，氮气(N。)占大气的78%。氮气的一部分在土壤

和水中转变为含硝酸控的化合物(亚硝酸盐群)。这种转变就是所谓的固氮作用。

氮被“固定在”或依附在其他化学元素上，并与其他原子(典型者如氢原子)之间

形成牢固的化学键，这一过程亦被称为是氮的硝化作用。氮可以通过火(包括闪电

或汽车引擎的点火或经化学施肥的植物的燃烧)以非生物形式固定下来，也可以通

过特殊的固氮有机物而以生物方式固定下来。

被固定的氮残留在空气、土壤和水中。一些特殊的细菌在固氮时从植物中汲取

能量来完成其工作。这些细菌常常生长在豆科植物的根瘤中，这些植物包括豌豆科

的首精、蚕豆、豌豆和三叶草。由于这些植物具有固氮功能，人们通常在农作物生

长季节之间种植这些植物，来补充由于大麦、玉米、西红柿等不具固氮功能的植物

的生长而造成的土壤中氮的含量的耗损。通过将这种天然肥料吸收到它们的根茎中，

使得这些植物能将适当形式的固定氮引入它们的组织中。这些植物然后通过化学过

程将固定氮转变为氨基酸，再转为蛋白质。

生物体内以蛋白质形式固定下来的氮，最终将通过氮循环而转变为其原始状态，

即大气中的氮气。当含有固定氮的植物死亡或被动物吞食时，这一转变过程也就随

之开始。如果它们被动物吞食，则大多数固定氮以动物排泄物或尸体的形式回归自

然。这些含有固定氮的产物(包括没有被吞食但死亡了的植物)将遭遇能分解腐生

物的脱氮细菌等，后者可使固氮细菌的工作成果一笔勾销。通过脱氮作用，动物排

泄物、动物尸体及死亡植物中的大部分固定氮，经过若干过程而转换成氮气，其一

部分则转化为氧化亚氮(俗称笑气) 。与水蒸气和CO。一样，氧化亚氮(N刃)也

是一种“温室气体”，它可以捕获地球表层的热量。许多年之后，风可以将氧化亚

氮吹至大气层的高层，使得氧化亚氮被紫外线所分解。当氧化亚氮被这一作用所破

坏时，同时产生其他的氮氧化物气体(NO和NOZ)o有趣的是，平流层中的NO和NO。

被认为是对臭氧的含量起了限 *** 用。大气中的这类氮氧化物通过化学过程被转换

为氮或硝酸盐或亚硝酸盐化合物，后者通过雨水带回地球表面时，可被植物所利用。

硫循环

对气候和生命具重要意义的另一个主要的生物地球化学循环是硫循环。作为营

养物质的疏通过在蛋白质的结构和功能中所起的重要作用而对所有生物产生影响。

某些数量和形式的硫对植物或动物是有毒的，而另一些流则决定着雨水、地表水和

土壤的酸性程度，后者又决定了诸如脱氮作用等一些过程的速率。

与氮一样，硫可以有多种存在形式:二氧化硫气体(SO。)或硫化氢气体、亚

*** 盐化合物。其中亚 *** 盐化合物如在阳光下暴露，可以转变成腐蚀性的 *** 。

当 *** 颗粒在空气中飘浮时，它们对笼罩在许多工业地区上空的烦人的烟雾的形成

起了促进作用，这些地区往往大量使用含硫的燃料。

可以将空气中的二氧化硫气体或 *** 盐化合物颗粒作为硫循环的开始状态。这

些 *** 盐化合物从大气圈中或直接降落、或以雨水形式降落，造成地表环境下硫化

物的形成。某些形式的硫被植物吸收到其组织中。然后，与氮一样，当这些植物死

亡或被动物消化后，植物中的有机硫化物又重返陆地或水中。在这一过程中，细菌

又发挥了重要作用，它们能将有机硫转变为硫化氢气体。海洋中由某些浮游植物产

生的一种化学物质，会转变为大气中的二氧化硫气体。这些气体可以重新进入大气

圈、水和土壤，使循环继续进行。

硫循环通常进行得较为迅速，而含硫岩石的剥蚀、沉积和抬升等其他过程则需

要长得多的时间。火山和人类活动(一般是工业活动)将硫带入环境。当人类燃烧

含流的矿物燃料时，释放出来的二氧化硫可以与大气中的水分混合，形成酸雨，从

而导致环境恶化。由 *** 小颗粒构成的一层烟雾(称为 *** 盐烟雾)既可以引起肺

部疾病，也可以改变大气的反照率，因而影响气候系统吸收太阳辐射能的数量，其

结果通常是造成地表变冷。不管其成因是由于工业活动引起，还是由于浮游植物或

火山引起，这类 *** 盐烟雾可以改变大气中云层的亮度，影响气候。虽然许多问题

有待澄清，但能够肯定的是，总的硫循环，特别是人为因素引起的 *** 盐烟雾、酸

雨、工业烟雾，构成了主要的物理学、生物学以及健康与社会的问题。

碳循环

对全球变化最有意义的循环是碳循环。我们知道，以二氧化碳(CO。)形式在

大气中存在的碳的含量是很少的(目前是0.035%)。在海洋，沉积物和岩石中以

各种形式储存的碳的含量相对来说要多得多。植物在光合作用中利用太阳能，将CO。

和水结合起来，利用碳合成来构造其组织的碳水化合物和糖类。在春夏时节，伴随

日照的增加和温度的上升，植物以更快的速率从空气中吸收CO。

在北半球， 每年的春季和秋季之间，空气中CO。的含量下降约3%。每年碳的

吸入量相当于数百亿吨的CO。。在植物较为稀少的南半球，空气和植被之间CO。的

交换量大约只是北半球的1/3。

随着秋冬季的开始，由于可将CO。转换为碳水化合物的太阳能减少，温度下降，

光合作用的速率变慢。因为活着的植物的呼吸作用以及衰亡植物或死亡有机物的腐

败作用超过了光合作用的速率，此时，植物碳循环中的另一部分起主导作用。

诚然，介入碳循环的因素并不限于CO。。海水内部复杂的生物学和化学过程控

制着空气和海洋间的CO。交换。地球上植物的产地和数量则是另一类控制因素。此

外，诚如我们所知道的那样，诸如水、氮等其他营养成分也是维持生命所必需的。

它们与碳和生命在一连串环环相扣的生物地球化学循环中相互作用。

前文提及CO。是地球大气圈中的微量气体，这意味着CO。的含量相对来说是不

高的，目前只占大气的0035%。但这一微小百分比所代表的大气圈碳的总重量则有

7 500亿吨， 它对大气圈的热平衡具有显著的影响。CO。的气候学作用在于它能让

大多数的太阳辐射通过，但它同时也吸收更大比例的红外辐射，捕获地球热辐射的

一部分，否则这些热辐射将从大气圈逸散至太空(换言之，如前所述的那样，CO。

是一种“温室气体”)。

大气圈中还有其他一些具有强烈温室效应的微量气体，它们的浓度有可能增加。

其中比较突出的是甲烷(CH。)。工业革命以来，CH。的浓度已增加了大约150%。

动物、细菌以及采矿、农业等人类活动所带来的污染物均可产生甲烷。氧化亚氮的

含量也正在增加，这或许是氮肥使用量增长的一个后果。原始的CO。浓度来自于下

列几种作用的组合:将气体带至大气圈的火山喷发活动，岩石的形成和风化作用，

有机物质的合成和腐败作用，以及将未腐败的有机物质转变为矿物燃料的化学作用。

所有上述作用都在较长的地质时期内发生。人类正在挖掘这些矿物燃料，并以比其

形成要快得多的速率消耗它们。 工业革命以来的150年间，为了满足能源和农业需

求，人类活动已使大气CO。的含量增加了20%一30%，大多数的预测结果指出，到

21世纪中叶，大气CO。含量增加 100%不是没有可能的。大海洋

地球大气圈中总有足够的CO。来支持光合作用。我们也知道通过有机的及无机

的机制，CO。不停地被风化作用所消耗。如果风化进行得很完全，地表将不会留下

足够的CO。来支持植物的生存，而事实上这种情形还未发生。这里，火山作用，特

别是沿海底洋中脊的连续的火山作用，发挥着一定的作用。

将格陵兰的所有冰块融化可使全球海平面仅仅上升5米左右，全球所有山谷冰)

11融化也不过将使海平面上升一点儿。而将南极巨大的冰川融化则可产生一个大得

多的影响，但即使是这一显著的、难以想象的事件，也将只使海平面上升60米。这

一数字还不到地质学家们所知的白望纪海平面上升值的四分之一。 1亿年前的白正

纪，也是一个霸王龙主宰天下的时代。因此，虽然冰川消融确实能使海平面上升一

部分，但它显然也不足以解释发生在白玉纪的海平面上升，这次上升使得当时普遍

存在着大量的内陆海洋。与现代陆地占地球表面积的30%不同，白玉纪时期陆地只

占地球表面积的20%。那么，引起如此高海平面的其他原因会是什么呢?

有两种合乎逻辑的可能性:一是当时地球的水量较现代为多;二是当时的大陆

下沉到地壳更深的部位。这些推想并无支持依据，因而被大多数科学家认为是极不

可能的。

一旦我们把自己放在地质历史时间框架内进行思考，一个最经得住推敲的解释

相对来说也是颇为直观的，这就是在地球的那个早期历史时期，洋盆体积较小，因

此当时的海水覆盖了更多的陆地。那么又是什么东西充填了早期的洋盆呢?

最有可能的是来自洋中脊的火山物质， 因为l亿年以前洋中脊火山活动的速率

可能比新近的要快得多。但是，如果当时构筑成洋中脊的海底火山活动更为频繁，

那么，由于火山喷发释放出的气体之一是CO。，当时应有更多的CO。进入地表系统。

尽管今天我们仍未掌握测量恐龙时代大气温度的直接 *** ，但我们确实知晓下

列几个事实:①当时曾经很热。白里纪中期的地表温度比今天要高出10C(或18C)，

这意味着当时过量的CO。加剧了温室效应并使大气温度升高;②地球各地普遍发育

阔叶植被。更多的CO。有利于光合作用的增强;③相当数量的矿物燃料在当时形成。

由埋藏的有机物质转变而来的矿物燃料反映了当时可能存在较高的植物或浮游生物

生产率，这似乎又令人信服地表明，较高的CO。加剧了光合作用的进行。当然，上

述所有证据都只是定性的。

宾夕法尼亚州立大学的埃里克·巴伦(Eric Barron) 绘制出了白尘纪时期的

大陆漂移图。 从图ZI我们可以知道，1亿年以前地模拟的艺术球的地理格局与今日

相差甚大。 一些内陆浅海将美国分成东西两部分。现今高达1千米多的洛矾山山麓

上所见的蛤的化石即与此有关。

由于水体的颜色总的来说比陆地要深，因此它能吸收更多的太阳能。仅仅由于

这一因素，减少了三分之一陆地面积的地球比现今地球也要热一些。此外，几乎所

有证据都表明，在白玉纪中期，地球两极缺乏衡稳的冰盖。因此，与现代两极覆盖

着白色冰盖的地球相比，当时从地球反射回去的太阳光要少一些，这又促进了地球

的变暖。为了定量估计白玉纪中期的地球到底有多少热，人们在地球气候系统的三

维电脑模拟中考虑了上述因素。

其中一种模拟研究指出，两极无冰盖及地理格局的改变，这两者的结合足以使

当时地球的温度比现代高出大约5℃。 但与白至纪中期的古气候证据所表示的变暖

程度相比， 5℃似乎少了一些。 在科罗拉多州博而德的美国国家大气研究中心

(NCAR) 工作的沃伦·华盛顿(Warren Washington)和巴伦两人进行的这一模拟

所得出的温度，显然比其他证据所反映的要低得多。而且，鉴于化石证据表示当时

在北极圈附近生活着阔叶林和短吻鳄，因此我们可以推断，在白查纪中期，即使是

冬季，严寒的出现也是极为稀少的。那么当时的地球，是否热得即使在冬天也甚少

在高纬度地区发生结冰?由于美国国家大气研究中心的电脑得出的温度结果偏低，

因此在其模拟中可以看到在中、高纬度地区出现大量的冰点以下温度分布区，而这

与化石记录所反映的情况是相体的。也许由于我们刚开始进行模拟，模型的不完善

造成对地理和冰的变化太不敏感;或许还有其他一些因素在同时起作用，如果我们

在模拟中考虑这些因素，模拟的结果可能会更真实地反映实际发生的情况。模拟绝

非仅仅是一种学术上的行为，因为我们正是利用这类模拟来预测未来数十年间人类

活动对气候所可能带来的影响。为了理解为什么这类模拟研究是如此的复杂，科学

家们对之又是如此的着迷，我们有必要理解电脑模拟的构成。下面我将扯开主题，

对电脑模拟的基本内容作一简单介绍。模拟的艺术

对于一个气候学家或生态学家或经济学家来说，能够拥有的最有用的工具就是

一个快速、准确的模型。在快速、大型电脑问世之前，这是无论如何都不可能做到

的。只有利用快速、大型电脑，人们才能求解方程，对全球观测系统(如人造卫星)

的数据进行处理，提出设想并对模型进行检验。确实，在现代巨型电脑问世之前，

20世纪60年代，一些大学和大公司使用的在当时已算相当昂贵的电脑的计算速度仍

是太慢，无法进行大量的计算。

刘易斯·理查森(I。 ewis F，Richardson)是一位倍受科学家们崇敬的具有

远见卓识的学者，他被称为大气电脑模拟之父。早在20世纪20年代，也就是在早期

电脑得到普遍应用之前40年的时候，理查森就开始尝试用数学 *** 来计算气候。在

理查森之前，人们已在伦敦用戈尔德上校(E. GOld)的气候图索引来进行气候预

报。各观测台站将观测到的数据用电报告知位于伦敦的气象办公室，这些数据然后

被标在一张大比例尺图上。借助于气候图索引，预报者从以前的气候图中找出大量

与刚刚画出的气候图相近的气候图，基于过去曾发生过的将会重复发生这一思想，

预报者也就因此做出气候预报。大气的历史被视为是“大气自身在今天的工作模型”，

这实际上是地质学家的沟变论原理在大气领域的翻版。理查森则为气候预报找到了

一种新的革命性的 *** --用反映基本物理学规律的数学模型来代替类比图。

理查森注意到，气候类比图的问题在于气候并不总是沿一相同的模式发生演变

的。虽然曾经发生过的可以再次发生，但我们并不能可靠地认定将要发生的必定曾

经发生过。 因为会出现一些独特的事件或情形。 因此，理查森提出了以微分方程

(已知自然规律的数学表达)的形式进行气候预报的设想。由于不能精确求解微分

方程，因此他建议采用一种逼近的数值 *** 。他还提出了一系列方案用以将观测数

据变成便于进行数值计算的术语。他非常清楚，用他倡导的数值 *** 来进行实际的

气候预报所需的计算能力在当时仍只是一种梦想。在他的梦想中，他预见有这样一

种巨大的装置(“像剧院那样的大厅”)，这个装置内将有数百台可以进行气候计

算的人类“计算机”。理查森使用初始微分方程中的数值法则(现在称之为算法)，

几次初步尝试都以失败而告终，但这并不意味着其基本思想是错误的。更确切地说，

理查森只是没有意识到，除非对其算法稍作改变，否则他所选择的逼近 *** 会导致

一些荒唐的结论。数十年之后，随着核武器竞争所带来的经费资助，使得数学家们

找到了使理查森的数值 *** 取得成功的 *** 。事实上，这些 *** 已成为现代普遍采

用的气候和天气模型的基础。

模拟的优势在于我们可以进行一些在现实世界中所无法进行或不切实际的实验。

从本质上来看，一个模型就是一系列编译成电脑算法的数学方程，它们被用来在电

脑中模拟现实情况。它使得科学家们能够提出一系列问题，这些问题一般是假定一

些条件，然后考虑会出现什么样的后果。换言之，它使科学家们得以在某一较大的

尺度上安全地进行与自然之间的游戏:如果某一条件改变了，气候系统的所有其他

方面将会发生什么变化?如果人们改变一个变量，比如太阳的辐射能力，气候及降

雨量等其他变量将会出现什么情况?最后，既然各种模型不大可能完全真实地反映

实际情况，我们应在多大程度上相信模拟的结果?

要建立任何一个系统的模型，人们必须事先确定该系统中包含有哪些组成。例

如，要建立一个铁路模型，人们必须在模型中包括一些诸如铁轨这样的基本组成单

元，然后选择摹仿的机车类型。根据要模拟的铁路模型的真实程度，人们还必须考

虑其他一些特征:如水塔、道口、信号、火车站等。

要模拟气候，模拟者必须确定系统的组成单元及所包含的各种变量。例如，如

果我们选择模拟冰川期和间冰川期的长周期序列，我们的模型必须明白无误地将过

去数百万年间发生作用的气候系统内所有相互作用的重要组分的影响包括进来。如

我们所知，生物影响了气候，因此必须将生物包括在气候系统中。这些相互作用的

子系统构成了一个模型的内部单元的一部分。

另一方面，如果我们只对模拟短周期(例如某一星期)气候事件感兴趣，那么，

我们的模型中可以忽略冰川、深海、陆地形态及森林的任何变化，因为它们在短时

期内的变化非常有限。这些因素将被称为模拟气候系统的外界条件。

气候模拟者所言的模型有一系列级别，这些级别可以大到简单的整个地球的、

与时间无关的温度模型(即有关在一较长时间跨度内整个地球的平均温度的模型)，

小至高精度的、三维的、与时间有关的模型。后者将包括大气、海洋、生物圈中的

变量，有时甚至包括地壳的变量。可以想象，这些更为综合的模型同时也是极端复

杂、难以建模的，而且费用昂贵，其结果又不易验证。人们一般总会认为，随着模

型复杂程度的增加，模拟的真实性也相应增加，但实际出现的情况并非总是如此，

这使得模拟工作常常成为一项艰巨的任务。

当我们确定了模型所包括的各个过程和子系统后，我们编写出能更好地描述这

些变量的算法，使得电脑能够根据这些算法来执行我们所给的命令。我们认为(有

时并未加以证明)气候系统中的变量是在按照我们所理解的自然法则相互作用，并

可将这些变量以数学形式予以表述。我们所采用的模型的精度及综合程度决定了我

们所要表述的算法的数量和类型，使得模型能合理地接近(我们希望)已知的自然

法则。对于非常简单的模型来说，描述各个气候变量的行为的数学方程，可以被任

何知晓初等代数的高中一年级学生用解析的 *** 予以求解。尽管如此，一旦气候学

家试图在一个模型中加入许多气候变量，或者在一维以上的空间中进行模拟，其数

学及其引起的电脑算法的复杂性将大大增加。如果将全球表面划分成大约四万个网

格，计算每一网格几天的气候变化通常需占用现代超级电脑一个小时的机时。天气

或气候模型中的初始方程通常表达了每一气候变量在时空上的连续变化。但电脑求

解的实际方程只是上述初始方程的近似。试以温度为例，现代电脑并不去求解一个

针对所有地方的温度的方程，相反，它采用的是逼近法，它从网格中取数，或者说

是在离散的时空中取数计算。取数的阿格之间或者测量和计算时间之外的其他时间

段的一些模型数据，就需用平均的 *** 求得。最新的 *** 已在网格点之间取得了更

好的逼近效果。虽然一些局部现象，如湖泊、山谷及各场雷暴雨，可以改变局部的

气候条件，但如果网格取得很大，上述条件就不会在电脑代码中出现。现代的气候

模拟所采用的网格通常是几百千米的规模(第四章将进一步深入阐述这种“网格尺

度”现象)。因此，解决上述问题的唯一办法是采用更多的网格节点，这意味着需

要有更多的数据、进行更多的计算，因而将也是十分昂贵的。每次当网格面积缩小

一半时，计算费用将增加 10倍。模拟恐龙时代的气候

让我们现在回到前还美国国家大气研究中心所模拟的白华纪温度过低的那个问

题。1984年，我们几个在博而德的研究者试图用一复杂的电脑模型来解决这一则和

题。在我们的模型中，我们采用厂假定的白里纪温度模式的各种组合，意在寻找海

流是否以某种方式，阻止了模型所预测的高纬度地区内陆冬季严寒气候的出现。我

们甚至在模拟中假定北极海洋与其他各地一样，具有较高的表面温度。然而，在我

们所进行的所有模拟中，均无法避免出现这样的情况，即漫长的冬夜向太空辐射红

外热辐射，这种辐射足以引起严酷的内陆霜期，至少在冬季，当出现来自温暖海洋

的风停止吹向高纬度大陆这种偶然情况时，上述情形肯定会发生。从“弱早期太阳

佯谬”论争中可以得出这样一种可能性:大气中过量的CO。加剧了温室效应。但这

些过量的CO。来自何方?又是如何增加的?

也是在20世纪80年代，我们在其他实验室工作的一些同事，特别是耶鲁大学的

罗伯特·伯纳(Robert Berner) ，根据反映海底扩张速率变化的地质证据，指出

约至亿年前的白至纪中期，是一个显著的海底火山活动时期和扩张加速时期。这两

者都使得海底快速堆积大量的火山岩，并因此而导致洋盆体积的缩小和海平面的上

升; 此外，火山活动还使大量的C()。进入海洋一大气系统。他们在前文讨论过

的盖亚假说和WHAK机制的基础上，提出了一个联合的有机和无机反馈机制。当海底

扩张速率较大时，海平面上升，CO。含量增加，气候温暖而潮湿。具有高CO。含量

的暖湿气候将加剧风化作用，提高浮游植物的生产率，而这又可以反过来通过无机

的风化作用和生物埋藏作用，以碳酸盐沉积物形式来消耗部分的过量CO。。

因此，这就提供了一个消耗CO。的负反馈(起稳定作用)，它使得气候不至于

变得过热。换言之，在几千万年(而不是数亿年至10亿年)的短时间尺度上，诸如

大陆漂移、火山活动及生物活动的速率的变化等因素的联合作用，或许可以使空气

中CO。 的浓度高达现代CO。浓度的5倍。伯纳及其同事们的模型预计，白玉纪中期

的CO。含量将数倍于现代的CO。含量。

在缺乏明确的直接证据的时候，上述描述与其说是经过合理的推敲而被证实，

还不如说是带有一定偶然性的自圆其说。如果愿意，你也可以称之为是一个古气候

学者的饭后谈资。这也说明为什么当我们过于依赖未加验证的电脑模拟的结果时，

科学论争也就随之开始。不幸的是，除电脑模拟以外，还没有其他手段可以进行这

类“假如……那么……”的实验。奥妙就在于要向这些电脑问一些它们能够可信地

加以回答的问题，而这绝非是一种简单的技巧。

地球化学家们总是支持这样一种观

苍南矾山福德湾天气预报

浙江温州苍南矾山镇 天气预报

10月06日(周四)

大雨转阴

22～23℃

东北偏北风 2级

10月07日(周五)

小雨

22～26℃

东北偏东风 1级

10月08日(周六)

中雨转阴

20～24℃

东北偏北风 2级

地轴倾角的变化对地球气候,回归线,自转周期有什么影响?

气候既影响着地球上的生物，也被地球上的生物所影响，两者似乎是共同进化

的。两者还都与一些奇妙而复杂的循环发生作用。

环境就是一个由循环构成的复杂 *** 。这些循环对生命的产生、进化及生存至

关重要。水构成了雨、雪和海洋，导致沉积物的沉积。作为一种关键的营养成分，

氮无论是在大气中还是在进入土壤和水的过程中，均在其自身的循环结构中发生迁

移。氮还与疏循环相关。硫不仅产生酸雨和其他构成潜在危害的状态，它还在蛋白

质的功能中发挥必要的作用。对地球上的生命来说，碳是最重要的一种元素，碳循

环与外界的一切发生联系。上述循环是如何工作？这些循环内部又各有什么样的危

险（如果有的话）对这些问题的解决只能借助于科学家工具箱中更先进的一些仪器，

特别是人造卫星和电脑。电脑模拟技术的发展，将使我们中的大多数人尽可能地接

近时间机器所观察到的真实状态。营养成分在一个所谓的生物地球化学循环中发生

迁移。生物地球化学循环这一术语是由韦尔纳兹基（V． Vernadsky）在 20世纪20

年代提出的，它描述的是生命、空气、海洋、陆地和其他化学成分之间的相互作用。

气候影响上述循环的途径之一是通过控制物质在这些循环中的流动来实现的，部分

地是通过大气环流的作用来实现。与此相应，营养成分有助于大气成分的确定，而

大气成分又决定了气候变化。水蒸气就是这种营养成分的一种。当它凝缩成云的时

候，更多的太阳射线被反射回太空，影响了气候。水蒸气和云还是温室效应的重要

成分。另一方面，水还是维持地球上生命的生存的最重要的营养成分之一。水文循

环与沉积循环

任一时刻，穿越整个大气层的某一垂直柱体所包含的以水蒸气形式出现的水的

含量，只有同一柱体下的海洋和冰盖中水的含量的50万分之一。与海洋的含水量相

比，每年通过降雨形式降落到全球地表的淡水量也是可以忽略的。但是，不断遭受

水文循环的蒸馏和扩散作用的只占地球总水量极小比例的淡水，相当于年降雨量50

万立方千米。这一数量足以使地球表面5亿平方千米的面积接受每年约1米的降雨量。

大气和海洋环流的能量当然源自于太阳。它使水从湖泊、海洋和陆地蒸发上升。

然后，凝聚作用和雨滴生长等作用使这些水以降雨形式回到地表。水的分布地点和

数量，很大程度上决定了在各地得以生存的生命形式。

水还通过蒸腾作用从植物树叶转移到空气中。植物的蒸腾作用与水体和土壤的

蒸发作用一起，构成土壤水文蒸发和蒸腾作用。在全球平均水平上，海水的蒸发量

6倍于陆地的土壤水分蒸发蒸腾总量， 尽管后者在某些大陆中央部位可以是主要的

局部蒸发源。由水文循环引起的降雨过程既形成沉积物，也使沉积物遭受侵蚀。水

将物质从陆地搬运至海洋，使之最终以沉积物形式在海底沉积。在一个相对较短的

时期内，沉积循环包括了侵蚀、营养成分搬运及沉积物形成等过程，其中水流起着

重要作用。在一个更长的地质时代，沉积、抬升、海底扩张及大陆漂移等过程变得

更为重要。水文循环和沉积循环与以下6种元素的含量分布及迁移相互交织在一起：

氢、 碳、氧、氮、磷和硫。这6种元素又被称为常量营养元素，活着的有机体的95

％以上是由这些元素构成的。 要维持各种生命形式，就需要这6种元素之间保持合

适时空间和量的平衡。尽管大量的这类营养元素以多种方式（有时不易提取）蕴藏

在地壳中，但任一时刻这些重要元素的自然供给量却是相当稳定的。因此，为了使

生命得以不断再生，需要这些元素进行反复的循环。氮循环

作为一个重要的营养元素，氮也是化学上最为复杂的元素之一，其循环以多种

形式进行。 作为氮的原始形态，氮气（N。）占大气的78％。氮气的一部分在土壤

和水中转变为含硝酸控的化合物（亚硝酸盐群）。这种转变就是所谓的固氮作用。

氮被“固定在”或依附在其他化学元素上，并与其他原子（典型者如氢原子）之间

形成牢固的化学键，这一过程亦被称为是氮的硝化作用。氮可以通过火（包括闪电

或汽车引擎的点火或经化学施肥的植物的燃烧）以非生物形式固定下来，也可以通

过特殊的固氮有机物而以生物方式固定下来。

被固定的氮残留在空气、土壤和水中。一些特殊的细菌在固氮时从植物中汲取

能量来完成其工作。这些细菌常常生长在豆科植物的根瘤中，这些植物包括豌豆科

的首精、蚕豆、豌豆和三叶草。由于这些植物具有固氮功能，人们通常在农作物生

长季节之间种植这些植物，来补充由于大麦、玉米、西红柿等不具固氮功能的植物

的生长而造成的土壤中氮的含量的耗损。通过将这种天然肥料吸收到它们的根茎中，

使得这些植物能将适当形式的固定氮引入它们的组织中。这些植物然后通过化学过

程将固定氮转变为氨基酸，再转为蛋白质。

生物体内以蛋白质形式固定下来的氮，最终将通过氮循环而转变为其原始状态，

即大气中的氮气。当含有固定氮的植物死亡或被动物吞食时，这一转变过程也就随

之开始。如果它们被动物吞食，则大多数固定氮以动物排泄物或尸体的形式回归自

然。这些含有固定氮的产物（包括没有被吞食但死亡了的植物）将遭遇能分解腐生

物的脱氮细菌等，后者可使固氮细菌的工作成果一笔勾销。通过脱氮作用，动物排

泄物、动物尸体及死亡植物中的大部分固定氮，经过若干过程而转换成氮气，其一

部分则转化为氧化亚氮（俗称笑气） 。与水蒸气和CO。一样，氧化亚氮（N刃）也

是一种“温室气体”，它可以捕获地球表层的热量。许多年之后，风可以将氧化亚

氮吹至大气层的高层，使得氧化亚氮被紫外线所分解。当氧化亚氮被这一作用所破

坏时，同时产生其他的氮氧化物气体（NO和NOZ）o有趣的是，平流层中的NO和NO。

被认为是对臭氧的含量起了限 *** 用。大气中的这类氮氧化物通过化学过程被转换

为氮或硝酸盐或亚硝酸盐化合物，后者通过雨水带回地球表面时，可被植物所利用。

硫循环

对气候和生命具重要意义的另一个主要的生物地球化学循环是硫循环。作为营

养物质的疏通过在蛋白质的结构和功能中所起的重要作用而对所有生物产生影响。

某些数量和形式的硫对植物或动物是有毒的，而另一些流则决定着雨水、地表水和

土壤的酸性程度，后者又决定了诸如脱氮作用等一些过程的速率。

与氮一样，硫可以有多种存在形式：二氧化硫气体（SO。）或硫化氢气体、亚

*** 盐化合物。其中亚 *** 盐化合物如在阳光下暴露，可以转变成腐蚀性的 *** 。

当 *** 颗粒在空气中飘浮时，它们对笼罩在许多工业地区上空的烦人的烟雾的形成

起了促进作用，这些地区往往大量使用含硫的燃料。

可以将空气中的二氧化硫气体或 *** 盐化合物颗粒作为硫循环的开始状态。这

些 *** 盐化合物从大气圈中或直接降落、或以雨水形式降落，造成地表环境下硫化

物的形成。某些形式的硫被植物吸收到其组织中。然后，与氮一样，当这些植物死

亡或被动物消化后，植物中的有机硫化物又重返陆地或水中。在这一过程中，细菌

又发挥了重要作用，它们能将有机硫转变为硫化氢气体。海洋中由某些浮游植物产

生的一种化学物质，会转变为大气中的二氧化硫气体。这些气体可以重新进入大气

圈、水和土壤，使循环继续进行。

硫循环通常进行得较为迅速，而含硫岩石的剥蚀、沉积和抬升等其他过程则需

要长得多的时间。火山和人类活动（一般是工业活动）将硫带入环境。当人类燃烧

含流的矿物燃料时，释放出来的二氧化硫可以与大气中的水分混合，形成酸雨，从

而导致环境恶化。由 *** 小颗粒构成的一层烟雾（称为 *** 盐烟雾）既可以引起肺

部疾病，也可以改变大气的反照率，因而影响气候系统吸收太阳辐射能的数量，其

结果通常是造成地表变冷。不管其成因是由于工业活动引起，还是由于浮游植物或

火山引起，这类 *** 盐烟雾可以改变大气中云层的亮度，影响气候。虽然许多问题

有待澄清，但能够肯定的是，总的硫循环，特别是人为因素引起的 *** 盐烟雾、酸

雨、工业烟雾，构成了主要的物理学、生物学以及健康与社会的问题。

碳循环

对全球变化最有意义的循环是碳循环。我们知道，以二氧化碳（CO。）形式在

大气中存在的碳的含量是很少的（目前是0．035％）。在海洋，沉积物和岩石中以

各种形式储存的碳的含量相对来说要多得多。植物在光合作用中利用太阳能，将CO。

和水结合起来，利用碳合成来构造其组织的碳水化合物和糖类。在春夏时节，伴随

日照的增加和温度的上升，植物以更快的速率从空气中吸收CO。

在北半球， 每年的春季和秋季之间，空气中CO。的含量下降约3％。每年碳的

吸入量相当于数百亿吨的CO。。在植物较为稀少的南半球，空气和植被之间CO。的

交换量大约只是北半球的1／3。

随着秋冬季的开始，由于可将CO。转换为碳水化合物的太阳能减少，温度下降，

光合作用的速率变慢。因为活着的植物的呼吸作用以及衰亡植物或死亡有机物的腐

败作用超过了光合作用的速率，此时，植物碳循环中的另一部分起主导作用。

诚然，介入碳循环的因素并不限于CO。。海水内部复杂的生物学和化学过程控

制着空气和海洋间的CO。交换。地球上植物的产地和数量则是另一类控制因素。此

外，诚如我们所知道的那样，诸如水、氮等其他营养成分也是维持生命所必需的。

它们与碳和生命在一连串环环相扣的生物地球化学循环中相互作用。

前文提及CO。是地球大气圈中的微量气体，这意味着CO。的含量相对来说是不

高的，目前只占大气的0035％。但这一微小百分比所代表的大气圈碳的总重量则有

7 500亿吨， 它对大气圈的热平衡具有显著的影响。CO。的气候学作用在于它能让

大多数的太阳辐射通过，但它同时也吸收更大比例的红外辐射，捕获地球热辐射的

一部分，否则这些热辐射将从大气圈逸散至太空（换言之，如前所述的那样，CO。

是一种“温室气体”）。

大气圈中还有其他一些具有强烈温室效应的微量气体，它们的浓度有可能增加。

其中比较突出的是甲烷（CH。）。工业革命以来，CH。的浓度已增加了大约150％。

动物、细菌以及采矿、农业等人类活动所带来的污染物均可产生甲烷。氧化亚氮的

含量也正在增加，这或许是氮肥使用量增长的一个后果。原始的CO。浓度来自于下

列几种作用的组合：将气体带至大气圈的火山喷发活动，岩石的形成和风化作用，

有机物质的合成和腐败作用，以及将未腐败的有机物质转变为矿物燃料的化学作用。

所有上述作用都在较长的地质时期内发生。人类正在挖掘这些矿物燃料，并以比其

形成要快得多的速率消耗它们。 工业革命以来的150年间，为了满足能源和农业需

求，人类活动已使大气CO。的含量增加了20％一30％，大多数的预测结果指出，到

21世纪中叶，大气CO。含量增加 100％不是没有可能的。大海洋

地球大气圈中总有足够的CO。来支持光合作用。我们也知道通过有机的及无机

的机制，CO。不停地被风化作用所消耗。如果风化进行得很完全，地表将不会留下

足够的CO。来支持植物的生存，而事实上这种情形还未发生。这里，火山作用，特

别是沿海底洋中脊的连续的火山作用，发挥着一定的作用。

将格陵兰的所有冰块融化可使全球海平面仅仅上升5米左右，全球所有山谷冰）

11融化也不过将使海平面上升一点儿。而将南极巨大的冰川融化则可产生一个大得

多的影响，但即使是这一显著的、难以想象的事件，也将只使海平面上升60米。这

一数字还不到地质学家们所知的白望纪海平面上升值的四分之一。 1亿年前的白正

纪，也是一个霸王龙主宰天下的时代。因此，虽然冰川消融确实能使海平面上升一

部分，但它显然也不足以解释发生在白玉纪的海平面上升，这次上升使得当时普遍

存在着大量的内陆海洋。与现代陆地占地球表面积的30％不同，白玉纪时期陆地只

占地球表面积的20％。那么，引起如此高海平面的其他原因会是什么呢？

有两种合乎逻辑的可能性：一是当时地球的水量较现代为多；二是当时的大陆

下沉到地壳更深的部位。这些推想并无支持依据，因而被大多数科学家认为是极不

可能的。

一旦我们把自己放在地质历史时间框架内进行思考，一个最经得住推敲的解释

相对来说也是颇为直观的，这就是在地球的那个早期历史时期，洋盆体积较小，因

此当时的海水覆盖了更多的陆地。那么又是什么东西充填了早期的洋盆呢？

最有可能的是来自洋中脊的火山物质， 因为l亿年以前洋中脊火山活动的速率

可能比新近的要快得多。但是，如果当时构筑成洋中脊的海底火山活动更为频繁，

那么，由于火山喷发释放出的气体之一是CO。，当时应有更多的CO。进入地表系统。

尽管今天我们仍未掌握测量恐龙时代大气温度的直接 *** ，但我们确实知晓下

列几个事实：①当时曾经很热。白里纪中期的地表温度比今天要高出10C（或18C），

这意味着当时过量的CO。加剧了温室效应并使大气温度升高；②地球各地普遍发育

阔叶植被。更多的CO。有利于光合作用的增强；③相当数量的矿物燃料在当时形成。

由埋藏的有机物质转变而来的矿物燃料反映了当时可能存在较高的植物或浮游生物

生产率，这似乎又令人信服地表明，较高的CO。加剧了光合作用的进行。当然，上

述所有证据都只是定性的。

宾夕法尼亚州立大学的埃里克·巴伦（Eric Barron） 绘制出了白尘纪时期的

大陆漂移图。 从图ZI我们可以知道，1亿年以前地模拟的艺术球的地理格局与今日

相差甚大。 一些内陆浅海将美国分成东西两部分。现今高达1千米多的洛矾山山麓

上所见的蛤的化石即与此有关。

由于水体的颜色总的来说比陆地要深，因此它能吸收更多的太阳能。仅仅由于

这一因素，减少了三分之一陆地面积的地球比现今地球也要热一些。此外，几乎所

有证据都表明，在白玉纪中期，地球两极缺乏衡稳的冰盖。因此，与现代两极覆盖

着白色冰盖的地球相比，当时从地球反射回去的太阳光要少一些，这又促进了地球

的变暖。为了定量估计白玉纪中期的地球到底有多少热，人们在地球气候系统的三

维电脑模拟中考虑了上述因素。

其中一种模拟研究指出，两极无冰盖及地理格局的改变，这两者的结合足以使

当时地球的温度比现代高出大约5℃。 但与白至纪中期的古气候证据所表示的变暖

程度相比， 5℃似乎少了一些。 在科罗拉多州博而德的美国国家大气研究中心

（NCAR） 工作的沃伦·华盛顿（Warren Washington）和巴伦两人进行的这一模拟

所得出的温度，显然比其他证据所反映的要低得多。而且，鉴于化石证据表示当时

在北极圈附近生活着阔叶林和短吻鳄，因此我们可以推断，在白查纪中期，即使是

冬季，严寒的出现也是极为稀少的。那么当时的地球，是否热得即使在冬天也甚少

在高纬度地区发生结冰？由于美国国家大气研究中心的电脑得出的温度结果偏低，

因此在其模拟中可以看到在中、高纬度地区出现大量的冰点以下温度分布区，而这

与化石记录所反映的情况是相体的。也许由于我们刚开始进行模拟，模型的不完善

造成对地理和冰的变化太不敏感；或许还有其他一些因素在同时起作用，如果我们

在模拟中考虑这些因素，模拟的结果可能会更真实地反映实际发生的情况。模拟绝

非仅仅是一种学术上的行为，因为我们正是利用这类模拟来预测未来数十年间人类

活动对气候所可能带来的影响。为了理解为什么这类模拟研究是如此的复杂，科学

家们对之又是如此的着迷，我们有必要理解电脑模拟的构成。下面我将扯开主题，

对电脑模拟的基本内容作一简单介绍。模拟的艺术

对于一个气候学家或生态学家或经济学家来说，能够拥有的最有用的工具就是

一个快速、准确的模型。在快速、大型电脑问世之前，这是无论如何都不可能做到

的。只有利用快速、大型电脑，人们才能求解方程，对全球观测系统（如人造卫星）

的数据进行处理，提出设想并对模型进行检验。确实，在现代巨型电脑问世之前，

20世纪60年代，一些大学和大公司使用的在当时已算相当昂贵的电脑的计算速度仍

是太慢，无法进行大量的计算。

刘易斯·理查森（I。 ewis F，Richardson）是一位倍受科学家们崇敬的具有

远见卓识的学者，他被称为大气电脑模拟之父。早在20世纪20年代，也就是在早期

电脑得到普遍应用之前40年的时候，理查森就开始尝试用数学 *** 来计算气候。在

理查森之前，人们已在伦敦用戈尔德上校（E． GOld）的气候图索引来进行气候预

报。各观测台站将观测到的数据用电报告知位于伦敦的气象办公室，这些数据然后

被标在一张大比例尺图上。借助于气候图索引，预报者从以前的气候图中找出大量

与刚刚画出的气候图相近的气候图，基于过去曾发生过的将会重复发生这一思想，

预报者也就因此做出气候预报。大气的历史被视为是“大气自身在今天的工作模型”，

这实际上是地质学家的沟变论原理在大气领域的翻版。理查森则为气候预报找到了

一种新的革命性的 *** ——用反映基本物理学规律的数学模型来代替类比图。

理查森注意到，气候类比图的问题在于气候并不总是沿一相同的模式发生演变

的。虽然曾经发生过的可以再次发生，但我们并不能可靠地认定将要发生的必定曾

经发生过。 因为会出现一些独特的事件或情形。 因此，理查森提出了以微分方程

（已知自然规律的数学表达）的形式进行气候预报的设想。由于不能精确求解微分

方程，因此他建议采用一种逼近的数值 *** 。他还提出了一系列方案用以将观测数

据变成便于进行数值计算的术语。他非常清楚，用他倡导的数值 *** 来进行实际的

气候预报所需的计算能力在当时仍只是一种梦想。在他的梦想中，他预见有这样一

种巨大的装置（“像剧院那样的大厅”），这个装置内将有数百台可以进行气候计

算的人类“计算机”。理查森使用初始微分方程中的数值法则（现在称之为算法），

几次初步尝试都以失败而告终，但这并不意味着其基本思想是错误的。更确切地说，

理查森只是没有意识到，除非对其算法稍作改变，否则他所选择的逼近 *** 会导致

一些荒唐的结论。数十年之后，随着核武器竞争所带来的经费资助，使得数学家们

找到了使理查森的数值 *** 取得成功的 *** 。事实上，这些 *** 已成为现代普遍采

用的气候和天气模型的基础。

模拟的优势在于我们可以进行一些在现实世界中所无法进行或不切实际的实验。

从本质上来看，一个模型就是一系列编译成电脑算法的数学方程，它们被用来在电

脑中模拟现实情况。它使得科学家们能够提出一系列问题，这些问题一般是假定一

些条件，然后考虑会出现什么样的后果。换言之，它使科学家们得以在某一较大的

尺度上安全地进行与自然之间的游戏：如果某一条件改变了，气候系统的所有其他

方面将会发生什么变化？如果人们改变一个变量，比如太阳的辐射能力，气候及降

雨量等其他变量将会出现什么情况？最后，既然各种模型不大可能完全真实地反映

实际情况，我们应在多大程度上相信模拟的结果？

要建立任何一个系统的模型，人们必须事先确定该系统中包含有哪些组成。例

如，要建立一个铁路模型，人们必须在模型中包括一些诸如铁轨这样的基本组成单

元，然后选择摹仿的机车类型。根据要模拟的铁路模型的真实程度，人们还必须考

虑其他一些特征：如水塔、道口、信号、火车站等。

要模拟气候，模拟者必须确定系统的组成单元及所包含的各种变量。例如，如

果我们选择模拟冰川期和间冰川期的长周期序列，我们的模型必须明白无误地将过

去数百万年间发生作用的气候系统内所有相互作用的重要组分的影响包括进来。如

我们所知，生物影响了气候，因此必须将生物包括在气候系统中。这些相互作用的

子系统构成了一个模型的内部单元的一部分。

另一方面，如果我们只对模拟短周期（例如某一星期）气候事件感兴趣，那么，

我们的模型中可以忽略冰川、深海、陆地形态及森林的任何变化，因为它们在短时

期内的变化非常有限。这些因素将被称为模拟气候系统的外界条件。

气候模拟者所言的模型有一系列级别，这些级别可以大到简单的整个地球的、

与时间无关的温度模型（即有关在一较长时间跨度内整个地球的平均温度的模型），

小至高精度的、三维的、与时间有关的模型。后者将包括大气、海洋、生物圈中的

变量，有时甚至包括地壳的变量。可以想象，这些更为综合的模型同时也是极端复

杂、难以建模的，而且费用昂贵，其结果又不易验证。人们一般总会认为，随着模

型复杂程度的增加，模拟的真实性也相应增加，但实际出现的情况并非总是如此，

这使得模拟工作常常成为一项艰巨的任务。

当我们确定了模型所包括的各个过程和子系统后，我们编写出能更好地描述这

些变量的算法，使得电脑能够根据这些算法来执行我们所给的命令。我们认为（有

时并未加以证明）气候系统中的变量是在按照我们所理解的自然法则相互作用，并

可将这些变量以数学形式予以表述。我们所采用的模型的精度及综合程度决定了我

们所要表述的算法的数量和类型，使得模型能合理地接近（我们希望）已知的自然

法则。对于非常简单的模型来说，描述各个气候变量的行为的数学方程，可以被任

何知晓初等代数的高中一年级学生用解析的 *** 予以求解。尽管如此，一旦气候学

家试图在一个模型中加入许多气候变量，或者在一维以上的空间中进行模拟，其数

学及其引起的电脑算法的复杂性将大大增加。如果将全球表面划分成大约四万个网

格，计算每一网格几天的气候变化通常需占用现代超级电脑一个小时的机时。天气

或气候模型中的初始方程通常表达了每一气候变量在时空上的连续变化。但电脑求

解的实际方程只是上述初始方程的近似。试以温度为例，现代电脑并不去求解一个

针对所有地方的温度的方程，相反，它采用的是逼近法，它从网格中取数，或者说

是在离散的时空中取数计算。取数的阿格之间或者测量和计算时间之外的其他时间

段的一些模型数据，就需用平均的 *** 求得。最新的 *** 已在网格点之间取得了更

好的逼近效果。虽然一些局部现象，如湖泊、山谷及各场雷暴雨，可以改变局部的

气候条件，但如果网格取得很大，上述条件就不会在电脑代码中出现。现代的气候

模拟所采用的网格通常是几百千米的规模（第四章将进一步深入阐述这种“网格尺

度”现象）。因此，解决上述问题的唯一办法是采用更多的网格节点，这意味着需

要有更多的数据、进行更多的计算，因而将也是十分昂贵的。每次当网格面积缩小

一半时，计算费用将增加 10倍。模拟恐龙时代的气候

让我们现在回到前还美国国家大气研究中心所模拟的白华纪温度过低的那个问

题。1984年，我们几个在博而德的研究者试图用一复杂的电脑模型来解决这一则和

题。在我们的模型中，我们采用厂假定的白里纪温度模式的各种组合，意在寻找海

流是否以某种方式，阻止了模型所预测的高纬度地区内陆冬季严寒气候的出现。我

们甚至在模拟中假定北极海洋与其他各地一样，具有较高的表面温度。然而，在我

们所进行的所有模拟中，均无法避免出现这样的情况，即漫长的冬夜向太空辐射红

外热辐射，这种辐射足以引起严酷的内陆霜期，至少在冬季，当出现来自温暖海洋

的风停止吹向高纬度大陆这种偶然情况时，上述情形肯定会发生。从“弱早期太阳

佯谬”论争中可以得出这样一种可能性：大气中过量的CO。加剧了温室效应。但这

些过量的CO。来自何方？又是如何增加的？

也是在20世纪80年代，我们在其他实验室工作的一些同事，特别是耶鲁大学的

罗伯特·伯纳（Robert Berner） ，根据反映海底扩张速率变化的地质证据，指出

约至亿年前的白至纪中期，是一个显著的海底火山活动时期和扩张加速时期。这两

者都使得海底快速堆积大量的火山岩，并因此而导致洋盆体积的缩小和海平面的上

升； 此外，火山活动还使大量的C（）。进入海洋一大气系统。他们在前文讨论过

的盖亚假说和WHAK机制的基础上，提出了一个联合的有机和无机反馈机制。当海底

扩张速率较大时，海平面上升，CO。含量增加，气候温暖而潮湿。具有高CO。含量

的暖湿气候将加剧风化作用，提高浮游植物的生产率，而这又可以反过来通过无机

的风化作用和生物埋藏作用，以碳酸盐沉积物形式来消耗部分的过量CO。。

因此，这就提供了一个消耗CO。的负反馈（起稳定作用），它使得气候不至于

变得过热。换言之，在几千万年（而不是数亿年至10亿年）的短时间尺度上，诸如

大陆漂移、火山活动及生物活动的速率的变化等因素的联合作用，或许可以使空气

中CO。 的浓度高达现代CO。浓度的5倍。伯纳及其同事们的模型预计，白玉纪中期

的CO。含量将数倍于现代的CO。含量。

在缺乏明确的直接证据的时候，上述描述与其说是经过合理的推敲而被证实，

还不如说是带有一定偶然性的自圆其说。如果愿意，你也可以称之为是一个古气候

学者的饭后谈资。这也说明为什么当我们过于依赖未加验证的电脑模拟的结果时，

科学论争也就随之开始。不幸的是，除电脑模拟以外，还没有其他手段可以进行这

类“假如……那么……”的实验。奥妙就在于要向这些电脑问一些它们能够可信地

加以回答的问题，而这绝非是一种简单的技巧。

地球化学家们总是支持这样一种观