二氧化碳,象水汽和臭氧一样,是影响大气中辐射传输过程的一种主要气体,从而二氧化碳的含量是控制大气温度的一个重要因子。众所周知,地表和低层大气的温度比平流层和中层大气温度为高。大气中的二氧化碳将发自地表的和低层大气的热辐射吸收了,使之不能射出大气层以外,但高层大气的二氧化碳却以比较低的温度向外发出辐射。
所以,二氧化碳的存在是使地气系统的射出辐射减小,也就是说,大气中的二氧化碳象温室的玻璃一样,可使地表面保持较高的温度。如果大气中的二氧化碳含量增加,地表和低层大气的温度就会升高。这说明大气中二氧化碳含量的变化有可能带来明显的气侯效应。而自世界规模的工业化以来,人类活动的结果确实使大气中的二氧化碳含量在增加。
因此,其气候效应问题就成了当今世界上最引人注目的环境问题之一但是,地球上气候本身又存在着自然波动,存在短周期的波动和长周期的巨大变化,要证实人类活动增加大气中的二氧化碳所带来的气候效应是一件极为困难的事。从1958年以来的系统观测表明,到1978年为止大气中二氧化碳可能比工业化以前增加了约40ppm。模式计算表明,二氧化碳的这一增量所引起的气候效应小于气候的自然波动。但是,人们仍然担心,如果二氧化碳继续以现在观测到的增长速度递增,那末在几百年以后就将达到工业化以前浓度的5一10倍,就有可能引起灾难性的气候效应。
过去十几年中,人们利用各种简化的气候模式或复杂的大气环流模式来探讨大气中二氧化碳增加所引起的气候效应,例如Manabe等的一维和三维模式Smagorinsky等的讨论等。虽然目前的结果分歧很大,不过大家趋向于预言二氧化碳增加一倍,全球地表温度将要增加2一4℃。这是一个可观的数值。如果二氧化碳增加到八倍,上述一维模式预告,全球地表平均温度将上升7℃,这一温升可与地质年代史上发生过的最大温度波动相比拟。尽管这种估计在定量上还可怀疑,气候模式还有许多地方需要改进(甚至大改进),但大气中二氧化碳含量增加一倍以上可以使气候有明显的变化,这是毋容置疑的了。
本文不谈二氧化碳增加如何影响气候的问题,而是谈另一个根本的困难问题,即关于大气中二氧化碳浓度变化趋势的预测。现在科学仪器很发达，二氧化碳监测仪等专业仪器可以很准确的监测到大气中二氧化碳浓度的变化并且记录下来。这个问题不仅涉及到许多自然科学学科,如海洋化学、海洋动力学、大气化学、大气动力学、生物化学以及微生物学等等,还涉及到复杂的社会科学,如各国的人口政策、能源政策以及战争等复杂的社会问题。
大气中二氧化碳的增加一方面取决于人为排放的增加(这取决于世界人口增长速度、能源需求量的增加速度和开发速度以及替代能源的开发速度等等),另一方面又取决于自然二氧化碳贮库对人为排放的二氧化碳的响应,特别是生物圈和海洋的响应。到目前为止,任何超过几十年的变化趋势预报都只不过是一种猜测。
