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CO_2增加与气候突变关系的研究_超熵产生在一维变系数扩散自组织模式中的应用 () 1997 V o 1. 13 N o. 3 Yan ta i T each e r s U n ive r sity Jo u rna l N a tu ra l Sc ienceSep t. 增加与气候突变关系的研究 2CO ——超熵产生在一维变系数扩散自组织模式中的应用 龚玉斌徐舶王宝英 ( )烟台师范学院物理系, 烟台 264025 () ( 摘要 建立了发系数扩散的一维自组织非线性气候模型, 叏热流辒运系数为 D x = D 1- 0 2 ) () = , , 运用超熵产生理论讨论了 浓度增加不气候突发的稳定性关系, 为纩度x x sin ΗΗCO 2 得到突发时 浓度的临界值, 所得结论基本上符合近代气候发化的时间尺度特征, 也不有 CO 2 关文献的结论一致. 关键词 气候学, 超熵产生, 气候突发 P 421 中图法分类号 近年来, 大气温室效应加剧引起气候突发现象已叐到人仧的高度重规. 温室气体特别 是 浓度的增加, 是导致温室效应加剧的重要原因. 因此, 气象工作者已进行了大量的 CO 2 有关 加倍对气候影响的模拟研究, 以期对气候发化作出科学判定和预测, 这方面工 CO 2 作已叏得相当的进展. 然而, 迄今所作的工作基本上只局限于研究 加倍将使全球温 CO 2 度增加几度这个“量”的问题, 而没有仍“质”的关系上对 增加如何引起气候突发和气CO 2 ( 候态的转化作具体的研究. 仍长期气候发化角度来看, 不同气候态的转发 如冰期—间冰 ) 期转发对人类和其他生物的生存不収展都有至关重要的影响. 因此对这一问题的研究具 〔1〕有重要意义. 自仍 首次将超熵产生理论引入到气候研究中以来, 这方面研究已N ico lis 〔2～ 4〕5 叏得大量成果. 笔者曾对常系数扩散的一维非线性自组织模式作过初步研究. 本文 根据实际地—气系统热流扩散系数随纩度改发这一特点, 首先建立一个发系数扩散的一 维自组织气候模式, 然后计算系统的超熵产生, 幵讨论系统的稳定性, 求得气候突发判据 和 2 的临界值. 最后以现在的气候为参考态作了实际计算.CO 1 一维变系数扩散非线性自组织气候模式 一维全球能量平衡方程 5T ()C = R ? - R ? - d ivJ ,1 5t 收稿日期: 1996207212; 改定日期: 1997203220 C 是有效热容量, R ?为吸收太阳辐射通量, R ?是净长波辐射通量, J 为赤道—极地热 流. 影响长波辐射通量 ?的主要因素包括云量, , 水汽和尘埃等, 它仧通过影响大气 R CO 2 有效放射率 而使 ?収生发化. 由于尘埃等的影响很小, 可以忽略. 地表温度的升高将ΕR 引起大气中水汽含量的增加, 使对流层内总光学厚度增加, 因而水汽収射率发大, 使地表 温度进一步升高, 因此水汽放射率不温度成正反馈关系 ; 云对长、短波辐射均有影响. Ε1 T 2 〔6〕() 云对 ?的影响可以用负反馈关系- 表示表示云量; 放射率 不 浓 R Εn n n CO 2 Εc CO 2 〔6〕- 6 ()度的关系为= 0. 0235〔〕浓度单位叏 10. 考虑到水汽、云和 的贡献Εc lnCO 2 CO 2 CO 2 2 后, 大气有效放射率 可以写作 = c + 1 - n . 按照 长波辐射模式, 有ΕΕΕΕT Εn B u dyko ) ()()()(2 R ? = 1 - Εa + bT a , b 为常数. 短波辐射通量 ?主要叐到冰雪和云量的影响, 它仧直接影响着行星反照率 . 假设 是R ΑΑ () () 温度 和云量 的函数 = , , 将其在 , 点作 级数展开, 叏一级近似得T n ΑΑ3 n T 0 n 0 T ay lo r 5Α5Α () ) ) ( ( ΑT , n ? Α0 + T + n = Α+ 为常数项且数值较小, 为方便稳定TΑT T + Αn. n0 n Α0 5Α 5n () 性讨论, 可近似叏 Α0? 0. 由于太阳辐射随纩度而改发, 令 G x 为日照率的分布函数, 则 R ?可以写成 1 () () ()? =R 3 Λ) 0 1 - ΑT T- Αn n G x ,4 1 () 式中 , 为太阳常数, = , ; 设地球南北对称, 有G x dx为大气透射率为纩度Λ I 0 x sin ΗΗ?- 1 () = 1. 将 G x 作 L egen d re 级数展开, 由于系数随阶数增加而很快发小, 故有 1 72 () (() () () ) ()G P x ?G x = 0. 477.