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2024年4月1日华北电力大学周少祥水蒸汽凝结辐射特性及其对气候变化的影响2024年3月31日华北电力大学周少祥水蒸汽凝结主要内容1.全球气候变暖中夜间增温速率大于白天的物理机制问题2.为什么水汽变化被排除在气候变化问题研究之外？3.水蒸汽凝结的经典解释及其存在的问题4.水蒸汽凝结辐射特性及其温室效应5.水蒸汽凝结辐射的证据6.水蒸汽凝结辐射特性及其对气候变化的影响7.中国气候历史不支持全球气候变暖论8.结束语9.附录2024年4月1日主要内容1.全球气候变暖中夜间增温速率大于白天的物理机１．全球气候变暖中夜间增温速率

大于白天的物理机制问题IPCC第三次报告(2001):自1860年使用仪器进行气候观测以来，全球地表气温增加了0.6±0.2℃；——不断被强化！自从21世纪50年代以来，全天最高和最低气温测量已覆盖50%以上的全球陆地面积；

——其实实际只占地球表面积的15%!平均日平均最低气温的增温速率是最高气温的2倍，全天温度范围减小0.8℃。——基本被忽视或遗忘！2024年4月1日为什么夜间增温幅度高于白天？基于CO2的温室效应理论无法解释！１．全球气候变暖中夜间增温速率

大于白天的物理机制问题IPC２．为什么水汽变化会被排除在

气候变化问题研究之外？大气物理学权威、英国著名气象学家B.J.梅森建立的水蒸汽凝结方程，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。——理论上于是乎，水从地表蒸发(对地表的一种冷却)，升腾到达高空凝结成云，潜热传给高空的大气，因此对地表不再有影响。——许多人有这样的感觉水汽是最重要的温室气体，但地球表面70%是海洋，大气中的水汽主要来自海洋蒸发，人为因素很少。——因此，IPCC将水汽变化的影响排除在气候变化问题研究之外水汽的作用——IPCC技术报告之ScientificBasis水汽作用是反馈凝结对周围大气的加热(降水条目,78W/m2)……2024年4月1日因此，全球气候变暖是IPCC的主观认定——把全球气候变化及其对策研究带入了歧途。２．为什么水汽变化会被排除在

气候变化问题研究之外？大气物理３．水蒸汽凝结的经典解释

及其存在的问题“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”

——引自《大气物理学》教材，与梅森观点同其完整热力学意义是：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。违反了热力学第二定律——可以通过多元体系化学势和相平衡原理予以证明因此，这样热传导不可能进行现在的问题是，水蒸汽在高空凝结了，潜热也一定释放出去了，又不能热传导(对流和导热)给周围的大气，那么，潜热去了哪儿呢？2024年4月1日３．水蒸汽凝结的经典解释

及其存在的问题“水汽凝结释放的潜热４．水蒸汽凝结辐射特性

及其温室效应显然，水蒸汽凝结辐射释放潜热是唯一可能的途径大部分(55%?)向宇宙空间，是对地球的一种冷却——地气系统的一种负熵流，是维持其宏观时空有序结构的关键(符合普里戈金的耗散结构理论)小部分(45%)向地表，构成地气系统温室效应的主体全球多年平均降水量5.77×1014m3，潜热量1.44×1021kJ，折合辐射强度约40W/m2(L=2500kJ/kg)与玻璃暖房的温室效应有异曲同工的效果(玻璃反射红外线)CO2等温室气体总共才2.43W/m2(？被高估的数据)因此，水蒸汽凝结辐射对地表产生直接影响

——与“感觉”是不同的2024年4月1日假定全球降水增加0.5%，其中45%的潜热被大气吸收，则大气升温0.61℃，与IPCC报告的0.6±0.2℃持平。属于微量气体，且混于大气多元体系中，作用大幅度减小，且不能单方面释放辐射能４．水蒸汽凝结辐射特性

及其温室效应显然，水蒸汽凝结辐射释放５．水蒸汽凝结辐射的证据76Hz-9MHz频段大气无线电背景噪声具有明显的水蒸汽凝结特性——国内外文献的初步查询结果夜间高于白天、夏天高于冬天、海洋高于陆地——水蒸汽更多下午高于上午——水蒸汽扩散到达高空需要时间大风高于无风——水汽大量凝结的必然结果

(换句话说，气候(天气)突变的信号隐藏在水蒸汽凝结辐射特性之中)2024年4月1日注：高频背景噪声与水蒸汽凝结特性不符，最大的可能是其背景性(周向均匀性)不强所致，如东边日出西边雨，尤其是雷暴等。与对流层大气-65～0℃的(背景性?)凝结温度范围对应？５．水蒸汽凝结辐射的证据76Hz-9MHz频段大气无线电背景2024年4月1日JJ.Harwood,M.A.,“AtmosphericRadioNoiseatFrequenciesbetween10kc/sand30kc/s”,IEEEXplore,TheInstitutionofElectricalEngineersofEngland,

PaperNo.2619R1958:293-300.1955.51955.11955.41955.61955.71955.81955.91953.71953.81953.91953.101954.11954.21954.31955.51955.61955.71955.81955.91955.110kc/s23-25kc/s23-25kc/s33kc/s2024年3月31日JJ.Harwood,M.A.,2024年4月1日典型等效噪声日变化曲线7月5月12月10月超低频78Hz(美国东北部康涅狄格州，1976-78年)王小京，“超低频信号场强与大气噪声研究”，《舰船电子工程》，2009年第9期：79-83。2024年3月31日典型等效噪声日变化曲线7月5月12月10６．水蒸汽凝结辐射特性

及其对气候变化的影响几乎所有监测到的全球气候变暖都是由于夜间增温所致IPCC报告：全球气候变暖中，夜间增温速率是白天的2倍《气候变化与气候过程》：夜间增温幅度约0.84℃，日间0.28℃[EdwardBryant(澳),CambridgeUniversityPress,1997]从冬到夏的年度气候变暖中，也是夜间增温幅度高于白天，并且南方高于北方。海洋气候地区的日较差小于内陆。2024年4月1日中国南北主要城市日较差表城市1月4月7月10月年哈尔滨11.613.09.911.511.7北京11.212.99.311.911.4武汉8.78.77.69.68.6广州8.66.67.48.47.6单位：℃年度CO2变化非常小，其影响可以排除；冬夏水汽变化很大却是一个明显的事实。因此气候变化的主导因素是水汽变化。由于水汽主要来自海洋蒸发，因此气候变化由自然因素决定，而非人为活动。IPCC第三次报告：“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”。６．水蒸汽凝结辐射特性

及其对气候变化的影响几乎所有监测到的７．中国气候历史不支持

全球气候变暖论(一)全球气候变暖论——指人为CO2排放所导致的气候变暖中国是人类文明古国，幅员辽阔，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。丁一汇院士团队的文章“中国气候变化的检测和预估”中国气候的显著特征：周期变化v.s.单调变暖沁园春·雪诞生年注：站数太少？如果站点多一些，会更接近平均值?７．中国气候历史不支持

全球气候变暖论(一)全球气候变暖论—７．中国气候历史不支持

全球气候变暖论(二)竺可桢先生关于中国气候变化的描述(1973年)我国近五千年中的最初二千年(即从仰韶文化到安阳殷墟)，大部分时间的年平均温度高于现在2℃左右。一月温度大约比现在高3-5℃。在那以后，有一系列的上下摆动，其最低温度在公元前1000年、公元400年、1200年和1700年，摆动的范围为1-2℃。在每一个四百至八百年的期间里，可以分出五十至一百年为周期的小循环，温度升降范围是0.5-1℃。2024年4月1日此次气候变暖的起点？７．中国气候历史不支持

全球气候变暖论(二)竺可桢先生关于中8．结束语水蒸汽凝结辐射特性

1.一种尚未被认知的大气温室效应（物理）机制？

2.值得研究的重大基础性科学问题大气热力学过程的第二定律分析至关重要。水汽变化是大气中最重要的热力学过程，是气候变化的决定性因素。

1.主要驱动力来自太阳，气候变化中的人为因素很小；

2.因此，气候变化的应对策略一定要得当。2024年4月1日8．结束语水蒸汽凝结辐射特性2024年3月31日谢谢大家！欢迎批评指正！2024年4月1日谢谢大家！2024年3月31日F1.需要进一步研究的问题(一)

大气热力学新理论体系的构建（1）大气热力学分析的新理论和方法（2）气体上升运动的大气热力学分析（3）风能资源的大气热力学探索水蒸汽凝结辐射特性研究（1）水蒸汽凝结辐射特性的测试（2）水蒸汽凝结辐射特性的规律性分析，并与大气无线电噪声对比（3）测试水蒸汽凝结强度与辐射强度的内在关系基于水蒸汽凝结辐射特性的大气辐射特性研究（1）气候变化过程及其信息传输特性研究（2）基于水蒸汽凝结辐射特性的大气透过率特性研究（3）气候突变特征信号的分析气候变化机制的再研究与气候模拟（1）大气水汽循环中的水蒸汽凝结辐射特性分布规律（2）基于水蒸汽凝结辐射特性的温室气体组成及多元体系化学势的协同作用机制（3）温室气体效应与气候变化的关联性研究（4）基于水蒸汽凝结辐射特性的气候变化历史实例分析大气动力学机制再研究（1）多元体系化学势差作用下气体运动规律（2）基于水蒸汽凝结对大气作功的大气动力学研究2024年4月1日属于重大基础性科学研究——物质凝聚相变辐射特性及其影响F1.需要进一步研究的问题(一)大气热力学新理论体系的构F1.需要进一步研究的问题(二)2024年4月1日15℃的饱和大气，气温升高2℃湿空气含湿量净增加Δd=1.3g/kggCO2在大气中质量分数只有0.58g/kg1atm湿空气焓湿图气候变暖与大气焓湿图(？)高空低压大气的焓湿特性？F1.需要进一步研究的问题(二)2024年3月31日15℃F1.需要进一步研究的问题(三)基于“水”的气候变迁历史考证——与水有关的历史典故、俗语和历史事件等很多很多。冰点为0℃，液态水意味着气温高于0℃。远古洪荒，海田沧桑大禹治水——气候温暖？黄河改道——水多，时间跨度？一九二九不出手，三九四九冰上走，五九六九沿河看柳，……——何时出现？“河”指哪？准确解释？北国风光，千里冰封，万里雪飘。望长城内外，惟余莽莽。大河上下，顿失滔滔。……，[毛泽东主席诗词<沁园春·雪>，1936年2月]……，2024年4月1日只有18天能在河冰上走？F1.需要进一步研究的问题(三)基于“水”的气候变迁历史考F2大气中水蒸汽凝结的第二定律分析

F2.1化学势与分子扩散的方向渗透与反渗透(膜分离技术)的理论基础同温同压下，多元体系中组元的化学势小于纯组元的化学势，因此在化学势差的作用下，纯组元的物质必然向多元体系扩散

——渗透过程：渗透压∞浓度差反渗透——在多元体系侧加压，提高分离组元的化学势，克服渗透压温度对于反渗透过程的影响这意味着云滴也是多元体系，不是纯水。纯物质化学势该物质在多元体系中的化学势γj—活度系数xj—摩尔分数<0F2大气中水蒸汽凝结的第二定律分析

F2.1化学势与大气是一种含有水蒸汽的多元体系(有时称为湿空气)如果将湿空气冷却到某一定温度时，其中的水蒸汽开始凝结，这一温度称为露点温度湿空气结露是一种相变热力学过程，当多元体系达到热力学平衡态，则满足如下相平衡条件：根据热力学第二定律：热只能自发地从高温向低温传递；物质只能由化学势高的地方向化学势低的地方扩散。水蒸汽凝结是我们关注的问题，水滴的化学势与大气中水蒸汽的化学势相等。因此，化学势是分析大气中水蒸汽凝结过程的有力武器。大气系统中任何热力学过程都必须遵循热力学第二定律，否则其结论就是错误的。F2.2大气中水汽凝结的相平衡分析大气是一种含有水蒸汽的多元体系(有时称为湿空气)F2.2引自《大气物理学》教材F3.大气能量平衡和水蒸汽凝结

的有关问题大气的能量平衡太阳能是大气的主要能量来源大气向宇宙空间的净热辐射是维持大气温度基本稳定的关键大气能量平衡——动态过程大气物理学的水蒸汽凝结模型若潜热完全被周围大气吸收，云滴与空气的容积比大气的能量平衡万米高空全球57.7万km3的降水量，潜热量1.44×1021kJ(2500kJ/kg)，若全部被大气吸收，大气温度将升高272.4℃——这显然不是事实。意味着大气温度不变大气中有这样的条件吗？——天空大部被云覆盖引自约翰·华莱士《大气科学》引自《大气物理学》教材F3.大气能量平衡和水蒸汽凝结

的有关F3.1CloudFormationonadiabaticexpansion?

引自：/OcwWeb/web/courses/courses/index.htmAphotographofthesoundbarrierbeingbrokenbyaUSNavyJetasitcrossesthePacificOceanatthespeedofsoundjust75feetabovethewater.Condensationofwateriscausedbytherapidexpansionandconsequentadiabaticcoolingofairparcelsinducedbytheshock(expansion/compression)wavescausedbytheplaneoutrunningthesoundwavesinfrontofit.ShotbyJohnGayfromthetopofanaircraftcarrier.ThephotowonFirstPrizeinthescienceandtechnologydivisionoftheWorldPressPhoto2000contest.2024年4月1日水蒸汽与周围大气的温度梯度Gradt=0(？)梅森实验？潜热如何释放？凭什么说是adiabaticexpansion？F3.1CloudFormationonadiabaF3.2水蒸汽凝结辐射的证据2024年4月1日飞机突破超音速的瞬间1.水蒸汽与周围大气的温度梯度Gradt=0(？)2.气流相对静止，无对流过程F3.2水蒸汽凝结辐射的证据2024年3月31日飞机突破F3.3水蒸汽凝结辐射的证据2024年4月1日海上风力发电机的气流尾迹水蒸汽与周围大气的Gradt=0(？)F3.3水蒸汽凝结辐射的证据2024年3月31日海上风力F4凝结传热过程的对比分析传热学

大气物理学水蒸汽凝结过程水蒸汽凝结方向与传热方向相反水蒸汽凝结方向与传热方向一致F4凝结传热过程的对比分析传热学F5.大气水蒸汽凝结过程的简单描述大气沿高度有相对稳定的温度差、密度差和压力差；水从地表蒸发，大气中水蒸汽温度和分压力升高，化学势必然大于高空大气；在化学势差作用下，水蒸汽向上扩散，其速度将高于其他气体(？涉及大气动力学)；随着扩散过程中大气向外层空间的净热辐射，大气温度逐渐降低；即到达一定高度之后，水蒸汽开始凝结(露点温度)；随着凝结的进行，大气中水蒸汽分压力降低，其化学势将随之降低，因此要求迁移至更低大气压和温度区域凝结；凝结形成负压，促使气流上升，加上对外净热辐射，可满足进一步凝结的要求(赤道对流层更高的原因？)2024年4月1日F5.大气水蒸汽凝结过程的简单描述大气沿高度有相对稳定的温度F6.水蒸汽凝结辐射放热

的微观物理学机制太阳上氢核聚变的能量通过辐射向宇宙传播燃烧化学反应水蒸汽凝结：地球是通过辐射不断向外传播能量的宇宙间的能量传输——辐射原子级变化，太剧烈，不可控聚合过程分子级变化、剧烈、可控物理变化、热烈E=m·C2——辐射的物理学基础F6.水蒸汽凝结辐射放热

的微观物理学机制原子级变化，太剧F7.大气热力结构简述大气热力结构——对流层、平流层、中间层、热层水汽的蒸发与凝结(凝华)主要发生在对流层对流层顶部高度极地上空约为8～14km赤道上空约为15～20km虽然赤道地区地面温度比极地高很多，但极地对流层顶的温度却比赤道地区高15～25K平均垂直温度递减率约6.5-9K/km地球大气中传热学尺度上的温差是非常小的2024年4月1日F7.大气热力结构简述大气热力结构——对流层、平流层、中间层F8.碳的技术减排所面临的主要问题碳的技术减排是一项极其沉重的负担，中国尤甚。我国铁路货运能力的50％以上在运煤，增加2倍运力不足以输运燃煤的CO2。C+O2→CO2——12+2×16=44，质量比=44/12=3.67体积也必然翻番储存的相态及特性干冰或压缩气体？远离热力学平衡态，不稳定、不安全因素巨大输运方式(管道?)、储存地点选择面临的困难最大CO2本身无毒无味，但难扩散，潜在威胁巨大，因此必然面临当地居民的抗议与阻扰，而无法实施。CO2捕集、压缩、输运的耗能与投资等——属于次要问题“碳酸盐储存”？质量、体积将更大——属于伪减排2024年4月1日大规模CO2技术减排是无法实施的工程F8.碳的技术减排所面临的主要问题碳的技术减排是一项极其沉重F9.大气动力学机制(一)2024年4月1日飓风迪安图片(美国宇航局NASA)凝聚态水！这些是什么？风是看不见的！为什么称为飓风？F9.大气动力学机制(一)2024年3月31日飓风迪安图片(F9.大气动力学机制(二)2024年4月1日美国佛罗里达州海岸出现“双龙吸水”如何形成的？F9.大气动力学机制(二)2024年3月31日美国佛罗里达州大气动力学机制(三)风是由于随太阳运动，大气受热膨胀及随后的水蒸汽夜间凝结体积缩小而致。

/home.php?mod=space&uid=301516&do=blog&id=478290大气动力学机制(三)风是由于随太阳运动，大气F10.城市热岛效应城市是能源和水资源消费中心，城市低层大气中的水蒸汽逐年增多。化石燃料燃烧都产生水蒸汽，尤其是天然气；许多用能系统用水去冷却，如电厂冷凝器，燃料热的50%经水冷却排到大气，转变成水蒸汽；城市市政、工业生产及居民生活要消耗大量的水。大量水蒸汽凝结，城市必然被其辐射能增暖。一种新的城市热岛效应机制城市“热岛”说之外，还有所谓“雨岛”之说。天然气是一种所谓的清洁能源，但是由于水蒸汽凝结辐射释放潜热，天然气消耗越多，城市夏天会越热。2006年欧洲国家经历了一个酷暑，德国尤其严重，一个重要原因可能就是其天然气使用量的急剧增大。事实上，世界上没有一个城市因为更多地使用天然气而使城市凉爽的。2024年4月1日F10.城市热岛效应城市是能源和水资源消费中心，城市低层大气F11大气温室效应机制揭秘根据《传热学》(杨世铭)：在工业常见的温度范围内，空气、氢、氧、氮等分子结构对称的双原子气体，实际上并无发生和吸收辐射能的能力，被认为是红外热辐射的透明体。臭氧、二氧化碳、水汽、二氧化硫、甲烷、氯氟烃和含氢氯氟烃(二者俗称氟利昂)等三原子、多原子以及结构不对称的双原子气体(一氧化碳)对红外热辐射却具有相当大的发射吸收本领——俗称温室气体2024年4月1日F11.1气体的吸收辐射特性F11大气温室效应机制揭秘根据《传热学》(杨世铭)：在工F11.2玻璃暖房的温室效应揭秘玻璃暖房具有显著的温室效应，主要源于玻璃对红外长波辐射有很强的反射作用。

——目前公认的温室效应机理但，所反射的红外辐射却并不被空气中的氧气和氮气等气体吸收，而大气中这些气体是主要成分，占96%以上，因此要使整个大气温度升高，或曰其温室效应机制应该是墙壁、地面等物体以及空气中的水汽和CO2等吸收这些长波辐射后升温，再通过热传导加热氧气和氮气等其他气体。

而严格意义上讲，玻璃暖房的温室效应不应包括温室内墙壁、地面等吸热后对空气的加热效应。对比大气环境，甚至玻璃反射红外的作用也不能计入温室气体的温室效应。因此，不争的事实是：如果没有太阳(即阴天)，即便有玻璃反射红外辐射，玻璃暖房也不存在什么温室效应。——如，冬季步入春季的乍暖还寒时分，经常出现室内气温(包括阳台及南房)往往低于室外的情况显然，迄今为止的有关温室效应解释仍然是很模糊的。2024年4月1日F11.2玻璃暖房的温室效应揭秘玻璃暖房具有显著的温室效F11.3容积对温室效应的影响玻璃暖房温室效应的高低不仅取决于其吸收的太阳能，还取决于其容积。如果容积不大，吸收的太阳能相对较多，则温室效应会比较明显；如果容积很大，则其温室效应非常有限。——因为这时玻璃所反射的红外辐射有限，而需要加热的空气很多，其温室效应必然大打折扣。2024年4月1日F11.3容积对温室效应的影响玻璃暖房温室效应的高低不仅F11.4大气温室效应揭秘大气是开放体系，没有玻璃对红外的反射，因此，所谓的CO2等温室气体的温室效应机制只能是自身对地表红外辐射的吸收升温，然后对其周围大气中的氧气和氮气等气体的一种加热效应。∴大气温室效应取决于大气容积以及大气构成对比大气与玻璃暖房不难发现，大气高度和容积之大，远非玻璃暖房所能比拟；且大气没有玻璃对红外的反射作用(玻璃暖房最重要的制热机制)CO2等在大气中属于微量的“温室气体”,因此其温室效应应非常小IPCC宣称人为CO2等温室气体排放增加所导致的辐射强迫为2.43W/m2，依据何在？

——地表对大气以对流和导热方式传导的热量，不能计入CO2等温室气体的温室效应。2024年4月1日F11.4大气温室效应揭秘大气是开放体系，没有玻璃对红F11.5大气温室效应与气候变暖的矛盾

温室效应——温室气体吸收地表长波辐射能大气温室效应的应有特性——白天地表温度高于夜间，白天地表长波辐射必然强于夜间，因此白天的温室效应应高于夜间，至少不应小于夜间如果是温室气体导致全球气候变暖，应该是白天增温幅度大于夜间，而不是相反。但事实是，全球气候变暖中夜间增温速率是白天的2倍(IPCC第三次报告)。

——目前的大气温室效应机制无法给出合理的解释，这说明全球气候变暖的规律与温室效应机制不符。2024年4月1日F11.5大气温室效应与气候变暖的矛盾温室效应—F11.6CO2和水蒸汽温室效应的比较水蒸汽是主导气候变化的气体，其凝结辐射特性是最主要的温室效应大气中水汽浓度在0.1%-3%之间；CO2的热容量(MCp)只有水汽的41.1%-1.4%，即CO2的温室效应只有水蒸汽的41.1%-1.4%；——按平均水汽浓度1%估算，CO2的温室效应只有水蒸汽的4.1%全球多年平均降水5.77×1014m3，是大气质量的11%；释放的潜热达1.44×1021kJ(L=2500kJ/kg)，折合辐射强度约40W/m2(45%向地表辐射)——可独立作用于大气；大气中，CO2的质量是全年降水量的1/189，大气质量的0.58‰，只能释放些许“显热”，四典型城市平均日较差9.82℃，即CO2的作用甚微——且不能独立作用于大气;2024年4月1日与水蒸气相比，CO2的温室效应可以忽略F11.6CO2和水蒸汽温室效应的比较水蒸汽是主导气候变F11.7电磁波可见光：波长在380～780nm范围能引起视觉的电磁波；红外线：0.76至400微米；微波：

1mm-300mm(1GHz-300GHz)Baidu百科：300MHz-300GHzF11.7电磁波可见光：波长在380～780nm范围能F11.8太阳辐射光谱和地球辐射光谱引自J.V.艾里巴恩和H.-R.禚，1980地球大气环境中的微波能量非常小F11.8太阳辐射光谱和地球辐射光谱引自J.V.艾里巴恩F11.9大气吸收光谱水汽、二氧化碳