气候变化问题的非主流思考
图一：南极冰芯资料，覆盖65万年。其中：δD为氘的变化，代表局地温度。阴影带状区域表示当前和以前的间冰期暖期。
图二：2005年以前1万年(大图)和自1750年(嵌入图)以来，大气二氧化碳、甲烷和氧化亚氮浓度的变化。图中所示测量值分别取自冰芯和大气样本(红线)。相对于1750年的辐射强迫值见大图右侧的纵坐标。
图三：全球平均辐射强迫
图四：宇宙射线和全球云量的关联的变化(H.svensmark，Phys.Rev.Lett.81(1998)5O27)
图五：1860～2000年间宇宙线变化趋势。虚线: 从格陵兰冰芯10Be丰度变化推算。 实线：从太阳日冕磁力线密度推算。
图六：观测到的全球地表温度的变化与模拟结果比较。黑线为1906～2005年期间的年代际观测平均值，阴影区为气候模式模拟的5%～95%的范围，蓝色阴影区仅使用自然强迫的模式模拟，红色阴影区同时使用自然强迫和人为强迫（取自IPCC第四次报告第一工作组技术报告）。
自2007年IPCC（联合国政府间气候变化专门委员会）第四次评估报告公布以来，在气候变化问题上，一种主流理论就获得了“政治正确性”的地位，它由3个主要环节组成。
1. 大气CO2浓度从工业革命前的280ppmv升至450～550ppmv后，全球平均气温可能将上升2℃～3℃；
2．若全球平均气温上升2℃以上，将可能给人类带来重大影响，突出地表现为海平面上升、物种灭绝、极端天气事件频率增加、热带传染病北上、全球粮食短缺、水资源供应不足，地区冲突增加等；
3．世界各主要国家必须立即采取各种行动，减缓全球变暖，使2050年CO2排放量降低到1990年排放水平的50%，且越早采取行动损失越小。
事实上，学术界对这个理论的质疑之声从来就没有中断过，但是这种质疑之声很少为公众知晓。2007年IPCC获得诺贝尔和平奖，主流理论事实上已经被视为近乎真理，进而成为政治家们在国际政治、外交博弈中的工具。
使公众能均衡地了解各方见解，是社会理性的基础。2007年2月IPCC第四次评估报告第一工作组报告正式发布后不久，笔者曾撰文正面介绍了主流理论（见《从气候变化到环境伦理》《科学时报》2007年3月19日五、八版）。现在，主流理论如日中天，一些势力正有组织地大力渲染主流理论，笔者认为有必要客观介绍学术界的质疑。
颠倒：因与果
主流理论能被广泛接受，有两个非常扎实的论据：20世纪，尤其是后半叶，大气中温室气体的浓度明显增加和气温明显升高。对这两个论据，质疑者甚少，几乎可以视为定论（对“气温明显升高”的判断，仍有少数学者持有异议）。
IPCC第四次评估报告第一工作组报告中，真正打动笔者的是覆盖65万年的南极冰芯资料（见图一）。
数据显示，过去的65万年中，地球经过了几次冰河期与冰间期的交替。冰河期温室气体浓度下降，而冰间期温室气体浓度上升，但整个波动被控制在一定的范围之内（以CO2为例，图中蓝色横线标出了65万年来的波动范围）。而今，温室气体浓度远超出历史上任何一次冰间期的水平，大自然控制温室气体浓度的稳定机制被打破。这无疑是对主流理论最有力的支持。
图中δD为氘的变化，代表局地温度。它与各温室气体的浓度显示出相同的走势。然而，如果是温室气体浓度的变化导致的气温变化，那温室气体浓度的变化应先于气温的变化，至少不应滞后于气温的变化。而有细心的学者发现，情况可能相反。
笔者在图一中从δD曲线的主要局部极值点引出了一些纵线，借以比较各曲线的相位。容易看出，在很多情况下δD曲线的转向早于、快于温室气体浓度。这是否意味着是气候变化驱动了温室气体浓度的变化？因果关系的这一颠倒，对主流理论是颠覆性的，它至少表明，温室气体浓度变化导致气温变化这一判断值得商榷。
上引IPCC第四次评估报告第一工作组报告是2007年2月正式发布的，然而，2008年IPCC出版的《气候变化2007综合报告》中引用的是仅覆盖1万年的冰芯资料（见图二），而非上述覆盖65万年资料，图二中没有了表征温度的资料，读者无法进行比较以探究因果关系。
为什么？
图二中的左侧纵坐标为温室气体浓度，右侧纵坐标为辐射强迫。其隐含的假设是：温室气体浓度与辐射强迫线性正相关，这意味着温室气体浓度与温度线性正相关。
主流理论认为：大气CO2浓度增加1倍后，全球平均气温将上升2℃～3℃。但这只是一个模拟值，它由不同的数值模式计算后平均得出，不同模式输出的增温值差异甚大，从1℃左右到6℃以上，数值模式是否已成熟到能够准确评价全球平均气温与大气CO2浓度的关系？
观察图一可以发现，两者的关系其实是高度非线性的。这意味着主流理论用大气CO2浓度估算的未来气温有相当的不确定性。
遗漏：无法忽视的因素
一般来说，地球从太阳吸收的辐射主要集中在地球表面，然后这种能量又通过大气和海洋环流重新分布，并且以长波方式辐射回太空。把地球作为一个整体来考察，进入的太阳辐射能量和出去的太阳辐射能量大致平衡，而失衡的部分即为地球—大气系统获得/失去的净辐射能量，学者们定义其为辐射强迫。在IPCC的评估报告中，辐射强迫被进一步定义为相对于1750年的变化，除非另有说明，辐射强迫是指全球年平均值。
任何改变、接受、失去太阳辐射到太空的因子，或改变大气、陆地与海洋中能量重新分配的因子，都会影响气候。对此，IPCC的第一工作组技术报告作出了逐项分析（见图三），其结论是：人类排放的CO2是最强的增温因素，而云反射是最强的降温因素，各项因素的综合作用导致1.6W/m2的全球平均辐射强迫。
对图三列举的“辐射强迫”诸因素，有学者质疑，认为可能遗漏了重要的因素——宇宙射线。中国科学院理论物理研究所庆承瑞在《一个可能影响全球变暖的重要因素宇宙线和气候的关联——介绍CERN的CLOUD实验》（《高科技与产业化》2008年6月）一文中，介绍了欧洲学者们的一项工作。
1997年，Svensmark和Friis-Christensen发现，宇宙线强度的变化和地球大气层中的云量覆盖厚度的变化有关联（见图四）。
图四中“虚线”为太阳10.7cm射电波辐射(注：这是太阳辐射频谱中穿透本领较大、可直达地面的波段)的变化曲线；“实线”所表示的宇宙线的数据取自美国climax中子测量数据；而方格为全球海洋上空平均云量的相对变化。
数据显示：云量的变化和宇宙线的变化高度同步，呈现出正关联。如果此图上所显示的关联是真实的，一种可能的解释是：宇宙线的增强导致云量的增加，而云量的增加会屏蔽太阳辐射，最终使气温下降。
如果真是如此，从上述强关联，人们曾估算出：太阳黑子一个周期的变化能使辐射强迫增加约1.2W/m2；而如上所述，上世纪由CO2产生的辐射强迫是1.6W/m2。这表明这一“效应”绝不可忽视，因为1.2W/m2是1.6W/m2的75%。
由10Be浓度和太阳日冕磁力线密度数据推断的宇宙线变化，表明自1990年以来，宇宙射线波动着减弱的大趋势，这与20世纪气候变暖的趋势一致。（见图五）这对20世纪气候变暖提供了另一个可能的解释。
据此，欧洲日内瓦高能物理研究中心实验室CERN于2000年正式提出一项实验建议，研究宇宙线和大气中凝聚水滴形成的关系，全名是“Cosmics Leaving OUtdoor Droplets”（简称“CLOUD”项目）。2006年，CLOUD实验被批准，已分别在2007年和2008年发布了工作进展报告。
可见，虽然在气象界多数人士认为，气温上升的原因，有超过90%以上的概率是人类社会大量排放温室气体，主要是排放CO2的结果。但这并非气象界和气象界以外学者们的共识。
地球气候系统高度复杂，认识影响其变化的因素和可能须经历多次反复，将现有的认识视为确论，可能过于自信。例如，过去大多数人一直认为地球上最大的一个南极臭氧洞是人类活动造成的。但南极人口及工业极少，人口主要在北半球。俄罗斯学者塞瓦洛特金的研究结果表明，这是由围绕南极洲的大洋底裂谷向大气圈排放还原气(H2、CH4)造成的。（杜乐天《地球排气作用的重大意义及研究进展》《地质论评》第51卷第2期2005年3月）
“模式”：自信的来源？
对于未来气候的走势，主流理论主要依靠气象数学模型预测。在气象学界，数学模型被称为“模式”。用于气象预测的称为“天气预报模式”，用于气候预测的称为“气候模式”。根据复杂程度不同，气候模式可分为简单气候模式、耦合气候系统模式以及中等复杂程度的地球系统模式。IPCC历次报告主要采用耦合气候模式结果评估气候变化。
在基本模式相同的前提下，不同的研究者采用了不同的技术处理，导致不同的模拟结果。气象学界普遍认为，不同的模拟误差相互独立，多模式集成能够减少不确定性，改善气候预估效果。
循着这样的思路，IPCC第四次报告对1906～2005年期间的年代际观测平均值作了模拟对比，一是只考虑自然因素（包括太阳活动和火山的原因），二是再加上人为因素（即温室气体排放），其结果见图六。
图六显示，20世纪50年代之后，考虑温室气体排放等人为因素的模拟结果明显优于不考虑此因素的结果。这为主流学者提供了信心，将自己的判断从“可能”（>66%）升格到“很可能”（>90%）：
“自20世纪中叶以来，大部分已观测到的全球平均温度的升高很可能是由于观测到的人为温室气体浓度增加所导致的。这是一个进步，因为《第三次评估报告》的结论是‘过去50年观测到的大部分变暖可能是由于温室气体浓度增加’。”（IPCC《气候变化2007综合报告》）
然而，观察图六可以发现，在20世纪10、20和40年代，观测数据都落在两类气候模式模拟的5%～95%的范围之外，尤其是40年代，更是远离这个范围。这意味着存在现有模式尚未考虑到的因素。
用于检验模式的时间区间为100年，据此就作出100年甚至以上的外推，风险甚大。地球气候系统不是一个孤立体，受到各种外部因素的作用。如果其中某个因素在这100年内变化明显，它就可能被观察到，并反映在气候模式中；反之，如果它在这100年内相对沉寂，气候模式就不可能包含它。
事实上，IPCC第四次报告主要采用“耦合气候模式”结果评估气候变化。耦合气候系统模式包括大气模式、海洋模式、陆面模式、海冰、碳循环等模块。站在气象学的立场，视野已经大大扩展，它带来的工作量已经极为繁重。
然而，所有这些都是地球表层系统。对流层高约10公里，平流层高50公里，海洋最深处是太平洋西侧马里亚纳海沟的查林杰深渊，深11公里。可见，被“耦合气候模式”当做“孤立体”研究的是一层平均半径3671公里、而厚仅60公里的“球膜”。而地壳、地幔、地核占地球系统总质量的99.9％，很难想象它不会影响这“球膜”的行为。
太阳是地球最大的外来能量提供者，它又带着地球在银河系中巡游，一次次穿越银河系的旋臂，很难想象这些巨大的外部因素不会影响这“球膜”的行为。
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