闲侃地球黄赤交角的变化：地球在变暖吗？

艾茉莉

这几天酷热，第二波热浪开始袭人了，最高气温连续两天达到 38 摄氏度。去年整个夏天几乎没有这么热过。下周据说郑州一带更为变态：最高气温会在43～44度俳徊好几天。

目前地球到底是在变冷还是变暖，尽管这貌似比较明显，但实际上这一直是个争论不休的问题，而且在中文论坛，我似乎注意到了一个怪现像，就是支持地球变暖的人以传统意义上的“右派”居多，支持地球变冷的则以“左派”居多 ---- 这其中的缘由不外乎是从政治或者经济角度去考虑问题所致，例如若承认了地球在变暖，这就等价于承认了中国有责任拿出一部分钱出来用于减少二氧化碳等的排放上去，而这对发展中国家的发展 (例如航空公司价格上的竞争) 是不利的；例如美国施加压力给中国要求减少碳排放，因为中国早就已经成了世界上的头号二氧化碳排放国（疫情前占据全球碳排放总量的 30%)，另一方面中国却指责美国的人均碳排放是中国的三倍，等。

所以我们的讨论得排除这种干扰，不讨论中国是不是应该参与以及怎么样参与控制碳排放，只讨论现在地球是不是在确实变暖；以及，如果地球确实在变暖 (或者甚至在变冷)，那么我们人类自身的“贡献”占据多少份量。比较明显的是，如果人类自身的“贡献”(特别是工业化带来的部分) 所占据的比重很小，那么除非咱们的“贡献”是压垮骆驼的最后一根稻草，那么什么里约热内卢公约、京都协议就没多大的意义。

如开始所言，咱们这里今年比较热，去年夏天比较凉爽，这就表明在局部时间局域地区讨论地球气温的变化没多大的意义；咱们只能从全球范围较长时间跨度下去考查。从这个意义而言，地球的气温确实是上升的，这可以从下面的观测图中清楚地看出。其中第一个图是过去一千年的气温变化图 (不同的颜色表示数据取自不同的来源)，第二图描述了自 1880 年以来的全球气温变化，取自 NASA-GSFC。

艾茉莉

从图中可以看出，若不考虑过去 100 年，地球的气温其实是缓慢下降的，尽管一千年下来也大约只降低了半摄氏度；从 1900 年附近开始，这个总的变化趋势就改变了，变成了上升，过去一百年内全球气温大约上升了 0.7-0.8 摄氏度。

好，真正的争论来了 ---- 这里我总结一下来自论坛的争论，尽管可能有挂一漏万之嫌，但是好在网络上比较好的综述文章不少，例如 wiki 百科的介绍，

BBS 观点-1) 地球的温度确实在升高，主要因素是工业文明带来的温室效应，它不但抵消/扭转了百年之前的温度下降趋势，而且还使得全球温度明显升高；
BBS 观点-2) 地球实际上在继续变冷，小冰河时期 (Little Ice Age) 即将来临，地球过去一百年的温度升高只是小冰河时期来临的前奏曲。

艾茉莉

1) 目前是主流，被大部分人 (>= 75%) 所承认，其中包括几乎所有的gov's (尽管可能有少数 gov 是因为“大势所趋”而被绑架的)。“民间”认为这个观点的，主要是欧洲。这也是过去里约热内卢公约、京都协议等能签订的原因。自然，这里的“温室效应”只是个笼统的说法，牵涉的原因很多，例如主因二氧化碳的排放，还有甲烷，森林和植被的破坏、太阳的周期活动 (周期大约 11 年，以著名的黑子为代表)，等。上面给出的温度变化曲线自然支持 1)，因为过去一千年来温度是下降的，但是最近一百年来它却突然明显上升，而且幅度很大，你不能假设这和地球的工业化无关，将这些解释为巧合。

艾茉莉

2) 其实依赖一个假设：假设人类的活动 (例如温室效应) 和大自然相比，其实是微不足道的，所以有些人 (特别是“左派”) 声称“气候变暖是炒作、作秀”等。不过现在的研究似乎否定了这点，尽管也承认非人类行为 (例如太阳变化理论) 有时也可能起重要作用。抛开这点，我们可以继续追问：
    2a) 有证据表明“地球开始冷化 北极冰层一年扩张六成” (见 example link)，尽管这是局域地区局域时间的结果，没多大的统计意义，但“地球变暖”能否就此现象给个折衷的解释？
    2b) 为啥过去一千年来的总趋势是温度下降？

艾茉莉

我看这可以从地球的黄赤交角的改变作出些定性的说明。这个解释没有在我上面列举的 wiki 词条里出现，我有些不解，因为这是个比较明显的因素。适才不死心狗了狗黄赤交角的改变对地球变冷变暖的影响，好像是难以明着找到，所以我这里罗嗦几句，试图就上述“诘难”给个大体上的解释。

众所周知，咱们这个地球之所以有春夏秋冬四季，根源在于赤道面 (自转平面) 和黄道面 (公转平面) 是不一致的，它们之间有个夹角，称为黄赤交角，目前这个夹角大约是 23°26'。现在太阳还在北半球上空，不久以后就是秋分，秋分那天太阳就会在赤道正上空傻呆着，不南不北，不偏不倚。

为啥上面咱们说“目前这个夹角大约是 23°26'” 或者 23.44° 呢？这是因为受地球的章动 (Nutation) 等影响，黄赤交角是变化的，在 22.1°至 24.5°之间变化，周期是41,000年，目前正在减少。我们可以很粗地用线性估值来看黄赤交角什么时候会变得最小 ( 22.1°)，随后开始变大：
      T = 20,500 * (23.44 - 22.1)/(24.5 - 22.1) = 11,446

也就是说，以后大约一万一千多年中黄赤交角都会逐渐变小，直到达到最小值  22.1°。一万一千多年对地球而言，不过是弹指瞬间，但对于人类文明史而言，已经算很长了。谁能想像地球一万年后会被我们折腾成什么样子么？

黄赤交角正在减少意味着啥？很明显，它直接带来两个后果：
1) 太阳辐射向赤道集中，所以赤道和低纬度地区会更热，南北两极和高纬度地区会更冷；
    1a）地球因为冷热更加不均衡，所以会有更大的概率出现极端气候；
2) 地球的平均温度将降低。

1) 几乎是不言而喻的，无须解释，2) 稍微难理解点。通常，地球的大气层类似个灰体，地表的热量主要来自太阳的辐射，大气的热量则主要来自于地面。考虑极端情形，如果黄赤交角是零，太阳永远照在赤道上空，这时赤道附近地表的辐射最强，地球将损失最多的热量；但若黄赤交角很大，例如 90 度 (例如像金星或者天王星)，地球吸收的太阳辐射就会比较均衡，而更均衡意味着地表总辐射减少。

假设将黄赤交角的改变 (不是黄赤交角本身的大小) 记为 a 这样个小量，那么地球上某点的温度改变有可能是 O(a) 或者 O(a^2)，等，而地球整体上的平均温度的改变，应该是 a 的更小一阶的量，例如  O(a^2) 或者 O(a^3)，等 ---- 当然这只是无关宏旨的估测，即使错了也无伤大雅。当然，这方面若能得到气象专家的评论，即使是数理级别的那种很粗略的估算，也无疑是很不错的。

所以，大家看到了么，黄赤交角的减少恰好表明了：1) 地球整体温度应该下降；2) 赤道和低纬度地区会更热，南北两极和高纬度地区会更冷。

比较幸运的是，我们的工业革命恰好发生在黄赤交角变小这个时期，所以因它导致的地球整体温度应该下降，部分抵消了二氧化碳等带来的温室效应，使得我们能多喘一口气。如果不幸我们的工业化发生在黄赤交角增加这个时期，那么黄赤交角增加会造成地球的平均温度升高，所以我们会觉得这是雪上加霜，苦不堪言。

雪若

鸿蒙宇宙之中，我们只是蝼蚁，微不足道。

记得高中 时学地理，讲到过太阳风，太阳风暴，太阳黑子对地球的影响。还有太阳活动极大年，极小年的说法。

太阳一动，地球就水深火热的。而我们这些肉身皮囊，怎么经得住呢？

艾茉莉

雪若 发表于 2025-7-30 09:26
鸿蒙宇宙之中，我们只是蝼蚁，微不足道。

记得高中 时学地理，讲到过太阳风，太阳风暴，太阳黑子对地球的 ...

近几年，按照以往的统计，应该到了太阳黑子“猖獗”的时期

天空随风

探索地球变暖还是变冷，是需要以万年计算的，这短短的千年时间根本不足为凭。冷暖交替变化，这不是以人力为转移的，人类的这点工业活动根本微不足道。所谓的碳排放，地球变暖，只不过是美帝遏制我国发展的手段而已

雪若

艾茉莉 发表于 2025-7-30 09:34
近几年，按照以往的统计，应该到了太阳黑子“猖獗”的时期

我记得还有什么“太阳耀斑”，太阳哪怕打个喷嚏，稍微有点动作，地球就受不了。

艾茉莉

雪若 发表于 2025-7-30 09:47
我记得还有什么“太阳耀斑”，太阳哪怕打个喷嚏，稍微有点动作，地球就受不了。 ...

雪若可以啊，这论坛还记得太阳耀斑的人，比例估计不会多高。