中国气象局第29期“直击天气”：世界气象日——“太阳、地球、天气”

发布时间：2019-03-19  |  来源：中国网  |  责任编辑：张钰

尊敬的各位来宾，各位媒体朋友们，大家好，欢迎各位来到第29期直击天气与科学家聊天。本期的主题是太阳、地球、天气，这也是即将要到来的世界气象日的主题——太阳、地球和天气。 不久以前，大家肯定都在关注一部电影，这部电影被称之为中国科幻电影的一个里程碑——《流浪地球》。这部电影的主题讲的就是当太阳开始萎缩没有能量之后，地球要进行一个整体的迁移。那部电影重新燃起了大家对于太阳、地球、天气气候的关注。 大家都在说未来全球气候是一个变暖的状态，而太阳作为地球提供能量、光照，以及四季变换、日夜更替的一个重要因素，那么，未来我们如何利用好太阳系中唯一的一颗恒星，让地球未来能够不去流浪，保护好地球呢，是今天直击天气与科学家聊天我们要关注的一个话题。 这也是直击天气与科学家聊天第一次来到国家卫星气象中心空间天气会商室。我记得以前都是在演播室里来进行节目录制，现在来到了中国气象局科研最前线，希望大家感受到科技的力量。未来随着科技不断的进步变化，我们将会用更多更有效的科技手段去关注天气。我们很荣幸请到了三位专家，他们是国家卫星气象中心空间天气室主任张效信、中国气象科学研究院灾害天气国家重点实验室研究员张华、中国气象局风能太阳能资源中心研究员申彦波。三位专家将会从各自研究的领域出发，围绕卫星、空间天气、太阳能资源、灾害天气、气候变化这些领域跟大家进行分享。 首先我们要聊的第一个话题就是与世界气象日有关，太阳、地球、天气，应该如何理解它们之间的关系？

2019-03-22 09:57:08

大家好，今年世界气象日主题设为太阳、地球和天气，首先我就发表一些个人的看法。我本身是做气候变化的，怎么理解他们之间的关系呢，我觉得可以从这么几点： 地球本身有自转运动，还会围绕着太阳做公转运动，我们知道地球的自转运动就形成了昼夜的变化，而围绕着太阳形成黄道面的公转运动，以及地轴相对黄道面有66度34秒的倾斜，就形成了四季和地球上不同的气候带。地球大概有5个气候带，从热带、南北温带到南北寒带。太阳几乎可以说是地球唯一的热量来源，地球大气几乎99.99%的热量来源于太阳，所以没有太阳就没有地球生存的环境，也没有气候以及天气过程。太阳给了我们生存需要的热量，也给了我们需要的水分。 那它们之间到底是一个什么关系呢？地球围绕太阳的自转和公转形成了昼夜和四季。具体来说，来自太阳的辐射到达大气上界以后，会通过大气的传输到达地球。地球收到了这个能量便会向外发射长波辐射，即通常所说的地球辐射，这两者的平衡决定了大气和地面的温度。由于受太阳高度角和下垫面性质的影响，会造成南北纬向的温度梯度，不同纬度的温差和海陆温差，驱动着全球大气各种尺度的运动，包括大气环流运动、各种中长期天气过程、中小尺度对流过程，像台风和暴雨等恶劣的天气过程，都是由于上述温度结构驱动的热力、动力和水分循环在一定的触发机制下产生的，这个是我能想到的它们三者之间的关系。

2019-03-22 09:58:52

谢谢张华老师。请申彦波老师聊聊对这三者关系的看法。

2019-03-22 09:59:07

张老师刚才讲的很深刻，我简单谈谈。 从人类生存的角度来说，太阳、地球、天气或者是大气，构成了人类赖以生存或者是地球上所有的生命能够生存的三个必要条件。太阳是能量的来源，地球上99.99%的能量来自于太阳；地球是我们脚下所踩的大地；大气层是地球上能够存在生命的基础。 从现实的角度来说，在这三个必要条件中，整个大气层或者是天气的变化更是不可或缺的。我们知道，环绕太阳的还有其他的行星，包括木星、金星、火星、水星、土星等，它们也都有太阳提供充足的能量，但为什么这些星球上没有生命的繁衍，很重要的一个原因就是因为没有大气层的存在。没有大气层，生命就没办法呼吸，没办法繁衍，所以从这个角度来讲，大气层更为重要。从《流浪地球》的电影视角来说，太阳出问题了我们把地球带着跑，可以去寻找另一颗能够提供能量的恒星，同时别忘了地球外面的大气也得带着跑，只有把大气带上，人类的生命才能够继续延续。所以，我认为大气层存在对于人类生命是更为重要的。今年的世界气象日之所以立这个主题，我觉得很重要的一个原因就是提醒人类要更好地保护地球、保护大气，谢谢。

2019-03-22 09:59:19

请张效信老师。

2019-03-22 09:59:33

今年的主题是太阳、地球、天气，中国气象局主题科普宣传就是空间天气和二十四节气。我从个人的理解来谈一谈三者的关系。 传统的天气基本上包括了从地表以上到30公里高度范围的大气，传统的气象预报相关业务也是这个范围开展。实际上刚才也谈到了天气不是独立的，太阳作为人类生活或者是天气很重要的一个能源，99.99%是太阳的能量对天气的影响，将近0.01%或者是更小的能量是太阳影响的环境对天气的影响。从太阳到地球空间这么一个浩大的空间环境，实际上也是传统天气的上边界，既然是上边界，就一定会对天气有影响。 再说一下地球。地球从地表到以下，应该是作为传统的是天气下边界，下边界包括比如地表潜热、焦耳加热、重力波等都是对天气有影响的。它们三者的关系，从物理上或者化学过程中是怎么相互影响或者相互作用的，可能是值得关注的话题。三者是相互作用、相互影响的，但是又是相对独立的，能够把这三者结合起来研究是一个值得探讨的主题。

2019-03-22 09:59:43

谢谢三位专家。三者之间的关系非常的密切，大家通过电影就可以知道，太阳出问题了以后地球日子就不好过了，天气必然是恶劣的，地球表面的万物基本也无法生存，大家只能把自己的家园安排在地下，这个就是太阳与我们整个地球和天气巨大的影响和作用。那接下来有请三位专家分别就自己研究的领域关于太阳地球天气进行阐述和分享，首先还是请张华老师，主要聊聊太阳的辐射是如何对地球产生影响的，大家非常关注全球气候变暖究竟和太阳有什么样的关系？

2019-03-22 10:00:05

谢谢主持人。我想从能量的观点来说一下，太阳辐射怎么影响我们地球，怎么造成全球变暖的？ 太阳辐射经过平均的日地距离到达大气层上界以后，对大气顶有一个太阳辐射的入射通量，这个值现在是约1360瓦每平方米，通常被称作太阳常数。这个数值有一个平均11年的变化周期，历史上的长期变化幅度是几十瓦，在近三十年来也只有1到2瓦左右，所以可以把它在影响天气气候尺度上作为一个常数来看待。太阳辐射到达大气上界以后，由于有云、海洋以及陆表各种植被的存在，形成了地球大气的一个行星反照率，平均是30%。也就是说，太阳辐射到达大气顶部后有30%的能量返回到外太空了，只有70%的能量能够进入大气层、到达地面。其中，到达大气的部分，有23%被大气吸收了，因为大气中存在水汽等温室气体、气溶胶和云，这些介质会吸收一部分太阳辐射。同时，大气当中的气溶胶、云以及大气分子，会散射一部分太阳辐射，有大约23%被反射回外太空，最后到达地球大气的能量大概有56%左右。地面也有一个反照率，由于有不同的植被、海洋，海冰，这56%的能量中有7%左右又被返回外太空了。所以地球表面大概吸收了太阳入射到大气能量的46%左右。 这46%左右的能量就用于加热地球表面，地球表面吸收了太阳能以后温度必然会升高；温度升高以后有一部分的能量就会以潜热和感热的形式传至大气，这部分的能量是驱动对流产生的一个能量来源。 地表温度升高以后会向大气中发射一个长波辐射，这部分的能量有85%左右被大气中存在的温室气体，比如二氧化碳，甲烷，臭氧等气体吸收了。大气吸收这部分的能量后，又传给到地球表面，使得地面温度升高，这个就是我们通常所说的温室效应。随着人类对物质生活追求的不断提高，会把地球上亿年形成的石油、煤炭、天然气从地底下挖出来，通过工业活动、生活活动等释放到大气中，造成额外温室气体的增加，导致一个额外的温室效应，会造成大气和地面一个额外的增暖，这个就是我们所谓的全球变暖的概念。

2019-03-22 10:01:30

全球变暖主要说的就是自工业革命（1750年）以后，人类开始向大气排放大量的温室气体，使得全球地表平均气温升高的一个现象。所以说全球变暖有一个时间尺度和空间尺度，时间尺度是100多年，空间尺度是全球平均地表气温升高。它不是指一两天、一两个季节，也不是指几年，而是指这100多年升高的现象。去年美国特朗普总统在他的微博上说，今年都这么冷了，科学家还在说全球变暖。实际上，某些冷事件也是在大的全球变暖背景下激发产生的。科学家们发现，全球变暖会激发一些极端寒冷的事件，或者是高温热浪、干旱等事件的发生。 大气的温度结构，包括大气层的温度和地面的温度，是由太阳辐射和地球发射的长波辐射两者共同来决定的。但是，由于受海陆分布等地理差异的影响，同时还受到大气中温室气体、云和气溶胶分布等的影响，地球不同地区收到的热量状况是不一样的，温度的升高也是不同的。南北纬度温度的差异造成了大气环流，海陆的差异就造成了海陆风环流，它们共同影响大气的水分循环过程，产生中小尺度天气过程，如气旋活动、涡旋活动、云和降水过程等天气过程。

2019-03-22 10:02:41

谢谢张华老师。全球气候变暖主要是温室气体温室效应，这个是非常主要的原因，全球气候变暖并不一定是说在某一些地方不允许出现极寒的天气，但是整个天气不是很均匀的分布的，极端事件频发，这里是极端极热的情况，某些地方是极寒的，从平均温度来讲是变暖的趋势。

2019-03-22 10:03:01

谈到这个一定要跟时间尺度联系起来，在小时到10天内的时间尺度上天气过程是由动力过程决定的，几十年以上长期的气候变化就是由大气辐射驱动的，而对于气候变率这种年际和年代际至十年际尺度上的还是由气候系统内部因子，如海洋温度的变化海陆温差的变化等决定的。

2019-03-22 10:03:13

接下来有请申彦波老师从气候资源认识和利用未来的前景给我们做分享。

2019-03-22 10:03:23

好，之所以在太阳、地球、天气主题下面列了气候资源的这个问题，是因为这两者之间是有密切联系的。所谓的气候资源就是太阳辐射穿过大气到达地表后，以各种气象要素的方式呈现出来，可供人类利用的能量。这些气象要素包括辐射、风、气温、水汽等。人类对于气候资源的认识和利用自古以来就有，古人很早就知道根据气象特征的变化来安排农业生产，包括气温的变化，日照的变化，雨季的变化等，这些变化特征对庄稼的种类、分布等都有影响，这实际上就是对气候资源的利用。今天，随着科学技术的发展，气候资源的概念也有了更多的内涵和外延，我们现在讲的气候资源包括了风能资源、太阳能资源、空中水资源、农业上利用的温度资源、光合有效辐射资源，以及气象旅游资源等，都是气象因素影响的资源。与古代相比，现在的气候资源有了很大的外延。风力发电、太阳能发电是目前经常能够看到的两种最主要的利用气候资源发电的方式。 我国从本世纪初逐步开始大规模风力发电和太阳能发电。我国的风电装机容量在2009年，光伏发电装机容量在2015年成为世界第一，发展的速度非常快。去年，我国的风电和光伏发电占整个电力供应的10%以上，最早的时候这个比例只有1%到2%。放眼未来，随着传统的化石能源，包括石油、天然气、煤炭的消耗越来越多，风能太阳能等可再生能源将会有非常好的发展前景。但是，可再生能源能否健康平稳发展，将取决于两个方面：第一是该类能源成本的下降，第二个是技术的提高。从能源成本来看，过去大家形成的思维定势是风电、光伏发电的成本会很高，但实际上，经过最近这十几年的发展，风电已基本实现平价上网，光伏发电也在逐步地向平价上网靠近从技术发展来看，可再生能源技术近年来也在快速地发展。我们知道，风能太阳能资源的开发利用，一个很大的问题就是这两种能源都不稳定，要“靠天吃饭”——太阳出来可以发电，有风可以发电，但阴雨天发电就会受影响，无风的时候风机也不能发电。对于用户来说，晚上需要用电的时候没有太阳，白天不需要那么多电但太阳能又很充足，这就会造成一定的困扰。目前，也有很多技术在研究解决这些问题比如储能，如果把能源存储起来，就可以变成一个稳定的能源，在需要的时候去供应。另外，随着特高压电网的建设，也可以支撑更多的波动性电力并网。因此，随着未来技术的发展，不光是在中国，全世界的可再生能源发展都会有一个非常好的前景。

2019-03-22 10:03:34

好的，谢谢申彦波老师。申老师对于未来气候资源所产生的能源应该是持非常乐观的态度，“太阳不萎缩地球不流浪”，这些资源都是可以随着科技的进步进行有效利用。最后，请张效信老师从空间天气和人类生活角度来给我们进行一下分享。

2019-03-22 10:04:07

这个话题来源很有意思，过年的时候《流浪地球》上映，给大家提供了一个很好的环境，对于空间天气、空间环境有所了解。大家很关注空间天气的概念，从地球地表到太阳整个浩瀚空间分成不同的区域，在30公里以下或者20公里以下就是大家关注的天气概念。但是从30公里或者是20公里一直到太阳这整个浩瀚广大的空间，也就是我们在电影里面看到得场景，这个空间的状态会对人类生活产生影响。空间天气的来由很有意思，过去我们祖辈那一代很少有人谈论空间天气，因为那时候我们不了解卫星、火箭、飞船，大家也不会关心大气以上是什么样子的。随着人类生活、科技的发展，人类开始关注大气上边到底是有什么，人类开始迈向传统天气高度以上，一直到太阳系整个环境里面。人类开始利用火箭或者是气球往高度探索，到几十公里越来越高，这个环境跟人类生活密切相关。实际上，我们的生活随着人类走上了外太空，空间环境跟人类活动相关的东西越来越多，比如说航天、航空，都是人类慢慢走向高度空间里面产生的一些活动。是什么保护了人类的生存环境？第一个首先是大气，这是大家都认同的，如果没有大气层、高层大气的臭氧，那太阳的辐射直接把我们烧掉了，人类可能就不会生存。 太阳发射出来的物质实际上包括了三种形式，比如太阳辐射并不仅仅是我们看到的光和热，还有很多紫外部分实际上我们是看不到的，大气层再厚也很难把这个百分之百阻挡掉。大家很关心太阳的影响有哪儿几种形式，第一个形式就是辐射，第二个形式就是从太阳喷出的带电离子。很多高能离子、高能电子、重离子都会跑道我们这个空间，这些能量很高的话，比如坐飞机，其实根本挡不住这种辐射，这种辐射对人的影响非常大。 除了大气之外，地球还存在另外一个保护伞，就是磁场。如果没有磁场，人就会被高能粒子打成看不见的筛子了，自然保护伞的存在给我们的生活带来了五彩缤纷的形式。

2019-03-22 10:04:21

有人类的地方就会产生垃圾，而人类在太空中的活动越来越多，比如发射到空间的火箭飞船包括一些导弹在空间爆炸或者解体以后，没有用的卫星都会在空间里面飞行，这些都会对人类产生影响，比如将来发射卫星或者飞行器肯定是会受影响的。这些环境的状况我们怎么去了解，怎么去跟生活联系起来？我只是在这里跟大家简单讲一下。空间天气或者是高空中的状态变化跟人类是密切相关的，比如，与航空、航天也密切相关。现在载人飞船、探月工程，都是与空间天气密切相关的。这两年火星探测颇受关注，大家也看了《流浪地球》，空间环境一定是跟太阳的寿命、太阳的活动有关系。电影里面讲到，就是因为太阳的活动，或者说太阳自身的消亡发展过快引起了能量的供应减少，我们要寻找新的环境，虽然电影是虚构的，但这方面知识还是值得大家去了解，尤其是跟空间天气相关的。 还有航空方面，大家坐飞机感觉很舒服、很快，但忽略了航空辐射。在飞行高度在一万米左右时，受到的辐射是地面的40至60倍，一次到北美的飞行大概是2次胸透的辐射剂量，如果在太阳活动比较强的情况下，可能是10次胸透的辐射剂量，这在美国、欧洲已经进行了大量的实验。我们人体消耗不掉的辐射会积累沉淀在身体里，对DNA、对细胞环境、对血液环境产生影响。目前国际民航组织已经把航空辐射作为一个常规的业务内容通报给空乘和飞行员，飞行员可以拒绝飞行，也可以通过跟机场协调改航道。 空间天气看起来离我们遥远，但它对导航通信、电网运行、包括人类在内的生物，对国家经济和我们生活方方面面产生着影响。比如铺在地下的石油管道，空间环境扰动影响地磁变化，地磁变化产生了电场，有电场、有导体（大地也有一定的导电性），会把石油管道金属的电子带走，引起石油管道腐蚀。欢迎大家继续关注空间天气对人类活动的影响。

2019-03-22 10:04:36

谢谢三位专家就他们各自研究的领域作了精彩的分享，让我们燃起了对空间天气探索的欲望。接下来的时间留给各位朋友，你们有什么样的问题要提给三位专家？

2019-03-22 10:05:09

实际上，全球变暖始于人类活动开始扰动大气的那一刻，起点是1750年工业化开始，直到目前为止。1901至2012年，全球平均地表气温升高了0.89摄氏度，我国所处的东亚地区大概升温了0.9摄氏度。 全球变暖的幅度和时间取决于温室气体，像二氧化碳这些温室气体在大气中的寿命决定了它们在大气中累积的浓度，二氧化碳的寿命是100多年，氧化亚氮温室气体的寿命是114年，由于它们的生命期长，所以即使我们现在减少它们的排放，它们的累积浓度还是在增加，全球变暖的趋势还是不能停止。2018年，观测到的二氧化碳浓度达到了405ppmv，而在2011年时还是390ppmv，二氧化碳等温室气体在大气中浓度的不断增加，这是驱动全球变暖的一个主要因素。

2019-03-22 10:05:45

在未来100年里面应该是不会停止的，主要是跟人类活动有关系，如果我们人类现在特别拮据的生活，比如说不开车、骑自行车，不住大房子、住小房子，大概在未来2100年地面气温升高可以控制在1.5到2摄氏度；如果我们有节制的生活，大概未来地面气温升高可以控制在2.5到3摄氏度；如果我们仍然无节制的排放，未来到2100年地面气温升高要达到4.5到5摄氏度，这样的全球地表升温，会有很多生物就不再生存、有些生态就不可恢复了；同时海平面上升使有些小岛被淹没，影响是非常深远的。不同的国家由于它自身利益，对全球变暖和减排持有不同的态度，但可以肯定的是变暖的趋势一直没有停止，而且会持续。

2019-03-22 10:06:13

在全球变暖的大背景下，个别地区和个别年份发生极寒现象存在多方面原因，还有待科学家探索。比如，冬季北极冷涡，受平流层爆发性增温的影响，或者有某种机制使得那里的大气环流发生异常，冷涡就会发生裂变，往北美跑、往亚欧大陆跑，它一跑，就会造成这些地区的冷事件发生。 对于中国，影响季节到年际气候变化的因素还有东亚季风的异常，厄尔尼诺现象、拉尼娜现象发生的频次和强度。

2019-03-22 10:07:19

任何一个星体的变化都有周期性，太阳活动从剧烈到平静的变化周期大约是11.5年。太阳黑子和太阳活动密切线性相关，太阳黑子的变化用于表征太阳活动的强弱。所以太阳活动对地球大气和人类活动的影响也有类似的周期性。 天文学家伽利略首次发现了太阳表面上有一个黑斑，这个黑斑就是太阳表面磁场比较强的区域，比周围环境的温度低，比较起来有一点暗，看起来发黑，也就是太阳黑子。太阳活动形式中，最快的是电磁辐射，比如太阳耀斑，它到达地球的时间大概是8.26秒左右。 太阳不是一个固体的，是一个气态的等离子体球，也分不同的层，从日核到光球层到色球层到日冕层，等离子体在磁场里束缚着，但是并不稳定，太阳内部发生裂变能够产生能量，并以各种的形式对我们产生影响。一旦磁场破裂，原本被束缚的带电粒子就以极快的速度喷了出去，速度甚至可以达到3000公里每秒，几个小时就可以到达地球。 另外，太阳风是属于比较慢的一种太阳活动，大概四、五百公里每秒的速度，从太阳出发经过三、四天到达地球。

2019-03-22 10:07:48

现在太阳活动处于什么样的状态？

2019-03-22 10:08:12

现在是处于太阳活动低年，经常有一个半月、两个月没有一个黑子，在2024年、2025年应该是走向太阳活动高年，太阳活动进入高发期。 另外，从统计来看，太阳活动低年常常伴随着极端天气现象，包括暴雨、强对流等等，它们跟太阳活动是密切相关的。但具体说太阳活动与极端天气存在什么样的物理关系、太阳活动跟冰期有没有关系，还需要进一步研究。 刚才提到太阳活动的三种形式，包括了高能粒子，太阳活动高年这种现象发生的概率比较高，太阳活动低年高能粒子的喷发或者是耀斑的发生比较少，这也并不是说太阳活动低年不会有太阳活动发生。在太阳活动高年，太阳耀斑、日冕物质抛射等现象有可能同时发生，对人类的影响是多种多样的。我们之所以把空间天气业务放在气象局，跟国外一样，是把空间天气看成传统意义上天气的一个外延。大家对空间天气的关注程度没有对天气的关注程度那么高，但是我还是希望大家更多地关注。

2019-03-22 10:08:32

大概1.2万米飞行高度在平均情况下航空辐射大概是地面的40倍，在太阳活动强烈情况下可以达到60倍，美国已经在所有的航线做过观测。而且在飞机不同位置的辐射也不同，因为机体材料不一样造成的。 飞行中的航空辐射已经被纳入法律的层面，因为国际民航要求提供这个服务。从2014年以来，我也一直参与了国际民航规则标准制定等工作。目前，我国与俄罗斯联合开展空间天气预报和服务，还成立了国际民航组织区域空间天气中心，未来会提供相关产品，我国未来也会在机组安装辐射剂量仪。 另外，辐射与地磁的形状是有联系的，大家知道百慕大三角地区，飞机到那儿老出问题。因为那附近有一个区域叫做“南大西洋异常区”，这个地方的磁场变化异常，影响了附近的辐射环境水平和通讯质量，有可能导致了跟通讯相关的仪器软件失控。而据国内外的航天部门统计，40%到50%的事故都是跟空间环境相关的。

2019-03-22 10:09:31

希望大家以后多多关注空间天气。今天的直击天气——与科学家聊天就到这里，谢谢大家。

2019-03-22 10:09:45