季风与大气环流系统 人类有气象仪器记录的历史太短,不足以捕捉 气候系统全部的变率,更难以用来预测未来数十年 到数百年的气候变化.重建过去气候变化的历史、理 解其机制和过程可以在很大程度上弥补上述不足. 在气候系统中,由于季风的演化与变率对人类经济、 文化和生活节奏的许多方面均有重要影响,其研究 工作对社会的重要性也日益增加.亚洲季风受欧亚 大陆和印度洋-太平洋之间海陆热力差异及青藏高原 的强烈影响,是气候系统非常重要的一个组成部分. 从气候学上讲,季风区是大气对流活动最强烈的地 区,与热带辐合带密切相关,对全球大气的热量和水 汽传递起着非常重要的作用 [1] .通过地质记录来揭示 季风在地质历史时期的变化过程和机制,对更好地 理解季风的变化规律、预测其未来趋势至关重要. 正是由于这样一种背景,本期汪品先 [2] 的长篇文 章会备受欢迎.该文似乎是首次从全球视野、从如此 漫长的地质历史的角度来回顾季风问题,是一篇权 威的综述.汪品先 [2] 的主要论点是根本性的,因而是 重要的.第一,他强调低纬过程在气候系统变化中所 起到的极为重要的作用.第二,他把季风看作是一个 全球性现象,是热带驱动对全球气候发挥作用的途 径.我完全同意这些论证,并与汪品先一样,认为气 候学和古气候学界长期以来一直把季风当作区域现 象,而没有做出足够的努力来理解其行为的整体联 系.这个问题当然也相当复杂,因而我亦想就此发表 一些看法. 读者可在网页 soon上看到一个对季风、原因、历史和位置的简短 介绍.“季风”一词来源于阿拉伯语mausem,意思为季 节.这就是为什么季风的原始定义只包含盛行风系 统随季节变化的含义.毫无疑问,最显著的季节性大 气环流变化发生在南亚和东亚.正是因为与季风相 联系的降水的影响扩展了这个定义,把世界其他一 些地区也当作季风区.后来,季风的定义逐步被扩展 到包括几乎所有出现在地球热带和亚热带的、具有季 节周期的气候现象.这显然说明了汪品先 [2] 把季风看 作是一个全球性的热带系统的合理性. 当然,由于热带气候是全球气候系统的一部分, 强调热带驱动并不意味着将热带气候从世界其他地 区孤立出来.气候系统(在季节和地质尺度上)对太阳 能量的响应涉及到所有的纬度和季节,且依赖于气 候系统本身内部的反馈机制.其中,水汽反馈作用在 热带地区起到非常重要的作用,且太阳到达地球的 能量约有一半被热带地区吸收.这就是不可忽视热 带驱动的原因.当然,也不能忽视被冰雪覆盖的高纬 地区,尤其是北半球;那里的反照率与温度之间的反 馈亦很明显,季节变化的幅度亦相当大.在涉及到重 要季节性变化的问题,如大气环流时尤其如此.这种 复杂性的一个例子是高纬冰盖和中国东部降雨之间 的可能联系,有时显得出人意料 [3] .高纬地区地表反 照率影响太阳净辐射能的纬度梯度大小与季节特征, 它同地球自转一起,驱动着三胞平均径向环流 [1] .因 此,哈德莱环流(Hadley cells)的强度和位置趋向于随 季节波动,且最强的波动出现在冬半球.由哈德莱环 流内来自南北半球的地表气流汇聚形成的热带辐合 带(inter-tropical convergence zone,简称为ITCZ)强对 流区亦是如此.热带辐合带根据太阳黄道的位置而 南北移动,尤其在冬至、夏至时与东南亚和澳大利亚 北部的季风有密切关系.由上可见,热带辐合带不仅 与热带驱动有关,而且也与高纬相关.热带辐合带的移动与位于亚洲大陆上的最大的季节气压变化也有 关系;冬季时在西伯利亚发育一个强高压,而夏季时 在印度次大陆的北部发育一个低压系统.这就意味 着,亚洲大陆与太平洋和印度洋之间的气压(和温度) 梯度亦不可忽视. 在古气候天文学理论方面,汪品先 [2] 认为古气候 记录中的天文信号非常有助于理解季风历史行为的 物理驱动机制.我完全同意他的这个观点.这其中的 首要任务是在地质记录中检索天文频率.Berger [4] 最 早计算了这些天文频率,并给出了它们的清单;在 2005年又给出了更详细的关于100 ka周期的来源 [5] ; 2006年论证了岁差谐波信号在赤道日照量中的存 在 [6] .研究的第二步就是分析日照量驱动与气候系统 响应之间的关系.其中,对日照量参数的选择需要格 外谨慎.Berger和Pestiaux [7] 曾展示,一个季节内接收 的太阳能总量只与地轴倾斜度有关,而季节的长度 只与岁差相关.因此,地轴倾斜度和岁差共同决定了 季节平均日照量和天日照量的特征.这一点必须考 虑,因为不同的日照量参数在时间变化上具有非常 不同的表现特征 [8] . 除了季风的全球视野外,汪品先 [2] 文章的亮点之 一是对久远地质历史时期季风的论述.第四纪前的 古气候记录,使气候系统中长尺度轨道周期的研究 成为可能,也可以考察北极、甚至两极无冰时期的季 风行为.尽管目前数据的局限性还不允许得出确定 的结论,但汪品先关于气候系统中的长偏心率信号 是否与长尺度季风周期有关的想法值得重视. 要全面理解热带驱动和高纬驱动的相互作用, 科学界还有很长的路要走.为了这个目标,我完全同 意汪品先关于对热带驱动在调节地球气候系统中的 重要性给予更多关注的观点.正是通过这种努力所 引发出的和谐与争鸣的结合,使我们不断前进.
一、超越传统工业科技
人类有别于其它动物的特征之一，就是人类能创造和使用工具，还能用特殊的文字符号去解释自然。就是说，人类比其它动物更具有一种科技能力。借助这种能力，人类才能创造出大自然中本不存在的东西――人类文明。
科技在不断演化，人类文明也在不断演化。一万年前，在人口资源的压力下，人类由渔猎采集文明向传统农耕文明转型。传统农耕文明经历过两个阶段，第一个阶段是青铜时代，中国的商朝和西周王朝属青铜时代。第二个阶段是黑铁时代，春秋战国时期属黑铁时代。随着铁冶炼和铸造技术的普及，传统的意识形态和社会制度因适应不了新生产力的要求而开始崩溃。直到秦王朝于公元前221年统一中国，一个“铁农具+小农经济+君主官僚制+儒道法意识形态”的中华文明得以成型。农耕文明一万年以来虽有各种自然灾害和战争，但人类总的来说是稳定和安全的，因为当时的科技主流顺应了自然法则。传统的农耕文明对自然资源的利用能力是有限的，对大自然具有很强的依赖性，他们敬畏自然。中国四千年前的夏朝，规定春天不准砍伐树木，夏天不准捕鱼，不准捕杀幼兽和获取鸟蛋；三千年前的周朝，根据气候节令，严格规定了打猎、捕鸟、捕鱼、砍伐树木、烧荒的时间；二千年前的秦朝，禁止春天采集刚刚发芽的植物，禁止捕捉幼小的野兽，禁止毒杀鱼鳖。中国历朝历代，皆有对环境保护的明确法规与禁令。中国历代农民，都知道“取之于地用之于地”的道理，从土地上生产出来的桔杆，消费食物后的粪便，都作为农家肥再还到土地，保持了土地能量的循环使用，中国耕地经几千年而不退化。农民砍伐山林薪柴，也是控制在有限的范围内，使村庄周围的燃料能永续利用。中国人口的膨胀也带来了周期性战争，而周期性的战争又将人口压缩回到自然资源的边界之内。世上任何科技系统，都应该限定在一定的资源范围内，支撑起特定的人口和文明形态。中国传统农耕文明的科技，从来没超出人力畜力和铁制农具的范围。人们自觉地根据耕地、山林草泽和水的资源总量，来安排自己的生产和生活。由于形成了一整套独特的、自我调节的、可持续利用的生存智慧，中华民族和中华文明因此延绵至今。
西方近代以牛顿力学、纺纱机、蒸气机为代表的科技革命，使人类脱离农耕文明，迅速奔向了传统工业文明。与传统农耕文明相比，传统工业文明通过全新的科技手段开发了更多的矿产资源，集约化地利用了更多的土地和森林，带来了人类财富和人口总量的膨胀，形成了一个以扩大物质消费为根本导向的社会。仅上世纪100年来所消耗的能源总量就远远超过人类几千年消耗量的总和。传统工业文明大量开发、大量生产、大量消费、大量排污的生产和生活方式无限扩散，终于将全球性的生态危机逼了出来。人类终于深切感受到地球资源和环境的有限。所谓的现代化进程，就是将自然资源转化成可用财富的进程，所谓的现代化社会，就是人均资源消耗高、排污量大的社会。由于人口增加，由于物欲横流，由于工商业的发展需要，人均资源消耗量直线上升。以水为例，公元前每人每天耗水12升，中世纪约20至40升，18世纪增加到60升，而现在，发达国家的人均每天耗水量达500-600升。据有关材料统计，工业化国家每创造100美元的收入，约需要300公斤的自然资源，人均每年需要45000-85000公斤自然资源。中国如果要达到工业化国家的人均消耗水平，比如13亿中国人都将自行车换成汽车，那就不是2003年每天消耗546万桶石油的水平，而要变成每天消耗8100万桶，远远超过世界目前石油消耗总量，地球上有这么多资源供我们消耗吗？我们有能力对因此而产生的大量污染物进行无害化处理吗？
近年来中国经济的高速增长，是因为全面承袭了西方传统工业的发展模式，更是因为中国对本土能源的过度消耗。从1990年到2001年10年间，中国石油消费量增长100%（从1.18亿吨到2.35亿吨），天然气增长92%（从114亿立方米到277亿立方米），钢增长143%（从0.67亿吨到1.63亿吨），铜增长189%（从72. 9万吨到211万吨），铝增长380%（从72.4万吨到354.5万吨）、锌增长311%（从36.9万吨到152.3万吨）、十种有色金属增长276%（从217万吨到816万吨）。人们在为我国经济高速增长而兴奋的同时，往往会忘记这些成绩背后的资源消耗、垃圾成堆、环境污染和生态破坏。世界上的一切成功都是有成本的。有人算过，按目前的科技水平，中国的现代化需要有12个地球的资源来支撑。如果只有一个地球，我们也得把地球全部吃空才能现代化。道理再清楚不过，中国本来就人多地少，资源稀缺，而传统过时的工业科技却又偏偏指向了稀缺性和污染性资源，这种科技具有不可持续性。谁继续走传统工业文明之路，谁就走上了不可持续的发展之路。因此，我们必须探索新的、可持续的生态科技之路。
二、走向新的生态科技
在全球资源环境压力下，发达国家早已全力发展新能源和循环经济。我曾在《可持续发展与文明转型》一文中说，发达国家新能源的开发（氢能、太阳能、风能等清洁丰裕能源）和循环经济的发展（资源的循环可再生利用，零垃圾与零排放）正将人类文明推向一个新的转型阶段。谁最早转型成功，谁就是未来的主人。转型的关键在于探索“生态科技之路”。新能源和循环经济即是生态科技之路的核心。
从现有能源结构看，工业经济目前的化石燃料如石油、煤、天然气等都不能回收，燃烧后就消失了。更何况石油、天然气的储量仅够人类再使用40―50年。世界各国对此高度重视。美国一边在伊拉克打仗以保障石油的安全，一边全力发展新能源。今年初，美国总统布什在《国情咨文》中说：“我提议拨款12亿美元作为研究资金，使美国在制造无污染的氢燃料汽车方面领先全世界……我们的科学家和工程师们正在努力克服障碍，以便使这种汽车能早日从实验室走进商品展览室，而今天诞生的婴儿将会成为未来驾驶第一辆氢动力无污染汽车的人。请大家和我一起加入这个重要的创新行动，把我们的空气变得更加清洁，让我们的国家减少对其他国家能源的依赖。”布什要求在2040年用新能源替代石油进口。为什么偏偏要求到2040年呢？因为全球石油剩余可采储量仅为1400多亿吨，按目前产量，静态保障年限正好只有40年。如果没有发现新的大油田，到2040年时世界已没有石油供应美国。众所周知，美国人口只占世界5%，却消耗着世界能源总量的30%，但美国仍对自己的能源未来充满担扰而大张旗鼓地开发新能源，确令人深思。1980年，美国第一架太阳能飞机上天。1995年，美国政府颁发“绿色化学挑战奖”以鼓励绿色科技发明者。2002年，美国10辆太阳能驱动的汽车无声开动。过去的四年中，太阳能和风能连续以40%的速度增长。风力是世界上发展最快的能源，从1995年到2002年增长了6倍，从4800兆瓦特到31100兆瓦特。世界上现在的风力机组发电总量，已可满足4000万欧洲人的家庭需要。
从循环经济看，工业经济中的有些资源在使用过程中本身并不会消失，如铁、铜、铝等等。这样的资源只能通过发展循环经济来解决，使它们永远处于循环利用之中。几百年来，大量生产、大量消费、大量丢弃的传统工业发展模式，曾是实现经济增长最简单有效的方式。上世纪八九十年代以来，随着世界环境的恶化和环境运动的发展，随着资源成本的逐步攀升，逼使一些企业开始追求一种建立在清洁生产和废弃物综合利用基础上的经济发展模式，生产和生活中产生的各种废弃物都可经过处理后再以资源的形式重新进入生产流程。这便是循环经济。丹麦取缔了燃煤能源工厂和一次性饮料生产线，首都哥本哈根32%的交通使用自行车。日本的《家电循环法》，使上百万台旧家电变废为宝；《汽车循环法案》使几百万吨旧汽车变废为宝；《建设循环法》使几千万吨建设工地废弃物变废为宝。日本还计划到2010年把垃圾掩埋量将从现在的7400万吨／年减少到3700万吨／年，到2050年计划减少到370万吨／年，最终达到“零垃圾”目标。
我们同时也注意到，在欧美等发达国家，新能源和循环经济的技术皆有突破性进展，为什么迄今仍没有全面普及开来呢？这是由于传统能源与工业集团的阻挠，西方各政党受到强力制约。新能源和循环经济技术一旦普及，将对原有利益格局带来巨大冲击。具有讽刺意味的是，控制全球石油贸易的几大石油公司，尽管研制氢能与太阳能最有积极性，但他们为了现有的利益，将这些科研成果封锁在自己的试验室中，以知识产权的名义限制转让，特别是限制向发展中国家转让。他们既要占尽现有石油利益格局下的好处，又要为石油枯竭时代的到来而“未雨绸缪”。在最后一滴石油没有被用干以前，新能源技术就难以真正普及。当然，由于规模限制，新能源和循环经济技术产品的成本也很高，也是普及受阻的另一原因。因此说，新能源和循环经济的普及，已不是技术问题，而是制度和利益问题。但反过来说，别的国家发展新能源和循环经济早一天晚一天问题不大，惟独中国不成。因为中国的人口、资源、环境容量已到支撑的极限，可持续发展理念与新能源使用成为惟一可行之路。代价再高，成本再大，我们都得走。
集中资源干大事，正是社会主义制度的优越性。什么是中华民族长远的根本利益，我们要认清楚。面对眼前的能源和环境压力，我们少搞一些劳民伤财的形象工程，少修一些对生态不利的大坝，少建一些怨声载道的豪华办公楼，少投资些高耗能高污染的工业项目（如石油汽车），就可以积攒下办大事的钱。我们应充分发挥政府绿色引导和绿色控制的能力，打破一些权力部门和企业的垄断私利，将政府财政大规模投向新能源开发和循环经济，将政府的系列优惠政策去鼓励新能源开发与循环经济。在美国，每购买一辆使用新能源的汽车可减免联邦税2000美元；在丹麦，强有力的税收政策鼓励人们以风力发电。这便是我国未来绿色税收与绿色贷款的参照样本。新能源技术的使用，虽短期成本巨大，长期将占尽优势。政府应当积极支持那些走在生态科技前列的企业，使它们逐渐成为中国企业的主流，因为生态科技的主体是企业。政府还应当针对那些迫在眉捷的生态科技难题迅速推进，如绿色国民经济核算技术系统，如保障人体健康的污染防治技术，如大面积生态退化的修复技术，如区域污染治理的综合技术，如生态监测预警的科技系统等等。政府在抓好经济建设的同时，要更多地抓好公共事务管理；在抓好公共事务管理的同时，要抓一些关系国家民族未来成败的大事。这些大事，暂时无利可图但关系国计民生，是政府真正的义务。
中国本来就是在传统工业文明的迟到者。迟到就要挨打。1840年到1949年之间，中国受尽列强欺凌，内部也混乱不已。如今，我们不能在生态工业文明的路上再次落后，否则那心酸的大刀对火炮的历史仍会重演。试想，如果别人用的是太阳能飞机与氢能汽车，我们的飞机与汽车仍是用日趋枯竭而污染环境的石油，这样的国力如何与人家竞争？发达国家如果在能源结构和循环经济科技上取得根本性突破，从而决定放弃旧的工业经济科技转向全新的生态经济科技，那我们多年以极高环境成本所取得的经济成就统统将成为笑话。有人将传统工业文明称之为“从摇篮到坟墓的文明”，因为传统工业文明把自然这个生命摇篮变成了生命的坟墓。又有人将新出现的生态工业文明称之为“从坟墓到摇篮的文明”，因为它抛弃了与自然对抗的科技形式，采取了与自然和谐的科技形式，从而打开了更丰裕更和谐的时代。一定的科技系统，指向一定的资源范围。传统工业文明科技指向了稀缺、污染、不可持续的资源范围，而生态工业文明科技则指向丰裕、清洁、可永续利用的资源范围。围绕循环经济与新能源开发，构建中国的新伦理、新制度、新文化，使中国的生产方式、生活方式和社会管理方式日趋生态化，这才是我们中国未来真正可持续的现代化。为了对中华民族负责，为了对人类负责，为了环境保护与可持续发展，人类科技必须超越传统工业文明的科技模式，人类科技必须发展生态工业文明的科技模式。这是一项共同的事业，这是一项艰难的事业，我们这代人不得不承担起来。
力求题目的字数要少，用词需要精选。至于多少字算是合乎要求，并无统一的'硬性'规定，一般希望一篇论文题目不要超出20个字，不过，不能由于一味追求字数少而影响题目对内容的恰当反映，在遇到两者确有矛时，宁可多用几个字也要力求表达明确。
常见了繁琐题名如：'关于钢水中所含化学成分的快速分析方法的研究'。在这类题目中，像'关于'、'研究'等词汇如若舍之，并不影响表达。既是论文，总包含有研究及关于什么方面的研究，所以，上述题目便可精炼为：'钢水化学成分的快速分析法'。这样一改，字数便从原21个安减少为12个字，读起来觉得干净利落、简短明了。
若简短题名不足以显示论文内容或反映出属于系列研究的性质，则可利用正、副标题的方法解决，以加副标题来补充说明特定的实验材料，方法及内容等信息，使标题成为既充实准确又不流于笼统和一般化。如?quot;（主标题）有源位错群的动力学特性--（副标题）用电子计算机模拟有源位错群的滑移特性'。
