当前，全球气候变暖已成为人类社会普遍关注的问题。联合国政府间气候变化专门委员会第四次评估报告认为，“从1906-2005年，全球地表平均温度上升0.74℃±0.18℃”。这应是绝大多数学者所达成的共识。但对于气温上升的原因，气象界多数人士认为，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。有一系列的观测数据和理论分析支持了上述看法。虽然这确实是气象界多数人士的声音，但并非是气象界和气象界以外学者们的共识。有一种质疑认为，这可能是太阳惹的祸，因为“只要太阳吼一吼，地球就要抖三抖”，太阳对地球的影响太大了。但是，太阳是十分稳定的辐射源，仅有极小的变化，而关于太阳辐射微小的变化，对于地球气温的影响，也有人分析和研究过，“结果显示，在过去的半个世纪中，太阳活动仅仅对气候变化有极小的影响，只相当于温室气体和自然界气候周期产生的升温效应的3%”，这的确是太小了。

 

最近，中国科学院理论物理研究所庆承瑞研究员整理撰写了一篇探讨“宇宙线和气候变化”的文章（详见附件），提出地球上气温变化和宇宙线强度变化有“强关联”。有一系列“观测数据”表明这种“强关联”确实存在。当然，“关联”并不等于“因果”。尤其是宇宙线所贡献的能量，仅是太阳辐射能量的10-9。非常难以想象10-9范围内的15±10/5%的变化，竟会影响全球气候？因此，必须认真研究。

 

但是，气候系统是不很稳定的系统。影响气候系统的所有非线性因素，未必都透彻研究清楚了。宇宙线的能量变化确实很小，只有太阳辐射的1.5×10-10。但云雾形成的理论和实验表明，没有凝聚中心的过饱和水汽，并不会凝聚为水滴；云的形成和宇宙线经过大气层产生的“离子对”密切关联；云的厚度的变化和宇宙线强度的变化呈正关联；而云厚会影响到可见光和紫外线射入地球，这占了太阳入射地球能量的绝大部分，但却不显著影响从地球发射出的长波红外线。所以，天空中云量的增加，会使大气温度下降。这是影响气候变暖或变冷的一个不可忽略的重要因素。理论分析表明，如果上世纪由CO₂导致的太阳光达到地球大气层的辐射能量的变化——气候学家将这一变化称为辐射强迫——可达+1.6W/m²，那么由宇宙线强度减弱15%的影响将高达+1.2W/m²，是+1.6W/m²的75%，其所引起的“云层量变少，导致全球升温约为0.6℃”。也就是约占“全球地表平均温度上升0.74℃±0.18℃”的81%。”显然，如果真是如此，这将是一个不可忽略的因素，将会对联合国气候变化专门委员会第四次评估报告所认为的“有超过90%以上的概率，是人类大量排放CO₂的结果”的结论提出严重的挑战。

 

当然，对于CO₂排放所引起的后果，有许多气候学家做了详细研究。他们不仅给出辐射强迫约为+1.6W/m²，而且给出可能的变化范围，是+1.6W/m²（0.6-2.4），如果用物理学常有的写法是+1.6+0.8-1.0W/m²。但是，对宇宙线强度变化对辐射强迫的影响的研究，却远远不够，只给出约为+1.2W/m²，而未能给出这一数值的置信程度。

 

因此，世界上不少国家的学者就自动集合起来，建议利用在日内瓦地区的欧洲粒子物理研究中心（CERN）现有的能量为几百GeV的SPS质子加速器所发出的高能质子，开展“宇宙线和大气水滴”（Cosmic Leaving Outdoor Droplets，简称CLOUD）项目的研究。这是一项极重要的研究项目，于2000年提出申请，初步申请经费约900万欧元，直到2006年才得到CERN的批准正式立项，并正在按计划开展工作。

 

云雾室是高能物理和核物理使用了百年之久的仪器设备。正负离子对会使过饱和水汽凝成水滴，从而给出粒子的径迹。对于离子对形成小水滴，理论上是相当成熟的。我们认为，由这些理论和现象“推测”在大气中可能出现类似过程，并可能影响云量，决不是无根据的瞎说，所欠缺的“科学性”，是要对这些“推测”做科学的鉴定和评估。综合来自粒子物理和核物理学者的若干不同意见，本文提出如下建议供有关部门参考：

 

1．建议国家科技领导部门重视并采取相应措施，推进这一重大科学问题的研究和探讨。

 

2．积极参与国际合作。积极参与未来可能出现的粒子物理学家和大气物理学家的密切合作，考虑各种可能的实验方法，探索宇宙线流强与大气云量的关联。

 

3．建议参与在欧洲粒子物理研究中心正在进行的CLOUD项目的研究。其中心思想是建造一个大型云雾室，使其中的温度和密度以及所包括的气溶胶、水蒸汽等等接近大气层的真实环境，用可控制的高能加速器产生的高能质子（这是宇宙线中最主要成份），对云雾的形成作定量的研究，从而能对这一影响气温上升的重要因素加以科学的认定或排除。

 

（作者单位：中科院理论物理研究所，中科院高能物理研究所）

 

《科学新闻》 (2008年 12月 第1期 院士建议)