为什么在分析核冬天情景时，烟雾被认为是全球变冷的一个因素，而在分析全球变暖情景时，却没有?

Question

在互联网上的许多文章中(为了解决这个问题，我会引用两篇)，火灾产生的烟雾(主要由$ \小\ mathsf{二氧化碳}$核战争之后，大气会变冷，会导致“核冬天”。

核冬天是假设的一种严重而持久的全球气候降温效应1发生在核战争后大范围的大火风暴之后这一假设是基于这样一个事实，即这样的火灾可以将烟灰注入平流层，在那里它可以阻挡一些直射到地球表面的阳光。

核冬天

在20世纪80年代，通过使用简单的气候模型，我们发现，如果在城市和工业区使用全球核武库，可能会产生核冬天，并导致全球饥荒。

火灾产生的烟雾会在高层大气中持续数年，阻挡阳光，使地球表面寒冷、黑暗和干燥。

二战期间的轰炸是否降低了全球气温

但当我们谈到全球变暖，石油燃烧(释放$ \小\ mathsf{二氧化碳}$)导致全球变暖。

为什么在分析核冬天情景时，烟雾被认为是全球变冷的一个因素，而在分析全球变暖情景时，烟雾却被认为是全球变暖的一个因素?

Answer 1

这个问题包含了一个错误的假设，即气候科学没有考虑包括烟雾在内的气溶胶颗粒的冷却效应，而这些颗粒是预计会出现核冬天情景的主要推动力。气候科学确实试图量化每一个重要的影响，包括变暖和变冷——而不仅仅是温室气体增加造成的变暖效应$ \小\ mathsf{二氧化碳}$．

虽然不是像我希望的那样最近，但这张图显示了气候科学已经确定的主要气候强迫，包括气溶胶的冷却影响。

燃烧森林产生的气溶胶是短暂的$ \小\ mathsf{二氧化碳}$燃烧后的植被应该重新生长，无论是森林还是草地。亚马逊森林被砍伐和烧毁最重要、最持久的气候后果不是气溶胶或温室气体$ \小\ mathsf{二氧化碳}$从火灾中，从土地清理中，一个巨大的现有碳汇变成了碳源。

将亚马逊雨林变成大草原将会释放出两千亿公吨的$ \小\ mathsf{二氧化碳}$．气溶胶燃烧后的冷却效果不会持续很长时间，而是逐渐提高$ \小\ mathsf{二氧化碳}$减少大量碳汇所带来的影响。

Answer 2

迪迪托的答案是正确的，但我想提供一个外行的版本。

核冬天的场景会阻挡太阳射线免受“烟雾”(例如颗粒物，不透明的气体，如CO和$ \小\ mathsf{二氧化碳}$)．由于大量颗粒被困在平流层，并将阳光反射回太空，这导致了全球净冷却效应。这一过程所涉及的驱动原则确实包含在气候模型和全球变暖预测中。然而，“一切如常”情景的净效应是净变暖。

核爆炸产生的热量如此之大，以至于将微粒物质注入平流层。大型火山喷发也会向平流层注入颗粒物，这是气候模式分析中经常讨论的问题。

典型的颗粒物排放(如汽车、工业等)停留在对流层，在那里它们可以沉积在表面，(与水)发生化学反应，或分散。相比之下，平流层只有分散作为去除颗粒物的机制。此外，由于对流层顶的存在，平流层中的空气不容易向下混合到对流层中，而且平流层中没有水分。因此，大型热源(如核弹、火山和特大火灾)可以将颗粒物推入平流层，在那里滞留数年。

Answer 3

你假设你的问题意义上的“烟”，即燃烧事件的排放，只包括$ \小\ mathsf{二氧化碳}$是错误的。至少这不是起作用的唯一因素。

在你提到的事件中，不仅如此$ \小\ mathsf{二氧化碳}$它不仅会被排放出来，还会释放出许多其他成分，如灰尘、煤烟、硫酸盐和许多其他东西。这里的微粒成分尤其有趣。为了简单起见，我们称它们为尘埃(尽管这个词的使用并不完全准确)。

在低空排放时(比如开车)，灰尘会迅速从大气中去除，只对局部有影响。但是，当足够多的灰尘进入大气层的高层时，它有助于云的形成并导致冷却。如果有足够的灰尘，它甚至可能有直接变暗的效果。

$ \小\ mathsf{二氧化碳}$另一方面，它只具有变暖的作用。同时,$ \小\ mathsf{二氧化碳}$在大气中停留很长时间(约1000年)，而灰尘则相对较快地消失。

这就是为什么你描述的场景非常不同。此外，并不是所有的燃烧都有相同的粉尘与$ \小\ mathsf{二氧化碳}$．

请注意，气溶胶对气候的影响是一个深入研究的领域，并包括在当前的气候模型中。与此相关的不确定性很高。我的回答应该只说明为什么事情不同。

Answer 4

而这些火灾的主要排放物是$ \小\ mathsf{二氧化碳}$和CO，更重要的区别是燃烧不佳的碳产品聚集成更大的颗粒。气候学界倾向于将其称为黑碳(BC)，尽管这是一个简化．这些BC粒子是太阳辐射的强吸收剂，引起局部大气加热，但它们在对流层的寿命也很短(~5天;贝克等人，2015)，因此在任何一个时间，大气中的BC含量都相对较小(~0.1 Tg)。这对对流层有一个整体的变暖效应，这就是为什么它被包括在历史和未来温室变暖的计算中，但它不像像长寿和丰富的物种那样大$ \小\ mathsf{二氧化碳}$．

需要注意的一件重要的事情是，目前正常的烟雾排放与核事故的烟雾排放之间存在很大的差异。目前各种表面燃烧过程的BC排放量约为7.2 Tg / yr (~0.02 Tg / day;基尔蒙特等人，2017年)．与0.1 Tg的大气负荷相比，这是一个很大的数字，但是，正如我所说，去除过程是快速的。这些排放分布在全球大部分土地面积上(尽管非洲、印度和中国的排放量最大)，所以单位面积的排放量也相对较低。

在一次核事件中，BC的排放量会大得多，将发生在一个小区域，并将注入整个对流层．例如,罗伯克等人(2007)，就是你在问题中提到的那些人，他们进行了这个模拟:

在我们的标准计算中，我们在5月15日将5tg黑碳注入30北纬70度的一列网格框中。我们将黑碳放在对应对流层上层(300-150 mb)的模型层中。

这是一个巨大的扰动——约为当前大气总量的50倍，约为当前日通量的250倍。他们发现BC进入了平流层，平流层的清除过程比对流层慢得多，因此，

e -折叠时间为6年，而火山爆发为1年，对流层气溶胶为1周。

然后BC吸收太阳辐射并加热平流层，减少到达地表的太阳辐射量，并使地表空气温度下降1摄氏度以上，持续约5年。请注意，相关的$ \小\ mathsf{二氧化碳}$排放会使对流层变暖，但在较慢的时间尺度上，这些研究往往集中在核事件的直接BC冷却效应上。

作为一个额外的对比，该研究还发现，

当我们将气溶胶放在对流层下部(907-765 mb)时，大约一半的气溶胶在15天内被清除

这表明，BC排放到达平流层以获得长时间的表面冷却是多么重要。

Answer 5

两派有不同的观点要证明。核灾难派必须证明核战争将是一级灾难，这一点我毫不怀疑，而全球变暖派必须证明目前的变暖事件是由燃烧化石燃料引起的。森林火灾是相当中性的，因为无论什么取代了被烧毁的森林，无论是更多的森林、油棕种植园还是传统的农作物，都将吸收几乎与释放的二氧化碳一样多的二氧化碳。

想要证明观点的人往往会失去理智，比如希克苏鲁伯大爆炸的狂热分子，他们不顾证据坚持认为，尤卡坦半岛上的一场大火导致了地球另一端的森林大火。德干地盾超级火山的二氧化碳排放通常被忽略为灭绝的原因之一。想象一下坦博拉火山的一百万次喷发汇聚成一次，你就会对德干地盾有所了解。

正如你可能已经意识到的，你不需要核武器来点燃城市。1945年2月对东京的原子弹轰炸造成9万人死亡，而同年晚些时候对长崎的原子弹轰炸“仅”造成4.5万人死亡。在第二次世界大战期间，有很多这样的火焰炸弹，但我从来没有听说过它们为全球变暖贡献了大量的二氧化碳。许多军工企业也在释放二氧化碳。

有一件事我绝对肯定，那就是气候变化一直在发生，将来也会发生，人类在21世纪或任何其他世纪所做的任何事情都无法阻止它的发展。也许会慢下来，但不会停止。