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"蝴蝶效应",气候计算模型不靠谱的证据
送交者: 王文清41[♂★★鄙视五毛狗★★♂] 于 2019-01-20 12:06 已读 1308 次 3 赞  

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1963年的一次试验中,美国麻省理工学院气象学家洛伦兹用计算机求解仿真地球大气的13个方程式。为了更细致地考察结果,在一次科学计算时,洛伦兹对初始输入数据的小数点后第四位进行了四舍五入。他把一个中间解0.506取出,提高精度到0.506127再送回,前后计算结果却偏离了十万八千里!前后结果的两条曲线相似性完全消失了。根据常识,同样的程序和数据显然会导致同样的结果。但是第二次的预报结果与上一次大不一样。开始他认为是计算机的故障,排除了这种可能后,他发现,他输入的不是完整的数据。再次验算发现计算机并没有毛病,洛伦兹发现,由于误差会以指数形式增长,在这种情况下,一个微小的误差随着不断推移造成了巨大的后果。洛伦兹在美国《气象学报》上发表了题为"确定性的非周期流"的论文,提出了在确定性系统中的非周期现象。第二年,他发表了另外一篇论文,指出对于模式中参数的微小改变将导致完全不一样的结果,使有规律的、周期性的行为,变成完全混乱的状态。这个发现非同小可,以致科学家都不理解,几家科学杂志也都拒登他的文章,认为“违背常理”:相近的初值代入确定的方程,结果也应相近才对,怎么能大大远离呢! 6park.com

1972年美国科学发展学会第139次会议上,洛伦兹发表了题为“可预测性:巴西一只蝴蝶扇动翅膀,能否在得克萨斯州掀起一场龙卷风”的演讲。他认为,一个微小的初始条件变化可能导致一连串逐渐放大的改变,最终导致完全不同的结果--这个看似荒谬的论断,打碎了所有人关于”因果决定论可预测度"所存的幻想,最终产生了当今世界最伟大的理论之一——“混沌理论”。于是,洛伦兹认定,他发现了新的现象:事物发展的结果,对初始条件具有极为敏感的依赖性。他于是认定这为:“对初始值的极端不稳定性”,即:“混沌”,又称“蝴蝶效应”。从此以后,所谓“蝴蝶效应”之说就不胫而走。 6park.com

他说,一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中的蝴蝶,偶尔扇动几下翅膀,可能在两周后在美国德克萨斯引起一场龙卷风。其原因在于:蝴蝶翅膀的运动,导致其身边的空气系统发生变化,并引起微弱气流的产生,而微弱气流的产生又会引起它四周空气或其他系统产生相应的变化,由此引起连锁反映,最终导致其他系统的极大变化。洛伦兹把这种现象戏称做"蝴蝶效应",意思即一件表面上看来毫无关系、非常微小的事情,可能带来巨大的改变。 6park.com

以上是"蝴蝶效应"的来源和发展,实际上如果对比计算机的发展,那么可以判定蝴蝶效应其实是错误的计算机模型造成的。目前的超级计算机,每秒执行20亿亿次浮点运算,1963年,计算机最高速度是美国新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室IBM 7030 "Stretch",其速度只有每秒120万次,就是现代计算机速度的2000亿分之一。现代计算机都无法算清地球大气运动,一个星期后是否下雨,现在的天气预报都报不准。50多年前的计算机要算大气运动基本上是个笑话,而这个笑话发展出个蝴蝶效应的理论,不是扯谈是什么?实际情况是,大气运动非常复杂,设计地球上很大参数,由于计算机速度不够,气像研究人员只好在建立计算模型时东省略西删节,把他们搞不明白的东西当做恒量,就像现在计算二氧化碳温室效应对地球的影响一样。 6park.com

事实上导致温室效应的气体有几种,有水蒸汽、二氧化碳和甲烷等。这些气体分子可以吸收地球放出的红外线,阻碍地球向太空释放能量,从而使地球温度升高。可是从分子光谱来说,对红外线吸收最多的不是二氧化碳,而是水蒸汽。大气中浓度最高的也不是二氧化碳而是水蒸汽。目前大气中二氧化碳浓度不过0.04%,而水蒸汽浓度有1%左右,比二氧化碳浓度高二十多倍。从红外线的光谱吸收效率和浓度两方面来看,水蒸汽的温室效应都远远超过二氧化碳。部分文献说水蒸气的贡献占95%。而二氧化碳对于温室效应的总贡献仅仅3.62%。另一部分说水蒸气的贡献占66-85%,但无论是支持二氧化碳全球暖化论还是反对该理论的都同意在地球的温室效应里, 水蒸气的贡献是主要的。所以二氧化碳减排对地球温度的影响非常有限,大气物理学家 Fred Singer计算,如果京都协议能够达到目标,温室效应可以减少0.03%,对2050年地球气温的影响是区区0.05度。就是说减排并不能达到阻止地球升温的作用。 6park.com

此外,温度增高大气里的水蒸气含量也会上升,地球的云量也将上升,云雾微粒会反射太阳光,反过来导致地球温度下降. 然而人类现在没法估测到云雾的生成和消落,事实是目前连一星期后是否下雨也算不准, 所以现代科学到目前为止对造成地球温室效应的主变量根本就没搞明白,这是目前气候模型不靠谱的主要原因。巴黎气候协议的主要根据是在Nature 上的一篇文章Greenhouse-gas emission targets for limiting global warming to 2°C." Nature 458(7242 ):1158. 根据这篇文章, 政府间气候变化专门委员会(IPCC)要求今后国际二氧化碳排放限制在8000亿吨之内,也就是限制在比现有浓度高~40%的浓度范围内。然而这种决定国际科技政策的研究论文里却没有对影响温室效应的主变量水蒸气的研讨。一个计算模型如果建立在次变量的研究上而对主变量忽略不计,这样的计算模型显然是不靠谱的。就是说,无论计算机多烂,研究人员总是能编出个模型来,在其主观认识的基础上算出个东西来,但这个东西可信度很低。再过几十年,当那时计算机速度比现在再快了几千亿倍后,人们会发现现在那些根据研究人员主观认识编的模型算的结果是多么地不靠谱。可是欧洲国家就是根据自己的利益,利用其科技话语权,把科学上搞不清楚的东西政治化,用不靠谱的计算模型作为二氧化碳减排的依据,以达到有利于他们的目的。


贴主:王文清41于2019_01_20 12:13:56编辑

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