向中国气象局、IPCC建议：尽快建设全球“地热台”数据系统

辰声

人类赖以生存的地球是一个较复杂的系统，人们生活在地表大气之中，所以气候系统是构成人类生存环境的重要环节。在地球的漫漫历史中，气候总是在不断地变化。科学研究认为，太阳辐射的变化、大气与海洋环流的变化、下垫面的变化是造成全球气候变化的主要因素。
    科学的进步，使我们对太阳辐射变化、大气与海洋环流变化的研究已经相当深入。唯独对下垫面，也就是地热系统对气候的变化还处在茫然阶段。
    我们先分析地球获得能量的体系，它可以分为三大类：第一类是太阳辐射，它是保持地表温度的主要能量来源之一，也是地球成为一个活跃世界的能量源泉。第二类是引力作用力和核裂变衰变能。这类能量可以分为三种：一是太阳及其它星球的引力作用力，潮汐和四季变化是这类力的表现；二是地球自转力，地球日变化和季风是该力的气象现象；三是重力能和核裂变衰变能，它们的作用使地球内部保持有相当高的温度，地球形成初期时它们的量是巨大的，经过地球几十亿年的演化，现时它们能保持地核的温度不很快降低就不错了。第三类就是太阳风了，上世纪六十年代我们才知道它的存在，是它驱使了地球电磁场的活动，并且使地球磁场保持着相当大的形态。太阳风的单位能量并不是很大，不过庞大的地球磁场形态使地球在接受太阳风的能量上提高了近千倍。
    再谈地球消耗能量的体系可以分为四大类：第一类是地球运动状态的能量消耗，地球的公转和自转是需要消耗能量的，只是这个体系与建议无关，我们不在这里讨论；第二类是地球温度的能量消耗，其中包括地球的黑体温度辐射、风能、雨水的势能，另外还包括生物将阳光能转化的生物质能，因为最后它们还是要转变为热能；第三类是地球的电磁场形态能量消耗，其中包括极光、雷电、磁暴及其它、厄尔尼诺类能耗和范艾伦辐射带的保持能；第四类是地球的局部骤变能，其中包括地震、火山爆发等。这四类能量消耗只有第三类体系我们不太熟悉，以下来看第四类能量的运作机制。
    在人类将卫星发射升空之后，我们才开始认识到太阳风、地球磁层以及辐射带等地球电磁场结构的存在。简单地说地球电磁场是一种天然变磁器，它可以分为磁层磁场、地电场和地磁场三大部分。
    磁层磁场的外边界叫磁层顶，离地面5～7万千米。在太阳风的压缩下，地球磁力线向背着太阳一面的空间延伸得很远，形成一条长长的尾巴，称为磁尾。磁尾的磁赤道附近，有一个特殊的界面，此界面称为中性片，厚度大约有1000千米。中性片将磁尾部分成两部分：北面的磁力线向着地球，南面的磁力线离开地球。由于太阳风以高速接近地球磁场的边缘，便形成了一个无碰撞的地球弓形激波的波阵面。波阵面与磁层顶之间的过渡区叫做磁鞘，厚度为3～4个地球半径。磁层顶有能量交换。由此磁层磁力线携带太阳风的能量进入地球，太阳风强烈时，磁力线在地球电离层处留下千资百态、绚丽多彩的极光，它们在极区的平面上是个环形，所以也称作椭圆极光带。为保持磁层的形态、产生极光和磁层的活动等都需要耗费大量的能源。因此太阳风的能量必须进入磁场磁层，否则地球的环境里再也找不到如此大的能量源了。现在许多人把磁场能量源于地球的自转或者地球内的热能，这显然是些不切实际的理论。因为这些能量都太小，不足以形成地球电磁场。
    磁层磁力线激励的地电流是个环地球纬度的地壳电流场，它在赤道附近的电流最大。太阳活动激烈时，大地环电流会烧坏输电设备，更强烈时还能烧坏输油管道。雷电是大地电流的的感应电动势，现在认为阳光的能量可以转化为雷电现象的理论极其困难，除非在地球上存在天然半导体效应。总体地看地球的雷电过程，其地表雷电每时每刻都会在地球上发生，风能或者单位地表温度能是没有这样大的力量为雷电提供动力的。
    雷电现象实际上是在地磁场中发生的，它也可以算做地磁场的一部分。地磁场是地球变磁器的次磁场，它包括地磁场磁力线、雷电场、范艾伦辐射带和2万多千米高空的赤道环电流。地磁场通过赤道环电流和磁层磁场耦合在一起，有此形成庞大的地球电磁场体系。雷电场和范艾伦辐射带密切相关，高能级的雷电过程可以将范艾伦辐射带中的电离子清理出好大一片空间。
    总而言之，维持地球表面温度的主要能量来自阳光、地热和地电流。1、阳光对地表的加温我们非常熟悉，阳光是一种低热值的能源，它分为可见光部分和不可见部分，不过能量大多都分布在可见光部分。阳光的能量有很小一部分被大气所吸收，在阳光直射的情况下有百分之五十的太阳常数能量可以到达地面。光的热作用基本上都是在物质的表面，当光线撤离后，物体会很快冷却。阳光对地球表面的加温具有季节性，但是对温带的影响不应该很明显,因为太阳改变角度的照射，并不会使太阳光的能量减少许多。2、地热对地球表面的温度影响是持续的，它对地球的每个方位上的能量输出都相差不多。对地球的南北两极地表的加温主要靠地热，阳光和地电流在这里的作用微乎其微。3、大地电流对地壳的加温是全纬度的，赤道附近最强，向极区逐渐减弱。地电流的日变化很小，在3～5时区域最弱，因为那时的磁层磁力线是紊乱的。由于赤道与黄道有一个23度多的夹角，所以地电流对地壳加温具有年的季节性。由于雷电是地电流产生的，所以雷电发生与否即可以反映地电流的强弱，雷电的季节性是明确的。地电流的季节性强于阳光，由于地电使大地升温非常缓慢，所以地球的季节性，特别是季节的推迟效应都应该是地电流的主要表现。
    对于气象学的大气系统来说，阳光也就是太阳辐射我们已经做过大量的技术工作，大气本身就不用再说了。唯独缺憾的就是大地电流对大气的能量输出了。所以要向中国气象局、IPCC建议，尽快设置全球的“地热台”（暂定名称）数据系统，以完善地球气候能量的全分析。
    设置“地热台”的科学技术设想：
    1、首先制定“地热台”的选址规范和标准，使“地热台”的技术观测数据具有真实表达和代表性；
    2、在被测点，屏蔽和修正掉太阳辐射、大气或海水热能量的干扰，使数据可用；
    3、规范被测点物理形态和技术参数，让数据具有全球的通用性；
    4、对接地非常好的被测体降温并测量其温度分布，再使其升温并测量其升温时间；
    5、根据测量数据，统一数学模型及计算方法，得出被测点的大地单位面积的热能输出值。
    “地热台”所得数据的应用价值：
    1、南北两极的“地热台”所测数据是地幔热向外发散的热能量；
    2、在纬度不同的测点，所测得的数据减去南北两极测得均值，再减去所测点的地热异常（比如，火山、温泉和地块裂缝附近所设台的异动热量）值，即可得到地磁电场在该点的释热能；
    3、地磁电场释热能结合太阳风的强弱，即可得到太阳风对测量地点的热影响曲线；
    4、地磁电场释热有它的全年变化曲线，日变化曲线，结合日照得出对当地气候的影响及预测；
    5、长期的观测数据结合其它经纬台站的联网数据，可以预测各地的中长期气候变化趋势；
    6、能够数据化城市热岛效应及二氧化碳等温室气体效应对气候的影响，为人类活动恶化气候提供准确科学依据；
    7、依据长期的观测数据，可以得知闪电能量的地表分布和出现概率；
    8、在海洋中设置“地热台”，所得数据可以预测海流的动向；赤道附近的数据观测可以用来理解厄尔尼诺现象与拉尼娜现象的机理；
    9、气候能量的全分析，可以让我们完全理解生存空间的气候状态，这样为改造人类居住点气候的想法可以变成为工程问题，“地热台”所得数据是实现该工程的重要依据；
    10、地震是由于地下集聚大量能量爆发的震动，中国有人最早用地表热进行预测，这显然不大合理；现在有人用地震云来预测地震的发生，地震云也是来自地表热作用产生的，只是该方法不能量化，很难科学确认；用“地热台”的地热异常突变预测地震，其具有很好可操作性，而且预测的准确率也会相对较好；“地热台”预告火山喷发也应该直观和可行。
    本建议是公开建议，把它发到网上，希望得到广泛讨论和更好的修改意见。