核冬天是否只存在于假说中？ 第1页

核冬天理论出现其实很多年了，最近热播的电视剧庆余年的时代背景还正是起源于21世纪的一场核战争产生的核冬天，地球不再适宜人类居住。

其实核冬天理论在很多时候被认为是核恐怖的一部分。我查了一些资料，结合自己的一些专业知识和理解，我对为核冬天这个理论的态度是：

有可能，但是对已有的研究和预测将信将疑。

首先看看核冬天理论的开山之作，1983年发表于《Science》的《Nuclear Winter: Global Consequences of Multiple Nuclear Explosions》。

P.Crutzen 和J.BirKs(1982)在《核战争后的大气：浑沌的正午》一文中指出：多枚核弹爆炸产生的滚滚浓烟，能在长达数周或更长的时间内截断北半球大部分地面的阳光，进而引起半球尺度的气候变化。他俩首次论证了这种重大环境影响，但尚不曾将此次现象上升到出现核冬天的程度。

此后，美国的R.P.Turco, O.B.Toon, T.P.Ackerrman, D.Pollack和 C.Sagan研究小组，简称TTAPS小组（1983，1984）全面系统地研究了大规模核战争的气候后果问题，相继发表了《大量核爆炸造成的全球性后果》和《核战争后的气候后果》两篇文章。核冬天的问题就此被提出来。核冬天理论也是由上述五位学者正式提出来的。

认为假如在空中有足够多的烟和微尘上升到对流层中上层，并且维持一定的时间，就能使整个地球处于寒冷和黑暗之中。

TTAPS小组将核战争按照爆炸当量和高度，城市或者郊区的爆炸弹头总数以及其当量分成了40类。上表列出了具有代表性的几类。选取5000百万吨级为基本型，其烟总量达到了225百万吨，不过后来美国国家科学院对相关数据进行了修正，以6500百万吨级为基本型，产生烟总量为180百万吨。

地面或附近的核爆炸可通过多种机制产生细小颗粒：（i）排放和分解土壤颗粒（ii）蒸发和成核的岩石和岩石，以及（iii）吹散 清除表面的灰尘和烟雾。

核试验数据的分析表明，每兆吨​​炸药产量约有1 E5至6 E5吨粉尘被保存在稳定的陆地表面起爆云中。 此外，对收集的核爆云中的粉尘样品进行的大小分析表明，亚微米级组分的含量很高。 地表核爆炸在产生细尘方面可能比火山喷发更为强烈。

核火球发出的强光足以点燃大面积的易燃材料。 广岛和长崎的爆炸都引发了大规模的大火。 爆炸造成的严重破坏地区也被大火烧毁。 评估表明，大多数森林和城市发生核爆后，将发生大火。 北半球有= 4 E7 km2的林地，平均可燃物2.2 g / cm2。 世界上的城市和郊区面积为= 1.5 E6 km2。 占城市总面积5％到10％的中心城市持有10-40 g / cm2的可燃材料，而有的居住区也能达到1-5 g / cm2。

主要的模拟参数：

计算模拟：

1、光学厚度

TTAPS小组根据表中各类核战争的排烟量，用一维辐射-对流模型，将烟云高度取10km，设烟云沿水平方向迅速扩散至各经度，计算得到的半球平均光学厚度τ随着时间变化如下图：

当τ<0.1，认为基本无影响，τ=1时，应予以考虑影响，τ>2时，认为有重大影响。

从图中可以看出，当核爆炸1-2周的时间范围内，τ值大都居于3-6之间。

在基本型的曲线中，可以看出即便是1个月之后，τ值依然在2左右，经过2-3个月，灰尘在光学效果中占主导地位，因为烟尘在很大程度上被雨水和冲蚀物耗尽。

图中的1、2、9和10的τ值趋势模拟表明，在3000到10,000 MT当量之间可能会产生类似的后果。

即使11、12和13的绝对破坏不那么严重，它们的τ值也可以媲美或超过主要火山喷发的危害。

值得关注的是曲线14，在针对城市的核攻击中，只需要100MT当量既可以产生极为严重的光学后果。

2、地面温度

TTAPS小组同样计算了核战争后北半球平均的陆地温度随时间的变化。先看结果图：

从图中可以看出，各类核战争引起的温度下降普遍在3-4周后会达到最大值，普遍低于250K（-23℃）。零度以下的低温会持续数个月之久。

这个模拟结果存在着很大的争议，S.L.ThomPson等人在1984和1986年利用三维大气环流模式都对其进行了大规模修正，TTAPS的计算结果没有考虑地理分辨率的因素，同时也是采用的一维计算模型，存在着极大的不合理型。经过三维考虑地理分辨率的模型修正，同时模拟了烟和微尘被风传输和烟颗粒被降水清楚的过程之后，得到了修正后的结果。

由于海洋热容量很大，与表层水迅速混合，夏季会使陆地面积平均降温值减少约1/2，而冬季因北半球陆地已经非常寒冷，降温值只有上述估算值的1/10.

七月份核爆炸后6-10天，陆地降温月25℃，四月份降低11℃。

三、地面太阳辐射量（光照量）

TTAPS小组模拟计算出的核爆炸后太阳辐射通量随时间的变化情况。

上图中虚线为正常的全球平均静日射。在基本型核战争（5000MT）之后两周或更长的时间，地面太阳的辐射量只有不到正常值的十分之一。

此时的平均亮度甚至低于平常的阴沉天气的亮度（Heavy overcast箭头值）。而图上的17曲线（只考虑微尘）可以看出，北半球有40天左右的平均光照达不到植物光合作用所需的最小光照值（Limit of Photosynthesis箭头值）。而在将近两个月的时间内，平均光照只能够维持植物光合作用所需的最基本值，Compensation point for photosynthesis，光合作用补偿点。

除此之外，大规模核战争排进大气中的烟尘，在最终消除之前，大约10%-30%会在平流层持续数月，其对太阳辐射的削弱不会造成地面明显降温过程，但是会引起其他的气候变化，霜冻，降水中断等，会严重影响农作物正常生长和恢复。

我个人对核冬天理论的将信将疑是源于以下几点：

1、烟尘数量：核爆产生的大火所引燃的可燃物质的数量，仅仅只能是猜想。一次核战争的烟尘量的范围相当宽泛，在0.2-6.5亿吨中间都有可能，没有办法预估到准确的数量，烟尘量在4000万吨以内，烟尘吸收阳光的效应就很微弱了。核爆炸产生的烟尘到底有多少，能喷多高，有多少落下来，有多少留在空中，这些在TTAPS小组的论文中采用了大量的假设，其理论不能认为是成熟且有效度的。

2、大气上空4000米以上就很少有水蒸气的存在了，根本不存在有雨水冲刷烟尘颗粒的机会。再加上太阳热辐射对颗粒运动的影响，自变量参数进一步增多，根本难以预测烟尘在空中的运动表现。

其实我找了文献，大部分都是比较老的文献，在上世纪八九十年代核冬天理论曾经有一段时间比较火热，受到了很多部门和研究人员的关注，近些年来该课题热度下降十分明显。

核冬天应该警惕，但无需成为核恐怖的一部分。

参考文献：

• Crutzen, Paul J.; Birks, John W. (1982). "The Atmosphere After a Nuclear War: Twilight at Noon". Ambio. 11 (2–3): 114.
• Golitsyn, G.S. and Phillips, N.A. WCRP, Possible climatic consequences of a major nuclear war, WCP-113, WMO/TD #99, 1986.
• Turco, R.P.; Toon, O.B.; Ackerman, T.P.; Pollack, J.B.; Sagan, C.(December 23, 1983). "Nuclear Winter: Global Consequences of Multiple Nuclear Explosions". Science. 222 (4630): 1283–92. Bibcode:1983Sci...222.1283T. doi:10.1126/science.222.4630.1283. PMID 17773320. (TTAPS 1983)
• Harwell, Mark A. (November 1984). Nuclear Winter: The Human and Environmental Consequences of Nuclear War. Springer. ISBN 978-0-387-96093-7.