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如何向懷疑論者解釋氣候變化
裡克·桑托勒姆最近將氣候變化描述為一場騙局——一堆“虛假”的科學，試圖將自然界正常的“繁榮與蕭條”週期變成人為的。他的評論說明，儘管科學界承認氣候變化是真理，並且儘管科學在公眾中獲得了越來越廣泛的接受，但您仍然可能會遇到一些不相信氣候變化“理論”的人。在我為石油公司和環保組織工作的經驗中，我幾乎聽過關於氣候變化的每一種贊成和反對的論點。但有幾個真理勝過所有這些。
首先，讓我們考慮一下“理論”這個詞。通俗地講，理論指的是尚未被證實的想法或假設。然而，科學理論是經過科學方法嚴格檢驗的假設，並在徹底檢查後被接受為真理。除非另有特別說明，否則科學理論與科學事實沒有區別。因此，在科學領域，氣候變化的理論是科學事實。
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類似地，重力的理論和核物理學的理論也是我們每天都與之共存的理論。對於不瞭解科學的人來說，它們可能很難描述。但是，每當我們走在地上時，我們都會看到重力理論在起作用。每當我們開啟燈時，我們都會看到核物理學理論——因為燈泡使用的電力有 20% 來自核能。不幸的是，或者幸運的是，取決於您的觀點，氣候變化不如重力或核反應那樣立竿見影，因此它不那麼明顯是真的。
這是氣候變化辯論的根源——科學事實與非科學觀察。懷疑論者提出的大部分證據都是軼事——基於非科學觀察或研究的證據，這些證據在孤立地看時可能聽起來很有說服力。一個例子是“今天比一年中這個時期的平均溫度更冷；因此全球變暖不是真的。” 那些引用這一點的人顯然不理解天氣和氣候之間的區別。您可能還聽人說過，“氣候是週期性的，我們只是處於變暖趨勢中。” 或者“皮納圖博火山的爆發比我們改變氣候更多。”
我並不是說火山爆發、太陽耀斑或生物圈的自然變化不會改變氣候。它們會改變。有時非常顯著。但這不是爭論的焦點。懷疑論者提出的論點是人類是否正在改變氣候。
為了使人為（人類造成的）氣候變化“理論”成立，還必須證明兩個必然的真理。找出其中一個的缺陷，你就推翻了氣候變化理論。證明兩者都是正確的，那麼人為造成的氣候變化一定是真的。
必然結果#1 - 二氧化碳是一種溫室氣體。
二氧化碳是一種溫室氣體的“理論”已經過數千次的測試和證實。但如果由於某種原因您不相信，這裡有一個您可以在家做的實驗，由 NASA 提供。您還可以在實驗中新增幾個步驟來測試氣溶膠對溫度變化的影響。但對於僅 CO2 而言，請考慮以下內容
材料：
兩個或更多 2 升透明蘇打水瓶，標籤已去除。
每個蘇打水瓶的相同溫度計
不透明膠帶或造型黏土
二氧化碳 (CO2) 來源 – 見下文*
方法：
在瓶蓋上鑽孔，孔徑與您的溫度計相同。將溫度計穿過瓶蓋上的孔幾英寸。使用造型黏土或膠帶固定溫度計並密封孔。
使用蘇打水瓶用您選擇的 CO2 來源填充其中一個瓶子（參見腳註選擇 CO2 來源）
將帶有溫度計的瓶蓋放在瓶子頂部。
將瓶子放在陽光下。確保它們接受相同的陽光照射。注意：可以使用加熱燈代替陽光，但您必須非常小心地將瓶子放置在完全相同的距離處，遠離燈。
透過在瓶子外部貼上不透明膠帶，遮蔽溫度計。膠帶在兩個瓶子上必須長度相同。
隨時間測量瓶子的溫度。每五分鐘記錄一次每個瓶子的溫度，持續半小時。
這只是展示 CO2 如何充當捕獲熱量的毯子的一種方法。還有許多其他方法可以證明二氧化碳是一種溫室氣體，如果您將這層毯子覆蓋在地球周圍，地球就會變暖。
必然結果#2 - 人類正在向大氣中排放更多的二氧化碳。
是的，生物圈中的碳含量是有限的。人類無法增加碳含量，但我們可以做的是將碳從固體或液體轉化為氣體。作為氣體，它會進入大氣層，而不是留在地下。我們知道我們正在這樣做，因為我們挖掘出大量的煤和石油，這些物質主要由碳組成，並將碳轉化為氣體。在大規模上，這種氣體可以在發電廠釋放時進行測量。我們也可以簡單地測量大氣中的 CO2 濃度。我們已經測量到，在過去的幾十年裡，大氣中 CO2 的濃度每年增加約百萬分之二。
另一種方法
解釋這兩個必然結果可能是科學性較低的方法，但如果您的聽眾理解微積分，則有一種數學方法可以證明它（如果裡克·桑托勒姆恰好是您的聽眾，我建議使用更簡單的解釋）。我很高興向其他科學家——例如地質學家和石油工程師——證明全球變暖，他們瞭解數學和物理學，但可能沒有將這些知識應用於氣候理論。為此，您只需圍繞地球進行熱力學能量平衡。
步驟 1：假設地球沒有大氣層。計算地球的平均全球表面溫度。
要計算地球的平均表面溫度，您可以使用黑體的斯特藩-玻爾茲曼定律。
在這個方程中，E 是入射太陽輻照度的速率，可以假定為每平方米約 238 瓦。***
求解溫度
步驟 2：加入大氣層。重新計算平均全球表面溫度。
對於此計算，可以將大氣層視為一個薄層，其對太陽輻射的吸收率為 0.1，對紅外輻射的吸收率為 0.8。令 X 等於地球表面的輻照度，y 等於大氣層的輻照度（向上和向下）。E 是從太空進入地球-大氣系統的輻照度，在全球範圍內平均（E = 238 瓦/平方米2，來自前面的方程）。
在地球表面，輻射平衡要求
同時求解這些方程表明 x = 377 瓦/平方米2，y = 163 瓦/平方米2。
再次，透過使用斯特藩-玻爾茲曼定律，您現在可以計算地球表面的溫度。
您可以看到，在大氣層的情況下，地球的平均表面溫度實際上是 13 攝氏度。再進一步，您可以計算將全球平均表面溫度升高 1 攝氏度所需的吸收率增加量。使用上述方程，您可以證明，要將全球平均表面溫度升高 1 度，大氣層的吸收率只需從 0.8 增加到 0.8166。
無論您決定如何描述它——透過動手實驗和測量，還是透過計算——氣候變化正在發生。我們越早接受它，我們就越能開始共同努力，既減少排放，又適應已經發生的變化。
* 對於您的二氧化碳來源，您可以使用以下方法之一
乾燥 CO2 來源 - 蘇打水瓶充氣 - 用一次二氧化碳充氣填充乾燥的蘇打水瓶。您將使用蘇打水瓶中的二氧化碳填充其中一個瓶子。對於這種方法，兩個瓶子都可以保持乾燥。
溼 CO2 來源 - 泡騰片 - 您將在兩個瓶子中都放入一杯水，然後在其中一個瓶子的水中放入幾片泡騰片。一湯匙小蘇打可以代替泡騰片。
溼 CO2 來源 - 在其中一個瓶子中放入一杯蘇打水或蘇打水，在另一個瓶子中放入一杯自來水
** 提出的問題改編自 Wallace 和 Hobbs，1977 年，如 Allen 和 Shonnard 在他們的文字，《綠色工程：化學過程的環境意識設計》（2002 年）中重印的那樣。
***E 在這裡定義為紅外行星輻照度，它是使用入射太陽輻照度（S = 1,360 瓦/平方米2）、地球半徑（R，以米為單位）和入射太陽輻射總量的分數計算得出的，該分數被反射回太空而未被吸收（A = 30% = 0.3）。系統的能量平衡產生以下方程
關於作者
斯科特·麥克納利擁有德克薩斯大學化學工程學士學位。他曾在瓦萊羅能源公司擔任環境工程師，在殼牌石油公司擔任專案工程師，並在白宮環境質量委員會擔任能源和氣候研究實習生。斯科特是 Plugged In 的常客部落格作者 – 他受 Plugged In 的梅麗莎·C·洛特邀請成為客座部落格作者。您可以透過電子郵件 scottmcnally at gmail dot com 聯絡斯科特。