system: [SYSTEM]

user: 3. 未来25年气候变化预测 3.1. 影响因素 1) 温室气体 在地球大气中有三个过程影响到辐射：吸收、散射和发射。大气中的“温室气体”是主要辐射吸收体，吸收的辐射在电磁波谱中跨越很宽的带宽。这个带宽包括了进入地球大气的短波太阳辐射，以及从地表发射的长波辐射。一个吸收体可以是任何的气体分子或颗粒，它能够截获某一特定波长的辐射，然后以较长的波长重新将能量发射出去。在吸收的过程中，气体本身也受到加热 [ 9 ]。 2) 太阳辐射 理论上计算由于太阳热量而导致的地球表面温度是有可能的。可以利用斯蒂芬−玻尔兹曼定律，根据任何一个黑体辐射器的温度都可以计算出它的能量输出。但不是所有的能量都用来使大气增温，地球及其大气像一个偏光镜，把达到地球的太阳辐射的31%反射回太空，这就是行星反射率，地球和大气总共收到太阳能，驱动所有的大气和海洋环流。 3) 海洋作用 海洋表面温度部分地控制了大气温度和气候。海洋和大气锁定为正负反馈状态，使得地球气候系统趋于稳定，并阻止突然的扰动和气候变化。另外，海洋温度的变化会影响大气结构和降水分布 [ 10 ]。一般情况下，在北半球以降水和洋流的淡水补给为主，而南半球则以蒸发作用为主。这种格局导致海水从北半球流向南半球。另外，降水会引起海洋中的下沉，因为它给原有的平均海面增加了重量，而蒸发作用则使海平面下降并产生了表面海水的流入 [ 11 ]。盐度的下沉会导致海水的涌入，形成海水传输带，从而影响全球气温。 4) 物体反射 反射影响大气中辐射的传递，是未被地球–大气系统吸收或散射的短波辐射，在撞击分子、颗粒或物体后，无阻挡地直接返回太空。反射在大气中和地球表面均能发生。反射取决于云的厚度、植被的类型、土壤的湿度、固态水的新鲜程度和太阳的角度。 5) 核污染 在20世纪80年代，有人认为核战争可能使全球大幅度降温。大气中的一次核爆炸可能影响到离地面30~45 km高的大气流。估计每106吨的核物质制造3000吨的氧化氮，它们在参与化学反应消失之前，可能在平流层停留4年多，吸收短波辐射，破坏臭氧并使地面降温。核爆炸会向空气中排放大量的尘埃，在一次核战争中，来自燃烧的森林和城市的烟雾会被对流抬升到大气上层中，理论上认为这会使地表大幅度降温。 3.2. 评价指标体系的构建 由影响因素得到的评价指标体系见表1。 Table 1 Evaluation index syste 一级指标 二级指标 指标特性 温室气体 二氧化碳 定量 甲烷 定量 氧化亚氮 定量 太阳辐射 太阳黑子 定性 太阳光耀 定性 海洋作用 蒸发作用 定性(反面) 盐度下沉 定性(反面) 物体反射 植被 定量(反面) 云层 定量(反面) 土壤 定量(反面) 冰雪 定量(反面) 核污染 核战争 定量(反面) 核泄漏 定量(反面) 表1. 评价指标体系 3.3. 综合集成赋值法确定权重分配向量 因为AHP容易受到主观因素的影响，无法避免评价人员的主观片面性，不能进行较高精度的过程评价。本文将AHP与熵权法相结合，降低主观因素。首先分别用AHP与熵权法求出权重，并且按照公式(1)合成，这样既保留了各种指标传递的信息，又可通过知识经验对客观权重加以修正。评价方法见图4。 ω j = ( w j ) α ( v j ) β ∑ j = 1 m ( w j ) α ( v j ) β     ( 0 ≤ α ， β ≤ 1 ，     α + β = 1 ) (1) 图4. 评价方法模型图 3.3.1. AHP 根据本文建立的指标体系，各层次元素两两比较，构造比较判断矩阵。判断矩阵表示针对上一层次因素，本层次各因素之间相对重要性的比较，设比较的n个元素 U = { U 1 ， U 2 ， ⋯ ， U n } 对目标Z的影响，确定它们在Z中的比重。每次取两个因素 U i 和 U j ，用 a i j 表示 U i 与 U j 对Z的影响之比： a i j > 0 ，     a j i = 1 a i j     ( i ， j = 1 ， 2 ， ⋯ ， n ) . A = ( a i j ) 为比较判断矩阵。其赋值本文通过专家技术咨询的方法获得见表2。 采取方根法计算出某层次因素相对于上一层次中某一因素的相对重要性，计算判断矩阵每一行元素的乘积： M i = ∏ j = 1 n a i j     ( i = 1 ， 2 ， ⋯ ， n ) ， 计算 M i 的n次方根： W i ¯ = M i n ， 对向量 W ¯ = [ W 1 ¯ ， W 2 ¯ ， ⋯ ， W n ¯ ] T 归一化处理： W i = w i ¯ ∑ j = i n     w j ¯ ， 则 W = [ W 1 ， W 2 ， ⋯ ， W n ] 即为所求的特征向量。 Table 2 The scale of judgment matrix and its implicatio 序号 重要性等级 赋值 1 i、j两元素同样重要 1 2 i元素比j元素稍重要 3 3 i元素比j元素明显重要 5 4 i元素比j元素强烈重要 7 5 i元素比j元素极端重要 9 6 i元素比j元素稍不重要 1/3 7 i元素比j元素明显不重要 1/5 8 i元素比j元素强烈不重要 1/7 9 i元素比j元素极端不重要 1/9 表2. 判断矩阵标度及其含义影响 计算判断矩阵的最大特征根： λ max = ∑ i = 1 n ( A W i ) n W i ， 其中 ( A W i ) 表示AW的第i个元素。并进行一致性检验，一致性指标如下： C I = λ max − n n − 1 ， 随机一致性比率： C R = C I R I ， 其中，RI为平均随机一致性指标，可查统计表3得到。 Table 3 The numerical table of RI for random consistency inde n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 RI 0 0 0.58 0.90 1.12 1.24 1.32 1.41 1.45 1.49 1.51 表3. 随机一致性指标RI的数值表 当 C R < 0.10 时，通过一致性检验即确定权重分配向量为 W ¯ = [ W 1 ¯ ， W 2 ¯ ， ⋯ ， W n ¯ ] T 。 设要比较的五种因素温室气体、太阳辐射、海洋作用、物体反射和核污染为 U = { U 1 ， U 2 ， ⋯ ， U 5 } ，通过专家技术咨询数据得到比较判断矩阵： A = [ 1 3 7 5 3 1 / 3 1 5 3 2 1 / 7 1 / 5 1 1 / 3 1 / 2 1 / 5 1 / 3 3 1 1 / 2 1 / 3 1 / 2 2 2 1 ] 经计算 λ m = 5.1513 ，A不一致， ω = ( 0.4757 ， 0.2374 ， 0.0522 ， 0.0964 ， 0.1384 ) T 。 一致性指标 C I = λ − n n − 1 = 5.1513 − 5 5 − 1 = 0.038 ， 随机一致性指标 R I = 1.12 (查表)， 一致性比率 C R = 0.038 / 1.12 = 0.034 < 0.1 ，通过一致性检验。 3.3.2. 熵值法确定权重 定量指标可以直接给出初始值；定性指标则根据专家的经验打分，将指标分为“很好、较好、一般、较差、很差”进行模糊评价，权重分别为“9、7、5、3、1”。计算第i项指标下，第j个评价对象标值 x i j 的比重 p i j ，公式如下： p i j = x i j / ∑ i = 1 m     x i j     ( j = 1 ， 2 ， ⋯ ， n ) ， 计算第n项指标的熵值 e j ，公式如下： e j = − k ∑ i = 1 m     p i j ln p i j     ( j = 1 ， 2 ， ⋯ ， n ) ， 令 k = 1 / ln m ， e j = − ( ∑ i = 1 m     p i j ln p i j ) ln m ，     ( 0 ≤ e j ≤ 1 ) ， 计算第n项指标的差异系数 g j ，越大则指标越重要。 g j = 1 − e j     ( j = 1 ， 2 ， ⋯ ， n ) ， 确定指标权重： V j = g j / ∑ i = 1 m     g i     ( j = 1 ， 2 ， ⋯ ， n ) ， 根据公式(*)可得最终的权重向量为： ω = [ ω 1 ， ω 2 ， ⋯ ， ω n ] T . 3.4. 全球气候现状分析 气候变化是指一个时期气候平均状态或离差两者中的一个或两者一起出现了统计意义上的显著变化，从长期看，气候变化是不可逆的，世界上和宇宙中万物都有始有终不存在完全相同的生命过程 [ 12 ]。在一定时间尺度内气候变化可以认为是相似的或可逆的。气候变化包括长期趋势、多时间尺度上平均态的变化、各种极端事件以及短期震荡。本次建模只预测未来25年的气候变化，不考虑过长时间的气候变化。由此进行了以下猜想(见图5)。 图5. 气候预测一级指标评价 3.5. 模型的计算 由前文知准则层对目标层的比较判断矩阵通过一致性检验，接下来我们继续方案层对准则层的分析。 记准则层对目标层的权向量为 ω = ( 0.4757 ， 0.2374 ， 0.0522 ， 0.0964 ， 0.1384 ) T ， 根据前文建立的模型，来求方案层对准则层的权向量。 方案层对 U 1 成对比较矩阵： B 1 = [ 1 3 3 7 5 3 5 7 7 5 9 9 1 / 3 1 1 / 3 1 3 3 5 3 5 5 7 9 1 / 3 3 1 3 5 5 3 5 5 7 7 9 1 / 7 1 1 / 3 1 1 3 3 5 7 5 7 9 1 / 5 1 / 3 1 / 5 1 1 1 3 3 5 7 7 9 1 / 3 1 / 3 1 / 5 1 / 3 1 1 1 3 5 5 7 9 1 / 5 1 / 5 1 / 3 1 / 3 1 / 3 1 1 3 3 5 3 7 1 / 7 1 / 3 1 / 5 1 / 5 1 / 3 1 / 3 1 / 3 1 3 5 3 7 1 / 7 1 / 5 1 / 5 1 / 7 1 / 5 1 / 5 1 / 3 1 / 3 1 5 3 5 1 / 5 1 / 5 1 / 7 1 / 5 1 / 7 1 / 5 1 / 5 1 / 5 1 / 5 1 1 / 3 5 1 / 9 1 / 7 1 / 7 1 / 7 1 / 7 1 / 7 1 / 3 1 / 3 1 / 3 3 1 5 1 / 7 1 / 9 1 / 9 1 / 9 1 / 9 1 / 9 1 / 7 1 / 7 1 / 5 1 / 5 1 / 5 1 ] ， 最大特征根为： λ 1 m = 13.9396 ， 权向量为： ω 1 = ( 0.2628 ， 0.1210 ， 0.1853 ， 0.1075 ， 0.0836 ， 0.0707 ， 0.0537 ， 0.0393 ， 0.0288 ， 0.0178 ， 0.0196 ， 0.0098 ) T . 方案层对 U 2 成对比较矩阵： B 2 = [ 1 3 3 5 5 7 5 5 7 9 7 9 1 / 3 1 1 3 1 / 3 5 1 3 5 7 7 9 1 / 3 1 1 3 3 5 3 3 5 7 3 7 1 / 5 1 / 3 1 / 3 1 1 3 1 5 5 3 7 5 1 / 5 3 1 / 3 1 1 5 7 5 3 5 3 7 1 / 7 1 / 5 1 / 5 1 / 3 1 / 5 1 1 5 7 7 5 9 1 / 5 1 1 / 3 1 1 / 7 1 1 3 5 5 3 7 1 / 5 1 / 3 1 / 3 1 / 5 1 / 5 1 / 5 1 / 3 1 1 3 1 5 1 / 7 1 / 5 1 / 5 1 / 5 1 / 3 1 / 7 1 / 5 1 1 5 3 5 1 / 9 1 / 7 1 / 7 1 / 3 1 / 5 1 / 7 1 / 5 1 / 3 1 / 5 1 1 / 3 3 1 / 7 1 / 7 1 / 3 1 / 7 1 / 3 1 / 5 1 / 3 1 1 / 3 3 1 5 1 / 9 9 1 / 7 1 / 5 1 / 7 1 / 9 1 / 7 1 / 5 1 / 5 1 / 3 1 / 5 1 ] ， 最大特征根为： λ 2 m = 19.6583 ， 权向量为： ω 2 = ( 0.2172 ， 0.1159 ， 0.1269 ， 0.0810 ， 0.1240 ， 0.0799 ， 0.0696 ， 0.0345 ， 0.0375 ， 0.0189 ， 0.0321 ， 0.0625 ) T . 方案层对 U 3 成对比较矩阵： B 3 = [ 1 1 / 3 1 / 3 1 1 / 3 1 / 3 1 / 5 1 / 3 1 / 3 1 / 5 1 / 7 1 / 9 3 1 1 3 1 / 3 1 / 3 1 1 / 5 1 / 5 1 / 3 1 1 / 7 3 1 1 3 1 / 3 1 / 5 1 / 3 1 1 / 3 1 / 5 1 1 / 7 1 1 / 3 1 / 3 1 1 1 / 3 1 / 5 1 / 7 1 / 5 1 / 7 1 / 5 1 / 7 3 3 3 1 1 3 3 1 / 3 1 1 / 3 1 / 5 1 / 3 3 3 5 3 1 / 3 1 3 3 1 1 / 3 1 / 5 1 / 7 5 1 3 5 1 / 3 1 / 3 1 1 1 / 3 3 1 / 3 1 / 3 3 5 1 7 1 / 3 1 / 3 1 1 3 1 / 3 1 / 5 1 / 7 3 5 3 5 1 1 3 1 / 3 1 5 3 3 5 3 5 7 3 3 1 / 3 3 1 / 5 1 3 5 7 1 1 5 5 5 3 5 1 / 3 1 / 3 1 3 9 7 7 7 3 7 3 7 1 / 3 1 / 5 1 / 3 1 ] ， 最大特征根为： λ 3 m = 16.0285 ， 权向量为： ω 3 = ( 0.0165 ， 0.0343 ， 0.0344 ， 0.0174 ， 0.0678 ， 0.0726 ， 0.0699 ， 0.0723 ， 0.1633 ， 0.1573 ， 0.1406 ， 0.1538 ) T . 方案层对 U 4 成对比较矩阵： B 4 = [ 1 1 / 3 1 / 3 1 / 5 1 / 5 1 / 7 1 / 3 1 / 5 1 / 5 1 / 3 1 / 7 1 / 3 3 1 1 / 3 3 1 1 / 3 1 / 5 1 / 5 1 / 3 1 / 5 1 / 3 1 / 5 3 3 1 3 1 / 3 1 / 3 1 / 3 1 / 5 1 / 7 1 / 5 1 / 7 1 / 9 5 1 / 3 1 / 3 1 1 1 / 3 1 / 5 1 / 3 1 / 3 1 / 7 1 / 5 1 / 3 5 1 3 1 1 1 / 3 1 / 5 1 / 3 1 / 5 1 / 7 1 / 5 1 / 7 7 3 3 3 3 1 3 1 / 5 1 / 3 1 / 5 1 / 5 1 / 7 3 5 3 5 5 1 / 3 1 1 / 3 1 / 3 1 1 / 3 1 / 5 5 5 5 3 3 5 3 1 3 1 / 3 1 1 / 3 5 3 7 3 5 3 3 1 / 3 1 3 3 3 3 5 5 7 7 5 1 3 1 / 3 1 3 5 7 3 7 5 5 5 3 1 1 / 3 1 / 3 1 5 3 5 9 3 7 7 5 3 1 / 3 1 / 5 1 / 5 1 ] ， 最大特征根为： λ 4 m = 15.1627 ， 权向量为： ω 4 = ( 0.0172 ， 0.0275 ， 0.0269 ， 0.0255 ， 0.0283 ， 0.0567 ， 0.0644 ， 0.1235 ， 0.1672 ， 0.1826 ， 0.1450 ， 0.1353 ) T . 方案层对 U 5 成对比较矩阵： B 5 = [ 1 1 / 3 3 5 3 3 3 5 1 / 3 1 / 3 1 / 5 1 / 3 3 1 3 1 1 / 3 3 1 / 5 1 / 3 1 / 7 1 / 3 1 / 7 1 / 5 1 / 3 1 / 3 1 5 1 1 / 3 1 / 3 1 1 / 5 1 / 3 1 / 5 1 / 3 1 / 5 1 1 / 5 1 1 / 5 1 / 3 1 / 3 1 / 5 1 / 7 1 / 5 1 / 9 1 / 7 1 / 3 3 1 5 1 5 3 3 1 / 5 1 / 3 1 / 7 1 / 5 1 / 3 1 / 3 3 3 1 / 5 1 3 5 1 / 3 1 1 / 5 1 / 3 1 / 3 5 3 3 1 / 3 1 / 3 1 1 1 / 5 1 / 3 1 / 7 1 / 3 1 / 5 3 1 5 1 / 3 1 / 5 1 1 1 / 3 1 / 3 1 / 5 1 / 3 3 7 5 7 5 3 5 3 1 5 1 / 5 1 / 3 3 3 3 5 3 1 3 3 1 / 5 1 1 / 3 1 5 7 5 9 7 5 7 5 5 3 1 1 / 5 3 5 3 7 5 3 3 3 3 1 5 1 ] ， 最大特征根为： λ 5 m = 15.3141 ， 权向量为： ω 5 = ( 0.0698 ， 0.0436 ， 0.0284 ， 0.0143 ， 0.0608 ， 0.0509 ， 0.0419 ， 0.0354 ， 0.1455 ， 0.0885 ， 0.2173 ， 0.2035 ) T . 层次排序的结果如表4所示。 Table 4 Results of hierarchical sortin 准则 温室气体 太阳辐射 海洋作用 物体反射 核污染 总排序权值 准则层权值 0.4757 0.2374 0.0522 0.0964 0.1384 方案层单排序权值 1 0.2628 0.2172 0.0165 0.0172 0.0698 0.1888 2 0.1210 0.1159 0.0343 0.0275 0.0436 0.0956 3 0.1853 0.1269 0.0344 0.0269 0.0284 0.1266 4 0.1075 0.0810 0.0174 0.0255 0.0143 0.0757 5 0.0836 0.1240 0.0678 0.0283 0.0608 0.0839 6 0.0707 0.0799 0.0726 0.0567 0.0509 0.0689 7 0.0537 0.0696 0.0699 0.0644 0.0419 0.0577 8 0.0393 0.0345 0.0723 0.1235 0.0354 0.0509 9 0.0288 0.0375 0.1633 0.1672 0.1455 0.0674 10 0.0178 0.0189 0.1573 0.1826 0.0885 0.0510 11 0.0196 0.0321 0.1406 0.1450 0.2173 0.0683 12 0.0098 0.0625 0.1538 0.1353 0.2035 0.0687 表4. 层次排序的结果 通过以上计算结果分析，我们预测未来25年全球气候将呈现平均温度上升，冰川消融，海平面上升，水域面积增大，水分蒸发更多，雨季延长，水灾频发，极端天气增加，气候异常现象增多的趋势。如厄尔尼诺现象、拉尼娜现象、飓风台风、沙尘暴、寒潮等异常气候。因此人们应该增强气候变化意识，及时采取应对措施，面临未来的挑战，努力改善环境，保护环境，共同营造一个和谐美好的生存环境。