本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
如何向怀疑论者解释气候变化
里克·桑托勒姆最近将气候变化描述为一场骗局——一堆“虚假”的科学，试图将自然界正常的“繁荣与萧条”周期变成人为的。他的评论说明，尽管科学界承认气候变化是真理，并且尽管科学在公众中获得了越来越广泛的接受，但您仍然可能会遇到一些不相信气候变化“理论”的人。在我为石油公司和环保组织工作的经验中，我几乎听过关于气候变化的每一种赞成和反对的论点。但有几个真理胜过所有这些。
首先，让我们考虑一下“理论”这个词。通俗地讲，理论指的是尚未被证实的想法或假设。然而，科学理论是经过科学方法严格检验的假设，并在彻底检查后被接受为真理。除非另有特别说明，否则科学理论与科学事实没有区别。因此，在科学领域，气候变化的理论是科学事实。
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类似地，重力的理论和核物理学的理论也是我们每天都与之共存的理论。对于不了解科学的人来说，它们可能很难描述。但是，每当我们走在地上时，我们都会看到重力理论在起作用。每当我们打开灯时，我们都会看到核物理学理论——因为灯泡使用的电力有 20% 来自核能。不幸的是，或者幸运的是，取决于您的观点，气候变化不如重力或核反应那样立竿见影，因此它不那么明显是真的。
这是气候变化辩论的根源——科学事实与非科学观察。怀疑论者提出的大部分证据都是轶事——基于非科学观察或研究的证据，这些证据在孤立地看时可能听起来很有说服力。一个例子是“今天比一年中这个时期的平均温度更冷；因此全球变暖不是真的。” 那些引用这一点的人显然不理解天气和气候之间的区别。您可能还听人说过，“气候是周期性的，我们只是处于变暖趋势中。” 或者“皮纳图博火山的爆发比我们改变气候更多。”
我并不是说火山爆发、太阳耀斑或生物圈的自然变化不会改变气候。它们会改变。有时非常显着。但这不是争论的焦点。怀疑论者提出的论点是人类是否正在改变气候。
为了使人为（人类造成的）气候变化“理论”成立，还必须证明两个必然的真理。找出其中一个的缺陷，你就推翻了气候变化理论。证明两者都是正确的，那么人为造成的气候变化一定是真的。
必然结果#1 - 二氧化碳是一种温室气体。
二氧化碳是一种温室气体的“理论”已经过数千次的测试和证实。但如果由于某种原因您不相信，这里有一个您可以在家做的实验，由 NASA 提供。您还可以在实验中添加几个步骤来测试气溶胶对温度变化的影响。但对于仅 CO2 而言，请考虑以下内容
材料：
两个或更多 2 升透明苏打水瓶，标签已去除。
每个苏打水瓶的相同温度计
不透明胶带或造型黏土
二氧化碳 (CO2) 来源 – 见下文*
方法：
在瓶盖上钻孔，孔径与您的温度计相同。将温度计穿过瓶盖上的孔几英寸。使用造型黏土或胶带固定温度计并密封孔。
使用苏打水瓶用您选择的 CO2 来源填充其中一个瓶子（参见脚注选择 CO2 来源）
将带有温度计的瓶盖放在瓶子顶部。
将瓶子放在阳光下。确保它们接受相同的阳光照射。注意：可以使用加热灯代替阳光，但您必须非常小心地将瓶子放置在完全相同的距离处，远离灯。
通过在瓶子外部贴上不透明胶带，遮蔽温度计。胶带在两个瓶子上必须长度相同。
随时间测量瓶子的温度。每五分钟记录一次每个瓶子的温度，持续半小时。
这只是展示 CO2 如何充当捕获热量的毯子的一种方法。还有许多其他方法可以证明二氧化碳是一种温室气体，如果您将这层毯子覆盖在地球周围，地球就会变暖。
必然结果#2 - 人类正在向大气中排放更多的二氧化碳。
是的，生物圈中的碳含量是有限的。人类无法增加碳含量，但我们可以做的是将碳从固体或液体转化为气体。作为气体，它会进入大气层，而不是留在地下。我们知道我们正在这样做，因为我们挖掘出大量的煤和石油，这些物质主要由碳组成，并将碳转化为气体。在大规模上，这种气体可以在发电厂释放时进行测量。我们也可以简单地测量大气中的 CO2 浓度。我们已经测量到，在过去的几十年里，大气中 CO2 的浓度每年增加约百万分之二。
另一种方法
解释这两个必然结果可能是科学性较低的方法，但如果您的听众理解微积分，则有一种数学方法可以证明它（如果里克·桑托勒姆恰好是您的听众，我建议使用更简单的解释）。我很高兴向其他科学家——例如地质学家和石油工程师——证明全球变暖，他们了解数学和物理学，但可能没有将这些知识应用于气候理论。为此，您只需围绕地球进行热力学能量平衡。
步骤 1：假设地球没有大气层。计算地球的平均全球表面温度。
要计算地球的平均表面温度，您可以使用黑体的斯特藩-玻尔兹曼定律。
在这个方程中，E 是入射太阳辐照度的速率，可以假定为每平方米约 238 瓦。***
求解温度
步骤 2：加入大气层。重新计算平均全球表面温度。
对于此计算，可以将大气层视为一个薄层，其对太阳辐射的吸收率为 0.1，对红外辐射的吸收率为 0.8。令 X 等于地球表面的辐照度，y 等于大气层的辐照度（向上和向下）。E 是从太空进入地球-大气系统的辐照度，在全球范围内平均（E = 238 瓦/平方米2，来自前面的方程）。
在地球表面，辐射平衡要求
同时求解这些方程表明 x = 377 瓦/平方米2，y = 163 瓦/平方米2。
再次，通过使用斯特藩-玻尔兹曼定律，您现在可以计算地球表面的温度。
您可以看到，在大气层的情况下，地球的平均表面温度实际上是 13 摄氏度。再进一步，您可以计算将全球平均表面温度升高 1 摄氏度所需的吸收率增加量。使用上述方程，您可以证明，要将全球平均表面温度升高 1 度，大气层的吸收率只需从 0.8 增加到 0.8166。
无论您决定如何描述它——通过动手实验和测量，还是通过计算——气候变化正在发生。我们越早接受它，我们就越能开始共同努力，既减少排放，又适应已经发生的变化。
* 对于您的二氧化碳来源，您可以使用以下方法之一
干燥 CO2 来源 - 苏打水瓶充气 - 用一次二氧化碳充气填充干燥的苏打水瓶。您将使用苏打水瓶中的二氧化碳填充其中一个瓶子。对于这种方法，两个瓶子都可以保持干燥。
湿 CO2 来源 - 泡腾片 - 您将在两个瓶子中都放入一杯水，然后在其中一个瓶子的水中放入几片泡腾片。一汤匙小苏打可以代替泡腾片。
湿 CO2 来源 - 在其中一个瓶子中放入一杯苏打水或苏打水，在另一个瓶子中放入一杯自来水
** 提出的问题改编自 Wallace 和 Hobbs，1977 年，如 Allen 和 Shonnard 在他们的文本，《绿色工程：化学过程的环境意识设计》（2002 年）中重印的那样。
***E 在这里定义为红外行星辐照度，它是使用入射太阳辐照度（S = 1,360 瓦/平方米2）、地球半径（R，以米为单位）和入射太阳辐射总量的分数计算得出的，该分数被反射回太空而未被吸收（A = 30% = 0.3）。系统的能量平衡产生以下方程
关于作者
斯科特·麦克纳利拥有德克萨斯大学化学工程学士学位。他曾在瓦莱罗能源公司担任环境工程师，在壳牌石油公司担任项目工程师，并在白宫环境质量委员会担任能源和气候研究实习生。斯科特是 Plugged In 的常客博客作者 – 他受 Plugged In 的梅丽莎·C·洛特邀请成为客座博客作者。您可以通过电子邮件 scottmcnally at gmail dot com 联系斯科特。