毛克彪，博士，研究员/教授，博导，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所优秀青年一级人才，全国优秀科技工作者，湖南农业大学兼职博导，湖南科技大学兼职教。主要从事农业大数据、农业遥感和气候变化等方面的研究。主持或作为核心成员参与各类国家重大、重点等科研项目近20项。在国内外期刊和国际会议发表论文100余篇，专著3部(独著1本)，获得发明专利10项。利用自己的研究成果在国家重大自然灾害监测中做出突出贡献，因此获得茅以升北京青年科技奖1项，中国产学研促进奖1项，获得中国农业科学院-青年科技创新奖1项，荣获中国农业科学院建院60周年卓越奉献奖1项，参与获得2项国家科技进步二等奖，2项北京市科技进步三等奖，并被授予“全国优秀科技工作者”称号。通过天体运行轨道和全球温度等数据分析，首次提出地球温度变化主要由地球在太阳系中的轨道能级位置决定，气象(天气)和生态系统大尺度时空变化是地球内部系统为适应天体运行(太阳系和银河系)轨道位置变化的主要内在调节形式的理论;通过建立太阳系围绕银河系的运行简单模型图，提出地球磁场逆转或者大的变化主要是由于太阳和其它星体运行轨道位置临界点转换而形成，地球等星体运行轨道呈椭圆形主要是由于太阳同时也在运动造成;地球各板块运动、地球上不同时期各种生物的出现、迁移和消失是由天体运行轨道位置决定。在此基础上首次提出了建立以开普勒定律和万有引力定律以及广义相对论为基础研究全球气候变化和生态系统理论。

　　对全球二氧化碳、全球温度变化、全球大气水汽和全球植被变化进行了分析，分析结果表明全球水汽分布与温度变化同时影响植被时空分布，水汽变化和植被时空变化影响着全球温度变化，同时调节或者部分抵消了二氧化碳“温室效应”的影响，使得地球对温度变化具有自我调节功能。通过天体运行轨道分析，提出地球温度变化主要由地球在太阳系中的轨道能级位置决定，气象(天气)和生态系统时空变化是地球内部系统为适应天体运行(太阳系和银河系)轨道位置变化的主要内在调节形式的理论思想。通过建立太阳系围绕银河系的运行简单模型图，提出地球磁场逆转或者大的变化主要是由于太阳和其它星体运行轨道位置临界点转换而形成(类似地球的春分、夏至、秋分和冬至)，地球等星体运行轨道呈椭圆形主要是由于太阳同时也在运动造成。地球各板块运动、地球上不同时期各种生物的出现、迁移和消失是由天体运行轨道位置决定。在此基础上提出了建立以开普勒定律和万有引力定律以及广义相对论为基础的全球气候变化和生态系统理论模型思想，此理论思想的提出为大时空尺度空间气候变化和生态系统模型研究开辟了新的研究途径和新的学科研究方向，对空间气候变化和灾害预测以及生态物种时空演化等研究具有重大意义。

　　地球系统内部气候变化和生态系统自我调节

　　在过去30年中, 为进一步认识全球变化的机制、减缓和适应气候变化、减轻气候变暖不利影响，研究人员做了许多研究。IPCC 第四次评估报告(AR4)指出, 全球变暖主要是人为排放二氧化碳等造成的。这些气体主要源于化石能源的使用、土地利用变化以及森林的破坏，为此全球多次召开气候变化会议，制定了相关减排措施和政策。我们对全球二氧化碳进行了统计分析，发现全球二氧化碳确实逐年增加，大气中的二氧化碳浓度增加，地球温度应该持续增加。为克服传统全球气候变化研究利用全球气象站点进行内插计算全球温度的缺陷，我们利用全球中分辨率成像光谱仪(MODIS)地表温度产品数据进行了统计分析。温度最高年份是2005年，最低年份是2008年，全球地表温度并没有随二氧化碳的增加而持续升高，而是波动变化。图2说明地球温度变化不是由二氧化碳决定和左右的，至少可以说明二氧化碳不是起主要作用。大气水汽也是一种非常重要的温室气体，按照常理二氧化碳升高，温度升高，大气饱和度升高，大气水汽含量应该升高。我们同样利用全球MODIS水汽数据进行了统计分析，如图3所示。从图中可以看出近年来全球水汽含量呈波动变化，但整体呈下降趋势。二氧化碳和水汽都是温室气体，说明水汽的整体下降趋势从某种程度上部分抵消了二氧化碳上升的增温效应。是什么原因导致水汽含量整体呈下降趋势和地球温度呈波动形式变化?因此我们提出地球温度变化主要是由地球在天体运行轨道中的位置决定，地球系统温度具备自我调节能力。在地球随太阳运动过程中，由于地球不是一个均匀球体，旋转过程中，保持一个倾角(23.44°)使得全球不同地方获取的太阳辐射不一致，海陆分布差异很大。为适应星体轨道运行所需要的能量(温度)，地球通过水汽运动(降雨)和云的遮挡使得全球不同地方得热量分布进行即时调整。2003-2012年全球温度空间变化如图4(a)所示。 近10年来，北半球略有减温，特别是北美洲西北部与太平洋交接的地区，太平洋赤道附近地区降温明显，但北高纬北冰洋地区有升温趋势，这可能也是导致最近几年开发北极的直接原因。南半球整体略有增温，但在澳大利亚东部和非洲南端降温明显。全球水汽变化如图4(b)所示。海洋上空特别是北半球部分和位于赤道地区的太平洋西部水汽下降比较明显。水汽也是一种重要的温室气体，水汽的下降和空间分布变化调节了全球温度的空间分布和变化趋势。植被是生态系统中最重要的组成部分之一，我们对植被空间变化进行了分析，如图4(c)所示。北高纬地区、北美洲东北部、亚洲东部、澳大利亚东部、印度半岛西部和非洲南段植被增加明显。赤道地区、北美洲东南部、南美洲、非洲中部、亚洲中部等植被呈下降趋势。赤道地区的植被每年以0.11%速度在减少(水汽在此也减少)，北高纬植被每年以0.17%的速度在增加(水汽在此相应增加)。

　　2003-2012年全球温度(a), 水汽(b), 和植被(c)空间分布变化率图(斜率)

　　植物会通过光合作用吸收空气中CO2和释放氧气，以及通过蒸腾作用影响周围环境的温度。植被时空变化受温度的影响，但同时也在调节温度变化，图5是2003年至2012年春夏秋冬季节平均变化图。除赤道地区外，南北半球植被随四季变化非常明显，四季变化主要是由地球位于太阳不同轨道位置决定的。植被时空变化受天体运行轨道的影响可以从我们日常生活中得到证明，植被的生在昼夜生长完全不同，这是地球自转造成。另外在不同农时种植不同的农作物，错过农时将很难丰收。虽然现在大棚可以种植蔬菜，但在不适宜的季节种植，蔬菜的味道相差很大，这也直接说明蔬菜生长受季节影响很大，而季节变化则直接由天体轨道运行位置决定，即植被的生长在很大程度上受天体运行轨道位置影响。从某种程度上讲，农作物长势、旱涝发生、粮食产量等也是由天体运行轨道位置决定。

　　全球生态系统特别是植被时空变化受温度、二氧化碳和水汽等时空变化影响很大，季节变化明显。昼夜和季节变化是由地球自转和围绕太阳公转所处的轨道位置共同决定。由此可以得出植被甚至整个生态系统每时每刻的变化也是由地球在太阳系中的轨道位置变化决定，地球上每天的天气变化是由太阳系中的所有星体(包括月亮)运行轨道综合影响形成的。气候变化和生态系统是由天体运行轨道位置决定，特别是植被大规模地空间变化人为因素影响很小，不同地区植被增加或减少主要是由于星体周期变化，磁场引力变化等引起的。我们提出地球各板块运动、地球上生态系统中每个物种的出现、迁移和消失在某种程度也是由星体引力和磁场变化等因素决定，即由星体运行轨道位置决定。引力场和磁场的变化直接影响到各物种在自然界的生存能力，主要原因是各种物种都是由分子原子构成，都受到引力和磁场的作用。

　　地球气候变化和生态系统外部变化由星体运行轨道位置决定

　　全球二氧化碳浓度呈上升趋势，全球平均水汽年变化呈下降趋势，但全球平均温度呈现波动变化。说明水汽和其它气体变化部分抵消了二氧化碳温室效应的影响，地球能够通过大气水汽(降雨)、云、植被、洋流、火山喷发、地震等实现温度自我调节，地球的气候变化-生态系统变化是由其在太阳系所处的能级决定。图6是太阳系各星体运行模拟图。由于人类早期缺乏观测技术和数据，对地球气候变化(温度变化等)难以做出准确的定量分析。本文通过另外一个角度来分析地球的温度变化是由天体运行轨道位置决定。地球每天24小时气温变化不是呈正弦或者余弦函数变化，具体分析请参见。凌晨时气温最低，中午时气温最高。据观察白天二氧化碳少，晚上二氧化碳多。说明二氧化碳变化不是温度一天变化的主要原因，地球每天的温度变化真正的原因是由于地球自转引起的,太阳刚出来时气温很低,那是因为夜晚没受到太阳的光照,地面和大气都已冷却下来了,到了中午大气和地面都被加热了,并且此时太阳光是直射,被大气反射掉的能量最少,因此此时温度最高。

　　太阳系模拟图

　　地球一年温度随春夏秋冬周期变化，温度变化是由于地球绕太阳公转形成(如图6所示)。二氧化碳浓度随着春夏秋冬四个季节依次降低，即使观测资料和观测范围不足一年的情况下，人们也不会认为一年四季的温度变化是由二氧化碳变化引起的。地球上的四季不仅是温度的周期性变化，而且是昼夜长短和太阳高度的周期性变化。昼夜长短和正午太阳高度的改变决定了温度的变化。四季的递变全球不是统一的，北半球是夏季，南半球是冬季;北半球由暖变冷，南半球由冷变热。从春分经夏至到秋分，北半球处于夏半年，南半球处于冬半年。这些变化都是由于地球围绕太阳公转时轨道位置决定。地球自转和公转运动的结合产生了地球上的昼夜交替、四季变化和五带(热带、南北温带和南北寒带)的区分。由于地球自转运动，产生了日、月、星辰的东升西落现象和昼夜的更替以及由此而引起的地表各种过程的日变化。通过日变化和年变化分析，地球气温日变化与年内季节变化主要是由于地球自转和公转决定的，确切地说是一种天文现象，轨道变化引起的。

　　进入工业化时代后，地球每年的二氧化碳年内都在变化，但年际之间一直在增加，地球温度年际之间也是变化的(有高有低)，并不是随着二氧化碳的增加而相应增加。特别是近10年，地球表面温度变化几乎已经停止。这是什么原因导致的?地球上的每天的气象变化万千是什么原因导致或者什么力量驱动的?如果太阳系中只有太阳和地球，地球上的气候变化就非常有规律，地球绕着太阳做圆周运动。但太阳系里面有很多高速运行的行星并且大部分各自还有卫星，而且地球和各个星体并不是均匀的球体，各个星球不同部分引力场和磁场是不一样的，这就使得地球受到的引力和磁场都在做微小的调整，各个板块之间相互挤压，水汽(降雨)和云的运动是地球平衡过程中的主要表现形式，从而使得地球上每天的气象变化都不一样。太阳系是以太阳为中心，和所有受到太阳引力约束的天体的集合体：8颗行星、已知的卫星至少165颗、3颗已经辨认出来的矮行星，和数以亿计的太阳系小天体。太阳系里面的每颗行星的运动都满足开普勒三定律、万有引力定律以及广义相对论。虽然总的合力是指向太阳，但由于其它星体轨道变化导致引力方向和大小变化，从而地球自转和公转速度每天都在做微小的变化。

　　由于星球之间的距离变化导致引力场和磁场变化，从而进一步导致地球在太阳系中所处的能级轨道发生变化。引力变化导致地球自转和公转速度变化，由于地球不是一个均匀的球体，各个地方增速或者减速不同，地球各板块之间相互摩擦从而引起地震释放能量，另外加上海水保持惯性运动，从而引起摩擦导致海水温度变化(增温或者降温)，同时使得一方海面升高或者降低产生洋流。不同星球之间的引力作用产生的潮汐力和地球海洋底下地热释放热量的差异，引起气候变化研究中最典型的现象“厄尔尼诺”、“拉尼娜”和“太平洋十年涛动”，这是由于地球外的其它星体周期运动导致引力场或者磁场周期性地发生变化，比如有一颗或者几颗行星周期性地运转导致引力场有微小的变化。由于海面温度和运动方向异常，海面和大气作用从而引起大气变化异常，强行改变水循环的先前模式，破坏平衡引起飓风等自然灾害。我们目前做的绝大多数研究是系统内研究，但考虑星体运行轨道的系统外研究可能更重要。地球的磁场变化是由其本身在天体中运行的轨道位置所决定，如果把太阳比做原子核，那么地球只是围绕太阳转的一个的电子。磁场或者引力场变化驱动云、大气中水汽和地壳岩浆异常运动，破坏了平衡导致自然灾害(比如台风和大范围降雪以及地震等)发生。这一结论可以从灾害周期性发生得到，因为天体也是周期性运转。比如月亮围绕地球转，地球围绕太阳转，太阳围绕银河系转，银河系又围绕另外一个更大的天体系统在转。这些不同级别的天体在不同的体系里都有各自的周期表现：对于地球围绕太阳这个级别系统而言，地球表现为春夏秋冬周期性发生;对于太阳围绕银河性这个级别的周期系统而言，地球表现为大的冰川期、大暖期及中间过渡期等交替出现，地球围绕太阳的角色跟月亮围绕地球相似。这点可以从太阳黑子周期性地出现来得到证实，因为太阳很可能受另外一个更高级的系统影响，跟地球一年四季变化相似，而且太阳黑子也是对地球的辐射影响产生周期性影响。对于更高级别和更长的周期，人类可能还没有记录，还需要进一步研究和观测。因此，气候变化基本上可以断定，地球本身有一个调节系统，人类在这个系统里面有一定的干扰作用，但比起地球外的大系统而言，人类的作用几乎可以忽略。大的气候变化周期是由行星的运行周期和所处的轨道位置决定。太阳系中行星位置微小的变化引起的引力场和磁场的变化对地球产生非常大的影响，周期甚至是上百年上千年，太阳系外的影响上千万年或者上亿年。

　　以大数据思维建立综合气候变化和生态系统模型

　　以太阳做参照系，地球自转引起地球气温日变化，地球围绕太阳公转引起气候季节变化。以银河系做参照系，太阳也存在自转和公转，而地球则有相应的周期变化。银行系在宇宙中本身也有自转和公转，地球则有更大的气候变化周期。银河系也并不是孤立的，在宇宙中还存在像我们银河系一样的河外星系。图7是我们提出的一个简化的银河系运行模型图。假定银河系中只有太阳系，太阳和地球是均匀球体。如果太阳是静止的，太阳系中只有太阳和地球，很容易理解地球应该是做匀速圆周运动，地球上四季就没有变化。现在让太阳沿着一个类似地球椭圆轨迹运动起来，那么地球不可能再保持做匀速圆周运动，由于太阳带着地球向前运动，地球同时围绕太阳运动，这就会形成相对运动，两种运动的叠加形成了椭圆运动，并且使得地球速度在不同轨道位置发生变化，近日点和远日点的连线是太阳运行前进的方向。太阳位于地球椭圆轨道的一个焦点上是由于太阳围绕银河系运动决定的。为什么围绕太阳公转的行星基本上位于一个平面上，这也是由太阳运动方向决定，其它行星的运行需要和太阳运行的方向保持一致。各个行星并不是完全在一个平面上，这是由于各个行星之间彼此存在引力影响且平衡的结果。由于太阳系中行星较多，而且各行星并不是均匀球体，各个星体之间相互影响和周期不一致，所以各星体也并不是的严格的椭圆形轨道，地球上的气候和生态系统变化是星球轨道运行变化过程中自我平衡调节的表现形式之一。

　　结语

　　通过全球遥感数据分析和星球轨道分析表明：地球气候(温度)变化主要是由地球在太阳系和银河系中的轨道位置所处能级决定，地球内部能够自我调节温度。月亮围绕地球转，地球围绕太阳转，太阳围绕银河系转，银河系又围绕另外一个更大的天体系统在转。这些不同级别的天体在不同的体系里都有各自的周期表现：地球自转表现为白天黑夜;对于地球围绕太阳这个级别系统而言，地球表现为春夏秋冬是周期性发生;对于太阳围绕银河性这个级别的周期系统而言，地球表现为冰期和间冰期。地球气候变化是由于星体轨道变化导致与地球之间的引力场和磁场变化，从而引起地球系统水循环(包括大气水汽、云、降雨和洋流等等)和地球内部岩浆运动;地球的热能和动能发生变化，地球各板块之间相互摩擦以及地核会通过地热等形式释放热量引起海水温度的变化。年内短时间内的洋流等周期变化主要是受太阳和月球引力和磁场的影响。年际之间大的变化主要是由于其它周期更长的天体引力和磁场叠加在太阳及月球引力与磁场上一起对地球影响的结果。天体运行过程中都遵循开普勒三定律和万有引力定律，每个天体在高速运转(自转和公转)的过程中，各个天体都在无时无刻地通过吸收或者释放能量调整自己的状态，从而达到新的动态平衡。对于地球来说，大气、洋流、地震和火山喷发等就是地球在高速运行过程中自我调整能量的形式。当人类释放大量的二氧化碳导致温度升高时，地球为了维持自身的稳定，会通过调节大气水汽、云空间变化和其它气体成分变化或者火山喷发释放气溶胶到大气中或者调节海洋底下火山喷发的大小改变海水温度，从而使调节温度变化。我们提出地球各板块移动与相互挤压，以及地球生态系统的时空变化(包括物种的出现，迁移和消失)和气候变化都是由于星球轨道位置变化引起的。通过对全球遥感数据和天体运行轨道分析，首次提出了地球气候(特别是地球温度变化)和生态系统时空变化主要是由天体运行轨道位置决定的理论思想。

　　人类在气候变化和生态系统大时空尺度变化中只起一个很小的作用，更多地是被动地适应气候变化。总之，地球在通过某种内在方式进行自我调节。地球每天的天气(气象)和长时间的气候变化都是一种天文现象，极端天气是由对地球作用的天体引力大小和方向突然改变或者变化幅度太大引起的。人类在地球系统内部的作用是非常小的，特别是人类排放产生的二氧化碳对全球温度变化影响非常小，只是一个微调或者扰动作用。当然，节约能源和减少大气污染还是非常必要的，而且人类的剧烈排放二氧化碳或者其它破坏会导致地球内部调节更加剧烈，自然灾害频率和强度就会增加，从而影响人类生存。我们提出以开普勒三定律和万有引力定律以及广义相对论为基础，建立一个以太阳或者银河系为中心的模型，模拟在行星运动和在外来星球干扰情况下，磁场和引力以及太阳辐射变化怎样驱动地球大气和洋流等运动，特别是地震和火山喷发，从而更加准确预报天气和重大自然灾害。由于星体运行周期长，人类缺乏观测数据和观测技术，可以利用地球极端气候周期变化反推天体运动规律和发现新的天体，用大数据思维建立大尺度时空气候变化和生态物种演化模型是未来地学等领域研究的趋势。此理论思想的提出为大时空尺度空间气候变化和生态系统模型研究开辟了新的研究途径和新的学科研究方向，对空间气候变化和灾害预测以及生态物种时空演化等研究具有突破性的重大意义。未来的气候变化研究需要多个领域专家一起合作建立以太阳系或者银河系为中心的天气引力变化模型，在此基础上进一步模拟天体引力变化怎么样驱动地球大气、洋流运动，以及地震和火山喷发，从而预测灾害发生。(杨建)

　　(注：本文大部分内容和观点引自：毛克彪*等，全球气候和生态系统变化与星体轨道位置变化关系研究，高技术通讯，2016，10，890-899)