毫无疑问，伊拉克军队蓄意点燃科威特油井是对自然环境的严重破坏，但是，对气候的影响似乎被夸大了。

早在这些情况发生之前，科学家们在1991年1月就聚会伦敦，讨论因海湾战争对气候造成的影响。有的认为对环境的潜在影响是微不足道的，有的则认为这场战争是一场灾难。更为严重的是，有人估计，将会使水温下降，亚洲季风消失，庄稼歉收，并加速地球变暖。我认为，要讲清这个道理需要有各种不同的知识为基础，包括水库动力学、燃烧机理、火势流动学、烟雾弥散学、烟雾物理学及气候影响原因等。本人采用了模型来估计烟雾并判断其对环境的影响、尽管事先进行了假设，但是对于所发生的最严重的情况还是可以区分的，并且能够准确地进行评估，我的结论是：尽管油井的大火对未知的生态变化必将产生严重的环境污染，但对气候的影响似乎被夸大了。

1989年，科威特的7口油田每天产量为1，593，000桶的原油（Bd^-1），科威特的3家炼油厂的原油合并之后，其产成品就用管道传送。1990年8月2日前，科威特贮存了大约1300万桶的原油。

一、空前的灾难

油井被破坏后，必然会引起大火，如果不扑灭的话、它们将一直燃烧下去。井之间的火焰一般不会合并（因油井之间距离有800~1600 m）。但如果气压较小的话，空气中的烟雾就会不断增加。炼油厂的火焰很难扑灭，但发出的热量和烟雾与附近的干柴燃烧相比要少。由于油井的油流向炼油厂附近的油库，因此，仍然存在着对环境大破坏的潜在危险。

我设计了一种估算油井燃烧时油烟释放量和炼油厂碳氢贮藏量的方法。科威特每天原油产量为1，593，000 Bd^-1，每个油井的流量是4，390 Bd^-1这种流量维持了与天然气流动量的同样的速度。这个流量还比1989年科威特油井产量的3，427 Bd^-1大。每个井的流量受库存的压力和产油井数量多少的限制。投入生产的油井越多，其流量就会降低。

从去年3月初起，油田就被关闭，传送也停止了，因而其库存量也就冻结在8月初的水平。很快，随着油井被破坏，原油就以油井被破坏前的速度涌出来随着时间的推移，库存的压力下降了，原油的涌出量也逐渐减少，这种减少量会延续几个月或几年，主要取决于贮油器的结构和油井的地理位置。我在这里假定原油持续均匀涌出并且忽略了随着库存量下降而减少原油流出的可能性。

因油井燃烧而形成的烟尘量可以通过油井的涌出速率P(Bd^-1)，原油稠密度m(kgB^-1)和烟尘散发因子等计算出来。

假定每天的生产量完全被燃烧掉。在伊拉克入侵之前，363个油井在正常产油。喷油以后，油井被关闭，每个井的平均流量就减少；总的原油流量不会有大幅度的增加。如果，没有喷射的话，流量就有可能减少，不过，以最少的估计，还是假定有25%的增加量。

原油的烟尘扩散值（来自实验室的测试）从20gkg^-1到98gkg^-1平均值为73gkg^-1±25 gkg^-1。其中大约69%是碳元素。在可见波长中，这样的烟尘吸收量是相当高的（反照率为0.3，消除系数为10.6 m²g^-1±1.4）、用这个平均扩散值，可以得出每个油井形成的烟尘量S=4.4×l0⁷gd^-1，总量是1，593，000 Bd^-1，烟尘扩散量S#=0.016Tgd^-1，这里，1个±克单位（Tg）等于100万公吨。30天后，大气中就会增加0.49Tg的烟尘。还要加上炼油厂因燃烧而散发的烟尘。

由于炼油厂的存货中有原油，也有产成品，因此其烟尘扩散量是相当小的。以典型的原油和产成品混合为例，其扩散量为50gkg^-1。假如有32%的原油和68%的产成品则扩散量是57gkg^-1，潜在的烟尘量为0.10Tg。

这样，烟油厂产生的烟尘比所有同一天里燃烧油井的烟尘量要大6倍。而且，烟尘扩散就有可能在5~10天就发生了，因此，我估计，在最初10天内，烟尘扩散量S = 0.016+0.010 = 0.0267gd^-1，以后（直到大火被扑灭止）。S=0.016Tgd^-1。在第一个月，烟尘扩散总值可达0.58Tg。

烟尘对环境的影响取决于烟尘内物质的性质和所扩散的高度，总的说来，炼油厂大火中的烟尘在空中扩散高度比油井高，这是因为燃烧着的贮油罐比油井火焰的截面大，这样，向上的升力就不会轻易被周围的“冷”空气所扩散，使烟雾在大气中升得较高。

适用于大油层火的流体密码溶解法证明最大的烟雾扩散高度为3千米。大多数的烟雾扩散高度为2千米，这个高度大大低于云端高度。（其条件是空中有一个静止的大气层，如果周围有风的话会降低其上升高度）。在海克斯（heikes）等地，在潮湿的大气层中，相似的火焰会与其烟尘的上升高度相似，在沙漠气候条件下，烟尘的上升高为1~3千米。

油井燃烧的烟尘没有炼油厂火焰的烟尘高，是由于其形状比较细长和上升力很快地被扩散开了，在最初阶段，油井产生的热量速度增加不大（约45kTg^-1 = 319 MW）。比如，火焰温度约1000℃，初始速度为7.2ms^-1。对应的扩散高度约700米，这个高度对低扩散区域来说，已经是比较高了（最高可以达到1000米）。

总之，我认为，烟尘的扩散高度有两种情况，炼油厂燃烧烟尘的扩散高度为1~3千米，油田火焰的扩散高度一般低于1千米。通过观察科威特油井和炼油厂燃烧情况后，就可以知道，我们计算上的最大的毛病就是过高地估计了烟尘的燃烧高度。

二、烟尘对环境的影响

烟尘对太阳光具有强大的吸收作用。一块大的烟尘团会使太阳光照射到地面的光线减少，并降低周围环境的温度。对全球气温变化的研究表明，减少未来温度变化的唯一办法是降低烟尘对光线的吸收。

对大气的影响有不同的差别。在烟尘区域，烟尘吸收光线最大，对气温影响最严重。当烟尘扩散超过10¹²m²及10¹⁴ m²，则烟层变薄了，但仍然有可能影响气温或气候。可以断言，烟尘对环境已经产生了许多严重后果。这其中包括烟云覆盖20%的北半球，地面温度的下降已严重到类似于“核冬天”，亚洲季风已消失，由于CO₂含量的增加使大气好像在加热，产生这样的后果是十分严重的。

假定烟尘消'散的平均速度为5ms^-1（假定烟尘在2千米的高度稳定）。覆盖面积为15×10¹²m²，吸收系数为6.5m²g^-1，烟尘离散率为80%，那么，1个月后，所吸收的光学深度为

τ_a = ks / A = [6.5m²/g(1.0-0.8)×0.58Tg] / (15×10¹²m²) = 0.05

这一数值对地球表面光线的影响很小，对气温基本上没有改变。事实上，由于烟尘在空中的高度较低，因此，还是有比较暖和的感觉。但由于烟尘层吸收了太阳光，减少了大气层温度上升。通过对流，表面降温减少，并从较热的区域向下传送红外线，从两者平衡的“净效果”来讲，白天的最高温度下降了，但白天平均温度却增加了。

估计的τ_a可能偏高了，因为我假定微粒寿命并不列入判断低发射高度的依据（假定旋涡速度为7m²g^-1，发射高度2千米，烟尘e折叠时间或平均寿命是7天），假定所有的碳氢化合物都被燃烧光，还有，假定对油井的破坏以及对输油管的毁坏都不影响原油的输送。另外，还要假定，随着库存压力的降低，原油的流动并不减少，（事实上，流量的减少是显而易见的），对喷射高度较低的烟尘来说，其存在的时间较短。对油井火来讲（最大高度为1千米）烟尘就很快消散了。迄今为止，对烟云模型的观察表明烟尘存在时间比我们理论上所考虑的要短一些。

虽然油井会继续燃烧，在相当长的时间内产生烟尘。（每月产生0.48Tg），由于喷射的高度比较低，因此，烟尘的消散只是局部性的事情而不可能危及整个大陆，危害最大的地方无非是海湾、伊朗南部、巴基斯坦，最远到印度北部。

三、结 论

对于科威特油井及炼油厂因遭受毁坏而产生烟尘物质的估计，并不是为了证实其对气候有多大的影响。油井大火烟尘不可能漂过很遥远的地区，也不可能引起气温的明显改变（甚至测量不到），同样也不可能使季风消失。只不过使全球的CO₂含量略有增加。

不过，烟尘的绝对数量还是很大的，会导致严重的环境污染。它会危及海湾地区的生态平衡，在伊朗南部已形成一条长而宽的烟尘带。由于大火还会继续下去，其危害性必将继续扩大。当发生最坏的情况时，人类就会面临严重的空气污染；牧群由于吸入了烟灰也要受影响；由于烟尘的覆盖，农业和生态体系要遭受破坏；水流受微粒回降及径流量的累积而受污染。目前，大火还在熊熊燃烧，究竟它将给人类、动物以及地区性的生态系统产生多大的危害，我们拭目以待。

[Nature，1991年3月7日]