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第一节温室效应基本常识
温室效应的定义
自工业革命以来，人类向大气中排入的二氧化碳等吸热性强的温室气体逐年增加，大气的温室效应也随之增强，已引起全球气候变暖等一系列严重问题，引起了全世界各国的关注。
温室效应（Greenhouse effect），又称“花房效应”，是大气保温效应的俗称。温室效应就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的效应。大气能使太阳短波辐射到达地面，但地表向外放出的长波热辐射线却被大气吸收，这样就使地表与低层大气温度增高，因其作用类似于栽培农作物的温室，故名温室效应。据估计，如果没有大气，地表平均温度就会下降到—23℃，而实际地表平均温度为15℃，这就是说温室效应使地表温度提高38℃。而大气中的二氧化碳就像一层厚厚的玻璃，使地球变成了大暖房。
一方面，由于对森林乱砍乱伐，大量农田建成城市和工厂，破坏了植被，减少了将二氧化碳转化为有机物的条件。另一方面，大气能使太阳短波辐射到达地面，但地表向外放出的长波热辐天然气燃烧产生的二氧化碳，远远超过了过去的水平。此外，再加上地表水域逐渐缩小，降水量大大降低，减少了吸收溶解二氧化碳的条件，破坏了二氧化碳生成与转化的动态平衡，就使大气中的二氧化碳含量逐年增加。但是有乐观派科学家声称，人类活动所排放的二氧化碳远不及火山等地质活动释放的二氧化碳多。他们认为，最近地球处于活跃状态，诸如喀拉喀托火山和圣海伦斯火山接连大爆发就是例证。地球正在把它腹内的二氧化碳释放出来。所以温室效应并不全是人类的过错。这种看法有一定道理，但是无法解释工业革命之后二氧化碳含量的直线上升，难道全是火山喷出的吗？
假如没有二氧化碳，地球的年平均气温会比目前降低20℃。但是，二氧化碳含量过高，就会使地球仿佛捂在一口锅里，温度逐渐升高，就形成“温室效应”。在空气中，氮和氧所占的比例是最高的，它们都可以透过可见光与红外辐射。但是二氧化碳就不行，它不能透过红外辐射。所以二氧化碳可以防止地表热量辐射到太空中，具有调节地球气温的功能。形成温室效应的气体，除二氧化碳外，还有其他一些气体。其中二氧化碳约占75%、氯氟代烷约占15%~20%，此外还有甲烷、一氧化氮等30多种气体。
如果二氧化碳含量比现在增加1倍，全球气温将升高3℃~5℃，两极地区可能升高10℃，气候将明显变暖。由于气温升高，将使两极地区冰川融化，海平面升高，许多沿海城市、岛屿或低洼地区将面临海水上涨的威胁，甚至被海水吞没。气温升高，还将导致某些地区雨量增加，某些地区出现干旱，飓风力量增强，出现频率也将提高，自然灾害加剧。更令人担忧的是，在20世纪60年代末，非洲撒哈拉牧区曾发生持续6年的干旱，由于缺少粮食和牧草，牲畜被宰杀，饥饿致死者都超过150万人。
这是“温室效应”给人类带来灾害的典型事例。因此，必须有效地控制二氧化碳含量增加，加强植树造林，绿化大地，控制人口增长，科学使用燃料，防止温室效应给全球带来的巨大灾难。
科学家们预测，今后大气中二氧化碳每增加1倍，全球平均气温将上升1.5℃~4.5℃，而两极地区的气温升幅要比平均值高3倍左右。因此，气温升高不可避免地使极地冰层部分融解，引起海平面上升。温室效应和全球气候变暖已经引起了世界各国的普遍关注，目前正在推进制订国际气候变化公约，减少二氧化碳的排放已经大势所趋。
海平面上升对人类社会的影响是十分严重的。如果海平面升高1米，直接受影响的土地约5×106平方千米，人口约10亿，耕地约占世界耕地总量的1/3。一部分沿海城市可能要迁入内地，大部分沿海平原将发生盐渍化或沼泽化，不适于粮食生产。如果考虑到特大风暴潮和盐水侵入，沿海海拔5米以下地区都将受到影响，这些地区的人口和粮食产量约占世界的1/2。当海水入侵后，会造成江水水位抬高，泥沙淤积加速，洪水威胁加剧，使江河下游的环境急剧恶化。同时，对江河中下游地带也将造成灾害。科学家预测，如果现在开始有节制的对树木进行采伐，到2040年，全球暖化就会降低5%。
形成原因
二氧化碳气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间反射，其结果是地球表面变热起来。温室效应加剧主要是由于现代化工业社会燃烧过多煤炭、石油和天然气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。所以，二氧化碳也被称为温室气体。
影响
大气辐射向所有方向发射，包括向下方的地球表面的放射。温室气体有效地吸收地球表面、大气本身相同气体和云所发射出的红外辐射。温室气体则将热量捕获于地面——对流层系统之内。这被称为“自然温室效应”。在对流层中，温度一般随高度的增加而降低。大气辐射与其气体排放的温度水平强烈耦合。从某一高度射向空间的红外辐射一般产生于平均温度在—19℃的高度，并通过太阳辐射的收入来平衡，从而使地球表面的温度能保持在平均14℃。温室气体浓度的增加导致大气对红外辐射不透明性能力的增强，从而引起由温度较低、高度较高处向空间发射有效辐射。
这就造成了一种辐射强迫，这种不平衡只能通过地面——对流层系统温度的升高来补偿。这就是“增强的温室效应”。如果大气不存在这种效应，那么地表温度将会下降约3℃或更多。反之，若温室效应不断加剧，全球温度也必将逐年持续升高。
英国《卫报》表示，气温如果这样升高就会打乱全球数百万人的生活，甚至全球的生态平衡，最终导致全球发生大规模的迁移和冲突。而在2006年公布的气候变化经济学报告中显示，如果我们继续现在的生活方式，到2100年全球气温将有50%的可能会上升4℃多。
历史由来
温室效应主要是由于现代化工业社会过多燃烧煤炭、石油和天然气，大量排放尾气，这些燃料燃烧后放出大量的二氧化碳气体进入大气造成的。地球上可以吸收大量二氧化碳的是海洋中的浮游生物和陆地上的森林，尤其是热带雨林。
人类活动和大自然还排放其他温室气体，它们是：氟氯烃（CFC）、甲烷、低空臭氧、水蒸气和氮氧化物等气体。
第二节温室效应解决方案
学术界认为由于燃烧煤、石油、天然气等产生的二氧化碳是导致全球变暖的罪魁祸首。自1975年以来，地球表面的平均温度已经上升了0.9°F（0.5℃），由温室效应导致的全球变暖已成了引起世人关注的焦点问题。然而经过几十年的观察研究，来自美国Goddard空间研究所的詹姆斯·汉森博士提出新观点，认为温室气体主要不是二氧化碳，而是碳粒粉尘等一些物质。
众多的碳粒聚集在对流层中导致了云的堆积，而云的堆积便是温室效应的开始，因为40%至90%的地面热量来自于云层所产生的大气逆辐射，云层越厚，热量越是不能向外扩散，地球也就越裹越热了。碳粒粉尘是一种固体颗粒状物质，主要是由于燃烧煤和柴油等高碳量的燃料时碳利用率太低而造成的，它不仅浪费资源，更引起了环境的污染。
汉森博士认为，除了碳粒粉尘以外，还有一些气体物质能导致温室效应，如对流层中的臭氧（正常的臭氧应集中在平流层中）、甲烷，还有巨毒无比的氟氯烃。但这些污染源的治理就相对困难些了。
汉森博士对于各种温室气体的含量变化都做了整理记录，发现在1950至1970年间，二氧化碳的含量增长了近两倍，而从20世纪70年代到90年代后期，二氧化碳含量则有所减少。用目前流行的理论很难解释仍在恶化的全球变暖的现象。
值得可喜的是，近几十年来非二氧化碳的温室气体含量已经有了一定的下降，如若甲烷和对流层中的臭氧含量也能逐年下降，那么如果再过50年，地球表面平均温度的变化就将近乎零。
解决方略
汉森博士的学说能够成立，则给地球带来了降温的新希望，但愿地球早日退烧。因为碳粒粉尘并不是不可避免的东西，随着内燃机品质的不断提高，甚或不使用内燃机的交通工具的问世，不能烧尽而剩余的碳粒是完全可以减少的。
全世界的许多气象学家都在努力研究：工业革命前大气中二氧化碳含量是280ppm，如按目前增长的速度，到2100年二氧化碳含量将增加到550ppm，即几乎增加一倍。二氧化碳含量增加一倍以后，到2100年全球的平均气温究竟会增高多少？
由于人们对大气运动变化规律认识得还不够完善，采取的简化计算办法不同，各个模式的计算结果常相差很大。目前采用的具体办法是，根据大气运动规律和物理状态变化规律，设计成数值模式进行计算。为此，20世纪80年代美国科学院组织了评估委员会，对这些模式的结果进行研究和综合评估，对本问题最有权威的组织——联合国IPCC第一次《报告》中采用的数字是二氧化碳倍增后全球平均气温将上升3℃±1.5℃，即1.5℃~4.5℃。
据美国国家地理网站报道，近期有科学家提出了一项雄心勃勃的工程改造计划，根据这项计划，人们将使用高空气球释放数百万吨的二氧化钛物质，也就是在平流层中铺设一层屏蔽层，希望这样做将会帮助对抗愈演愈烈的全球变暖趋势。一旦被释放进入大气，这些微粒将很快向全球扩散，帮助将更多的太阳光反射回太空。
减少温室效应的增加量，最重要的就是减少温室气体排放。现在大家都在提倡低碳生活、低碳经济，但说起来容易做起来难，它需要科学技术的支持。目前，像核能等其他清洁能源的使用程度及范围还是很小的，绝大部分还是靠石化燃料的燃烧。但总的来说，减少温室气体排放是一个涉及到方方面面的复杂问题，它涉及到全世界的各个国家。目前中国飞速发展，有很大的能源需求。而能源从哪里来？无疑是煤、油、天然气等。减少温室气体排放除了一些科学技术上的问题以外，还涉及到国家的发展等国家利益问题。
随着科学技术的不断发展，人们对客观世界的认识也会不断深化，人们总是会不断创新，不断提出新的设想，以推动科学技术的发展，造福人类。中国一直在提倡产业结构的变化，从科学的角度来说这是很正确的方针，依靠产业结构的优化来减少温室气体的排放，特别是减少二氧化碳的排放，是一条减缓温室效应增加的有效途径。此外，政府部门也应当鼓励专家和社会各界人士积极建言献策，其中包括鼓励类似“建立大气屏蔽层”这样的大胆的设想。与此同时，建议政府部门应当逐步出台相应的激励和约束政策，要把提倡低碳生活方式，鼓励大家绿色出行等落到实处。
亟待解决
这几年来，气候模式的模拟能力有了重大改进，这主要是考虑了大气中气溶胶（空气中悬浮的微小颗粒）的作用。这种气溶胶会遮挡部分阳光到达地面，因此使地面气温降低，起到冷却作用。因为在燃烧化石燃料放出二氧化碳的同时也释放出了巨量的硫化物等气溶胶。其数值据IPCC估计可达—0.5瓦/米2，比甲烷的增温效应（+0.47瓦/米2）还略大，即相当于二氧化碳增温效应（1.56瓦/米2）的1/3，主要根据这个改进，IPCC在1996年公布的第二个《报告》中，把2100年二氧化碳倍增后全球平均气温的升温值从1.5℃~4.5℃，修改为1.0℃~3.5℃。而且评估报告中还指出，由于海洋的巨大热惯性，到2100年这个增温值中大约只有50%~90%能够实现。
模式计算结果还说明，全球平均增温1.0℃~35℃不均匀分布于世界各地，而赤道和热带地区不升温或几乎不升温，升温主要集中在高纬度地区，数量可达6℃~8℃，甚至更大。这一来便引起另一严重后果，即两极和格陵兰的冰盖会发生融化，引起海平面上升。海洋变暖后海水体积膨胀会引起海平面升高。
还有，北半球高纬度大陆的冻土带也会融化或变薄，引起大范围地区沼泽化。
IPCC的第一次评估报告中预计海平面上升70~140厘米（相应升温1.5℃~4.5℃），IPCC的第二次评估报告指出，从19世纪末以来的百年间，由于全球平均气温上升了0.3℃~0.6℃，因而全球海平面相应也上升了10~25厘米。
第二次评估报告中比第一次评估结果降低了约25%（相应升温1.0℃~3.5℃），最可能值大约为50厘米。
1995年11月在柏林召开的联合国《气候变化框架公约》缔约方第二次会议上，44个小岛国组成了小岛国联盟，为他们的生存权而呼吁。全球海平面的上升将直接淹没人口密集、工农业发达的大陆沿海低地地区，因此后果非常严重。
气温升高还会引起和加剧传染病流行等。以疟疾为例，过去5年中世界疟疾发病率已翻了两番，现在全世界每年约有5亿人得疟疾，其中200多万人死亡。
此外，研究结果还指出，二氧化碳增加不仅使全球变暖，还将造成全球大气环流调整和气候带向极地扩展。大气环流的调整，除了中纬度干旱化之外，包括中国北方在内的中纬度地区降水将减少，加上升温使蒸发加大，因此气候将趋干旱化。还可能造成世界其他地区气候异常和灾害。例如，低纬度台风强度将增强，台风源地将向北扩展等。
当然，在大气温室效应这个问题上，也有不同意见。例如，百年升高0.3℃~0.6℃属于正常气候变化，不能证明是大气温室效应所造成；过去有些科学家认为目前数值模式还不成熟，计算结果过于夸大；等等。
当然这是少数人的意见。
其实，温室效应也并非全是坏事。因为最寒冷的高纬度地区增温最大，因而农业区将向极地大幅度推进。
二氧化碳增加也有利于植物光合作用而直接提高有机物产量。还有论文指出，在中国和世界历史时期中温暖期多是降水较多、干旱区退缩的繁荣时期等。
尽管如此，但对于目前大气中二氧化碳浓度和全球温度正迅速增加，以及温室气体增加会造成全球变暖的原理，都是没有争论的事实。因此现在就必须引起高度重视，以便采取对策，保护好人类赖以生存的大气环境。
我们假如等到问题发展到了人类可以明显感知的水平，这时候往往已经难以逆转，那么到时候就为时已晚。