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“温室气体”“温室效应”与“全球气候变暖”不是同一个概念，但存在相互的联系。大气层（ atmosphere）是因重力关系而围绕着地球的一层混合气体，其成分主要有氮气（占78.1％）、氧气（占 20.9％）、氩气（占 0.93％），还有少量的二氧化碳、稀有气体（氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气）和水蒸气。大气层随高度不同分为对流层、平流层、臭氧层、中间层、热层和散逸层，是地球最外部的气体圈层，包围着海洋和陆地，如同一个巨大的“玻璃温室”，使地表始终维持着一定的温度，产生了适于人类和其他生物生存的环境。在大气系统中，大气既让太阳辐射透过从而到达地面，又能阻止地面辐射的散失，人类把大气对地面的这种保护作用称为大气的“温室效应”。《联合国气候变化框架公约》将“大气中那些吸收和重新放出红外辐射的自然和人为的气体成分”称为温室气体，主要包括二氧化碳（CO 2 ）、甲烷（CH 4 ）、一氧化二氮（N 2 O）、臭氧（O 3 ）、氟利昂类物质（CFCs）和水汽（H 2 O）等。其中，二氧化碳是大气中最重要的人类排放的温室气体。二氧化碳对太阳短波辐射可见光具有高度的穿透性，而对地球反射出来的长波辐射（如红外线）具有高度的吸收性。二氧化碳也是大气中主要的长效温室气体，可在大气中滞留数百年。它对总的全球辐射强度的贡献率为 63.5％。自1750 年以来，大气中的二氧化碳增加了 38％，这主要是由燃烧矿石燃料、毁林和土地利用的变化造成的。大气的“温室效应”是本来就存在的。假若没有大气层，地球表面的平均温度不会是现在适宜的 15°C，而是十分低的－18°C，温室效应使地表温度提高了 33°C。有了温室效应，地球才能保持相对稳定而又适宜的温度，使得生物的生存与繁荣成为可能。
全球变暖是指地球表面平均温度和地表平均气温的升高。自人类开始记录温度以来，地球正在经历着一个气候变暖的过程。气候变化是由人为和自然外强迫以及气候系统内部变率共同驱动的，其变化原因可分为自然原因和人为原因两类。自然原因包括太阳活动、火山活动的变化，另外还有气候系统的内部变化，包括大尺度海洋自然变率如厄尔尼诺事件（ENSO），年际、年代际尺度及更长时间尺度的内部气候变率等。人为原因主要是指人类土地利用变化，包括城市化、燃烧化石原料和毁林等活动，引起了大气中温室气体浓度的增加，还有大气中气溶胶的变化，这些原因构成了气候变化的主要原因。人类把气候变化的原因多归结于人类活动的影响，特别是工业革命以后，人类活动向大气排放了大量的温室气体。绝大多数气象学家也认为，造成全球气候变暖这一现象的最主要的原因就是人类自己向大气中排放了过量的二氧化碳。2007 年，联合国政府间气候变化专门委员会发布的第四次评估报告认为，全球气候变暖趋势毋庸置疑，而人类活动是导致气候变暖的直接原因，全球气候变暖有超过 90％的可能是人类活动造成的，近50 年的全球变暖主要是由人类活动大量排放的二氧化碳、甲烷、一氧化二氮等温室气体的增温效应造成的。其中，人类燃烧化石燃料是导致二氧化碳增加的主因。
工业革命以来，工业化和城市化的迅猛发展使得人类生产和生活的能源结构及消费数量发生改变，第一代能源薪柴被第二代能源煤炭、石油迅速取代。人类大肆开采资源、消费能源和排放污染物，极大地改变了地球表面的形态、其“消化功能”以及动植物的分布，尤其是大量使用煤炭、石油等化石燃料以及通过其他途径向大气中排放了大量的温室气体。这使得大气中原来存在的温室气体含量大幅增加，并且还增加了一些原来没有的、具有强烈的温室效应的气体，如氟利昂类物质、氯氟烃（CFCs）、全氟化合物（ PFCs）等。随着大气中温室气体浓度的增加，大气进一步阻挡了地球向宇宙空间发射的长波辐射，为维持辐射平衡，地面必将增温，以增强长波辐射。最终，地球接受的太阳辐射热量和地球散失的长波辐射热量会达到新的平衡，形成地球上的平衡温度，即目前地球的平均气温。2019 年 11 月，世界气象组织发布的《温室气体公报》指出，地球大气中温室气体浓度再次刷新纪录，2018 年全球二氧化碳浓度达到 407.8ppm，是 1750 年工业化前水平的147％。温室气体水平持续增长已成长期趋势，未来将导致愈发严重的气候变化。国家气候中心对 2013 年夏季发生于我国东部地区的持续高温热浪事件的检测和归因研究结论亦显示，人类活动影响起着关键作用，它使该类高温热浪事件发生的概率增加了 60 倍。越来越多的证据表明，温室气体排放是引起全球变暖的主要原因。因此，当前举世瞩目的全球气候变暖问题的实质，就是大气温室气体浓度增加引起的大气温室效应增强，而人类活动特别是化石燃料燃烧和土地利用变化（城市化）则是大气温室气体浓度增加的主要原因。