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在寒冷地区的农业生产中，为使农作物如蔬菜等能够在寒冷气候中正常生长，经常建造玻璃（或透明塑料）房屋，将农作物种在里面。利用玻璃可以让太阳短波辐射通过的原理，保持白天室内足够温暖的温度。又利用夜晚玻璃阻挡了热交换的原理，继续保持室内夜间温暖的温度。人们称这样的玻璃房屋为温室。大气中有些微量气体，如水汽（H 2 O）、二氧化碳（CO 2 ）、臭氧（O 3 ）、氧化亚氮（N 2 O）、甲烷（CH 4 ）等，能够起到类似玻璃的作用，即大气中的这些微量气体能够使太阳短波辐射透过（指很少吸收短波辐射），达到地面，从而使地球表面升温；但阻挡地球表面向宇宙空间发射的长波辐射（指明显吸收长波辐射），使地面放射的长波辐射返回到地表面，从而继续保持地面的温度。由于CO 2 等气体的这一作用与“温室”的作用类似，人们把大气中微量气体的这种作用称为大气中的“温室效应”，而把具有这种温室效应的CO 2 等微量气体称作“温室气体” [8] 。
因此，温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应，太阳短波辐射透过大气射入地面，地面增暖后放出的长波辐射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。
温室气体是指大气中由自然或人为原因产生的能够吸收和释放地球表面、大气和云所射出的红外辐射谱段特定波长辐射的微量气体成分。温室气体能够导致大气温室效应。水汽、二氧化碳、氧化亚氮、甲烷和臭氧是地球大气中最重要的温室气体。水汽所产生的温室效应占整体温室效应的60%—70%，其次是二氧化碳大约占26%，其他还有臭氧、甲烷、氧化亚氮以及人造温室气体氯氟碳化物（CFCs）、全氟碳化物（PFCs）、氢氟碳化物[HFCs，含氯氟烃（HCFCs）及六氟化硫（SF 6 ）]等。
全球变暖潜势（Global Warming Potential，GWP）是指某一给定物质在一定时间积分范围内与二氧化碳相比而得到的相对辐射影响值，用于评价各种温室气体对气候变化影响的相对能力，政府间气候变化专门委员会评估报告给出的全球变暖潜势值如表1-1所示。限于人类对各种温室气体辐射强迫的了解和模拟工具，至今在不同时间尺度下模拟得到的各种温室气体的全球变暖潜势值仍有一定的不确定性。IPCC第二次评估报告中给出的100年时间尺度甲烷和氧化亚氮的全球变暖潜势分别为21和310，即一吨甲烷和氧化亚氮分别相当于21吨和310吨二氧化碳的增温能力。而IPCC第四次评估报告中给出的100年时间尺度甲烷和氧化亚氮的全球变暖潜势分别为25和298。
表1-1 政府间气候变化专门委员会评估报告给出的全球变暖潜势值
1.二氧化碳（CO 2 ）
在通常情况下是无色无臭，并略带酸味的气体，溶点-56.2℃，正常升华点-78.5℃，在常温（临界温度31.2℃）下加压到73个大气压就变成液态，将液态CO 2 的温度继续降低会变成雪花状的固体CO 2 ，称为干冰，固体CO 2 变成气体时大量吸收热量，因此干冰常常用作低温制冷剂和人工增雨催化剂。
大气中的CO 2 含量虽然不高，但是它对太阳短波辐射几乎是透明的，而对地表射向太空的长波辐射，特别是在靠近峰值发射的13—17μm波谱区，有强烈的吸收作用，使得地表辐射的热量大部分被截留在大气层内，因而对地表有保温效应，对气候变化有重要影响。
CO 2 是大气的正常组分，是一种常见气体，它直接存在于动植物生命体的摄取和排出中，与人的生命活动息息相关。但人们还远远没有真正认识CO 2 。
自然界中各种物质通过循环达到平衡，从而形成了一个完整的系统。碳的循环是其中的重要组成部分，而它主要是通过CO 2 来进行的。碳的循环可分为三种形式：第一种形式是植物经光合作用将大气中的CO 2 和水化合生成碳水化合物（糖类），在植物呼吸中又以CO 2 形式返回大气中，而后被植物再度利用；第二种形式是植物被动物采食后，糖类被动物吸收，在动物体内被氧化生成CO 2 ，并通过动物呼吸释放回大气中，又可再被植物利用；第三种形式是煤、石油和天然气等化石燃料燃烧时，生成CO 2 ，它返回大气中后重新进入生态系统的碳循环。
2.甲烷（CH 4 ）
CH 4 是最简单的烷烃。CH 4 是一种气体，在沼池底部和煤矿坑中常有CH 4 ，所以又叫沼气和坑气。CH 4 是天然气的主要成分，占天然气体积的85%—95%。
CH 4 是仅次于CO 2 的重要温室气体，在大气中的寿命约为12年，其百年尺度的增温潜势是CO 2 的23倍，对全球低层臭氧的变化也有明显影响。它在大气中的浓度虽比CO 2 少得多，但增长率则大得多。据联合国政府间气候变化专门委员会1996年发表的第二次气候变化评估报告，从1750—1990年共240年间CO 2 增加了30%，而同期CH 4 却增加了145%。
3.氧化亚氮（N 2 O）
N 2 O是无色气体，并有甜味。吸入少量N 2 O能使人麻醉，减轻疼痛的感觉，曾经用作麻醉剂。在常温下N 2 O的化学性质比较稳定，高温时可以分解形成氮气和氧气。N 2 O主要是使用化肥（氮肥）、燃烧化石燃料和生物体所产生的。N 2 O是一种重要的温室气体，在大气中的寿命可长达114年左右，有很强的辐射活性，百年尺度的增温潜势是CO 2 的296倍（IPCC，2001）。
4.氢氟碳化物（HFCs）、全氟化碳（PFCs）、六氟化硫（SF 6 ）
HFCs、PFCs、SF 6 是含氟的一系列化学物质，大部分为《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》列管的破坏臭氧层物质，是氯氟烃（CFCs）的第三代替代品，在大气中滞留时间最长会超过3000年，其全球增温潜势值最高为CO 2 的上万倍。美国国家海洋和大气管理局地球系统研究实验室预计，从现在到2050年使用的氢氟碳化物将会产生相当于3.5亿—8.8亿吨的二氧化碳排放，对全球温室效应的影响大幅增加。
资料来源：根据《温室气体与温室效应》等资料编辑得到。
碳排放是指二氧化碳和其他温室气体的排放，是关于温室气体排放的一个简称。各种温室气体对温室效应增强的贡献，可以按二氧化碳的排放率来计算，这种折算叫二氧化碳当量。温室气体二氧化碳当量等于给定气体的质量乘以它的全球变暖潜势。“温室气体二氧化碳当量”的意义在于使各种温室气体的辐射强度有了一致的、可比较的度量方法。按照各种温室气体的全球变暖潜势值排序，二氧化碳实际是最小的，但由于二氧化碳总体含量很高，其对全球变暖的总贡献在50%以上，是最重要的温室气体，所以，温室气体排放也简称“碳排放”。 [9] 虽然用“碳排放”代表“温室气体排放”并不准确，但“控制碳排放”等这样的术语已经被大多数人所理解、接受并采用。
因此本书将“温室气体排放”简称为“碳排放”，将“温室气体排放核算”简称为“碳排放核算”。
大气中的温室气体有相当一部分来源于人类活动，人类活动排放温室气体主要包括：所有的化石能源燃烧活动排放二氧化碳，在化石能源中，煤含碳量最高，石油次之，天然气较低；化石能源开采过程中的煤矿坑气、天然气泄漏排放二氧化碳和甲烷；工业生产过程排放二氧化碳、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟碳化物、六氟化硫；水稻田、牛羊等反刍动物消化过程排放甲烷；土地利用变化减少了对二氧化碳的吸收；废弃物处理排放甲烷和氧化亚氮，等等。 [10]
自工业化以来，人类每年烧掉大量化石燃料，越来越多地向大气释放CO 2 等温室气体，工农业生产和人们生活也越来越多地排放N 2 O、CH 4 和CFCs等气体。同时，人类一直在大量砍伐森林，其中热带森林损失的速度为每年9×10 6 —24.5×10 6 km 2 ，绿色植物CO 2 吸收量逐年减少，导致大气中的CO 2 等温室气体浓度逐年增加。全球大气CO 2 浓度的增加始于20世纪，根据冰岩芯气泡中和树木年轮中碳同位素的分析研究，推算出大气CO 2 浓度在工业化之前的很长一段时间里大致稳定在280±10ppmv。1765年CO 2 浓度为279ppmv，1860年为270 ppmv，1900年为295.7ppmv。1958年CO 2 浓度为313ppmv，1970年为324.8ppmv，1984年上升到344 ppmv，到1990年达353.9 ppmv。自从1750年以来，大气中的CO 2 浓度上升了31%，即使是在过去的2000年中，增长速度也是惊人的。而在过去的40年里，CO 2 浓度则增加了差不多70ppmv，年增长率约为0.5%。人类排放的CO 2 中，75%是由于燃烧化石燃料造成的。化石燃料消耗量与CO 2 浓度两者增长趋势一致。人为活动排放的CO 2 只有40%—50%留在大气中，把留在大气中的CO 2 总量与人为排放总量之比称为气留比。气留比是逐年变化的，其变化与海面温度的年际变化有较好的相关性，表明海洋是另一部分人为排放CO 2 的贮存库。 [11]